土建建筑結構設計中的常見問題及應對

楊紹盈

摘 要：隨著我國經濟的發展，城市建設速度不斷加快，各類土建工程開發項目越來越多，城市建筑不斷向著高層化、大型化的方向發展，結構越來越復雜，對結構設計提出了更高的要求。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；原則；問題；應對措施

當前，我國城市建筑主要以高層建筑為發展方向，建筑規模不斷擴大，結構越來越復雜，功能也越來越多，因此對建筑質量及其安全性都提高了要求。文章中結合筆者多年來的工作實踐，對高層建筑結構設計的重要原則進行了探討，指出了當前建筑結構設計中存在的一些問題，并提出了相關應對措施，對促進我國建筑行業的發展具有非常重要意義。

1 高層建筑的結構設計原則

高層建筑結構主要受到外界風力壓力的影響，還要承受各種垂直荷載力，同時具有較高的抗震要求，通常底層建筑受到風力影響較小。對于高層建筑而言，風力、自身荷載、地震等因素是影響高層建筑結構性能的主要因素。建筑物高度逐漸增加，建筑水平位移量也隨之增大，若高層建筑具有較大側移，必然會影響居住舒適度，對建筑物安全性造成嚴重威脅。因此，在進行結構設計時必須依照一定的設計原則，以提高建筑結構的整體性能。

1.1 確定合理基礎方案。針對高層建筑而言，結構基礎設計，主要根據高層建筑的地質條件決定，確定合理、科學的基礎設計，建筑設計人員必須掌握高層建筑的荷載分布、結構類型，確定具體施工建筑物影響因素、施工條件，對建筑各類條件進行綜合分析后，方可確定合理基礎方案。

1.2 確定合理計算簡圖。針對高層建筑結構而言，計算簡圖是一個重要環節，若計算簡圖不合理，極易導致結構不合理，進而導致一些不必要的安全問題。所以，高層建筑結構設計必須滿足安全基礎上，確定合理計算簡圖。

1.3 確定合理計算工具。隨著信息化技術的不斷發展，計算機技術在建筑結構設計中被廣泛運用，信息技術為高層建筑設計提供越來越多不可估量的作用。所以，建筑結構設計人員，必須全面掌握計算機輔助計算工具，熟悉使用條件、使用范圍，確定合理的計算工具。

1.4 確定合理的構造措施。針對高層建筑結構而言，結構設計滿足符合“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉”的設計原則，確保薄弱部位的強硬，合理確定鋼筋錨固長度，提高構件延性性能。

1.5 確定合理設計方案。一個設計方案是否合理，能否滿足經濟性原則，是高層建筑必須考慮的問題，要達到結構形式、結構體系原則，通常而言，結構設計力求做到受力明確與傳力簡單。

2 高層建筑結構設計中的問題

2.1 扭轉問題。建筑結構設計中，建筑三心由結構中心、幾何形心與剛度中心組成，在結構設計過程中，力求做到建筑三心匯集于一點，實現三心合一。高層建筑結構設計中的扭轉問題，在設計過程中可能無法實現三心合一。高層建筑受到水平壓力作用影響，進而產生扭轉振動問題.

2.2 受力性能問題。針對建筑物而言，建筑設計師在確定初始方案設計時，必須考慮到空間組成特征，考慮到建筑具體的結構特點。高層建筑結構重力始終與地面呈向下作用。

2.3 短肢剪力墻設置問題。針對新建筑規范，通常將墻肢截面高厚比為5-8的墻體定義為短肢剪力墻.結構設置過程中，必須按照實際實驗數據與施工經驗要求，目前短肢剪力墻的是使用與增加，具有較多的限制因素。由于較薄的墻肢厚度，通常在200mm左右范圍，在梁和墻的連接處，存在有暗柱、端柱或翼墻豎向鋼筋的影響，導致相連接的梁無法達到設計所需的寬度，梁的強度可能存在缺陷。短肢剪力墻若存在較短的墻肢，墻肢與異形柱的受力性能較為接近，不利于截面抗扭。

因現代化建筑的需求，許多建筑設計中都設置有地下車庫、商業用房等底層大空間設施，針對短肢墻體結構來說，落地的墻肢，影響了車輛的流通，需要增設有結構轉換層。

2.4 超高問題。通常而言，建筑結構的抗震、防火、超高結構體系規范，在高層建筑中，沒有一個統一、明確的規定與劃分，通常認為高度超過24m的建筑，就劃分為高層建筑范圍，而超過100m的建筑，就屬于超高層建筑范圍。在現有的建筑抗震、高度規范設計中，都要求嚴格限制建筑結構高度，然而在實際的建筑結構設計過程中，通常會出現各類問題，由于結構類型變更，導致施工圖未能及時通過審查。要求設計師必須重新設計方案，通過專家會議討論與商核，才能確定設計方案，進而增加了工程造價的成本與工期，影響了整體規劃。

2.5 建筑物嵌固端的設置問題。許多高層建筑通常都設置有兩層及以上的人防地下工程與地下室，因此，嵌固端可能在地下結構頂板處設置，可能在人防頂板處設置。所以，嵌固端設置問題上，高層建筑設計師通常不注重嵌固端設置，可能會導致一系列問題。而忽略任何一個小細節，均可能在后期工作中，大量修改建筑隱患，降低居住舒適度。

3 高層建筑結構設計中的問題對策

3.1 針對扭轉問題。為確保建筑物免受水平荷載作用影響，引起扭轉性破壞。高層建筑設計人員，必須確定合理的結構形式、平面布局，盡可能實現高層建筑的三心合一。

3.2 針對受力性能問題。在高層建筑設計中，首先要求設計師必須明確結構體重的地基承載力，同向下作用力之間的關系。所以，高層建筑在方案選擇階段，必須總體設想承重墻、承重柱的數量與布局。

3.3 針對短肢剪力墻設置問題。在布置短肢剪力墻結構時，通常要遵循以下原則：選擇適中數量的短肢墻，符合抗側力需求、豎向荷載需求。盡量均勻分布好短肢墻，不宜存在較大差異的軸心應力。若存在平面凹凸較多、風力較大、抗震需求時，在凸部分、角點處、平面外邊緣，必須布置有短肢墻，以使其平面剛性和整體性達到要求。必須拉直和對齊各短肢墻，使其同連梁形成連續跨數多、規整的抗側力片。若不能完全實現時，可允許在局部范圍內錯開，短肢墻同兩方向的梁進行連結，盡量在墻肢豎平面內布置連梁，控制連梁寬度等同于墻肢厚度。控制墻肢的厚度，不宜過厚，間隔墻表面盡量少凸出或不凸出，也不應太薄，以便于穩定和施工，通常選擇300mm、250mm或200mm為宜，可部分布置混合、較長的異形柱和墻。

3.4 針對超高問題。對于高層建筑而言，在結構設計初始階段，就必須確定好高層建筑的高度，不能影響建筑類型變更，而影響建筑成本與工期。

3.5 針對建筑物嵌固端的設置問題。在高層建筑結構設計階段，設計師要考慮到嵌固端設置合理性，嵌固端設在地面層時，地面宜設置剛性地坪，以保證傳力的可靠。嵌固端在地面層或地下層時，僅表示嵌固端的水平位移受到約束，而轉角則不能設為約束。

4 結語

綜上所述，高層建筑作為一個全面、系統的工程，要求設計師必須具有扎實的設計知識功底，具有靈活思維、負責態度，與其它專業設計進行緊密配合，做到事無巨細，對錯誤進行總結與反思，吸取經驗教訓，更加合理的設計高層高層建筑結構，確保高層建筑結構的安全性與永久性。

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