高層建筑結構設計要點及應注意的問題分析

張志宏

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摘要：隨著社會經濟的發展，人們對居住品質的要求逐漸提高，尤其是對工程整體的質量性與安全性也更加重視，這就要求建筑工程結構設計水平也不斷優化和發展。基于此，文章對高層建筑結構設計要點及應注意的問題展開簡要的探討。

關鍵詞：建筑；結構；設計

引言

由于建筑結構設計不當引發的安全事故時有發生，為國家經濟發展帶來嚴重影響，也造成了建筑材料的嚴重浪費，為我國人身安全帶來嚴重損失。所以建筑設計師在設計建筑結構的過程中，必須要充分考慮各項影響建筑物安全性的因素，借助新的技術提高建筑物的設計水平，滿足建筑結構的安全性要求。

1高層建筑結構設計原則

第一，要保證建筑結構設計方案科學合理性。在建筑結構方案設計過程中，設計人員在掌握施工地質情況以及實際施工需求的基礎上進行方案制定，具體的設計方案必須連帶著一份地質調查報告，相關人員還必須進行有效的地基變形演算。另外，建筑結構設計部門還必須加強對建筑物整體情況的研究，只有這樣才能從根本上保證設計質量。第二，在進行基礎結構方案設計之后，還要有效落實簡圖設計工作，在具體的結構設計過程中，必須深入研究相關數據，要在進行簡圖計算之后加強計算分析，從根本上提升結構設計穩定性，還要加強對結構節點情況的分析，從根本上保證簡圖計算結果準確性。第三，還要嚴格遵循結構對策完善原則，在具體的結構設計過程中，不僅要考慮到結構組成成分的延展性，還要加強對薄弱環節的觀察監測，嚴格控制建筑物實際溫度變化情況。

2高層建筑結構設計要點

2.1科學選用結構體系

高層建筑的鋼筋混凝土結構選擇中一般可以選擇框架結構、剪力墻、框架-剪力墻以及筒體結構。必須嚴格限制高層建筑中的結構設計，科學選用結構體系。框架結構的缺陷就在于其變形較大，抵抗側向位移的剛度較小，導致應用框架結構體系的高層建筑往往高度有限制。剪力墻結構是指應用高層建筑的墻體來作為豎向承重的結構體系，并且還可抵抗水平力作用。剪力墻體系廣泛應用在各種10-30層左右的高層建筑中，剪力墻的延性系數一般在3-5之間。框架在承受水平力的作用時通常為剪切變形，而剪力墻則呈現彎曲變形，框架-剪力墻體系就是將框架和剪力墻用樓板進行連接，二者變形結合為彎剪型變形。框架-剪力墻的結構廣泛應用于20-40層的高層建筑，特別是塔式建筑。筒體結構多應用在30-40層的較高層建筑上，筒體結構體系的強度和剛度比剪力墻或框架-剪力墻結構都要好。

2.2減少位移，適當提高整體剛度

高層建筑控制位移是設計中很重要的一環，直接關系到高層建筑本身的安全可靠以及居住的舒適性。為了控制位移，首先要考慮選擇較為合理的結構體系，其次還應從立面的變化以及平面的體型等多方面來減少高層建筑的側向位移。為了提高整體結構的抗側移剛度，在布置結構之時應同時考慮結構整體性的加強。為了減小由于基礎的轉動或平移而導致的結構側移，可以采取加強相關構建連接、加強基礎的整體性或是加強樓蓋的整體性及其剛度等等方法。還要考慮適當的加強結構中較為薄弱的環節或是應力呈現復雜狀態的部位。為了抵抗傾覆力矩，還應增加整體結構體系的有效寬度。

2.3做好抗震結構設計

首先應使設計的各個結構單元的平面形狀盡量達到規則而且簡單，使結構的各部分的剛度均勻且較為對稱。如果是不對稱且不均勻的復雜結構通常會增加地震應力的復雜性，使之難以處理或者計算數值，還可能出現扭轉或是應力集中的現象，使抗震設計更加復雜。在設計高層建筑中，應盡量注意剛度中心的位置，使得地震力作用中心和剛度中心盡量一致，注意偏心距e（剛度中心與地震力作用中心的距離）應在建筑物邊長垂直外力作用線5%以內。應力集中現象多出現在高層建筑的拐角處，故電梯間等應盡量避開高層建筑的拐角來設置。立面的體型應減少凹陷或是突出的狀況，這種狀況通常將使剛度在垂直方向上出現突變的情況。經過對震害的分析，可以總結出高層建筑的剛度不均勻、平面布置不對稱、屋頂局部的突出、高低錯層連接或是沿垂直高度剛度發生突變等等情況，都會在地震時產生破壞性較強的震害。還應限制高層建筑的平面長度，保持長寬比L/B在一定的限度內，滿足抗震設計相關要求。結構采取豎向布置時可以減少地震發生時產生的破壞，但應考慮剛度需對稱而且均勻。應盡量避免出現結構不連續或是剛度突變的情況，避免上部剛度較小，從而導致“鞭擊”情況的出現。

2.4重視細部優化設計

高層建筑結構設計不僅要注重整體結構設計的協調，也應在結構細節部分的設計中加強重視。例如，為減少必須鋼筋的使用量，可以用冷軋鋼替代普通鋼筋使用，這樣的基礎設計，既能增加高層建筑對地震剪力的抵抗能力，又能降低成本，增大經濟效益。又如，在現澆板的設計方案中，將異形板劃分為方形板，從而不免建筑物受力不均，減少完工后現澆板在使用過程中斷裂的可能性。同時提高高層建筑結構設計人員對抗震性能的重視。高層建筑結構設計高層建筑設計中的安全性、實用性決定了設計人員必須具備扎實的專業知識，其經濟性、美觀性又對設計人員在思維創新方面提出了要求。

2.5確定科學的計算方法

在結構設計過程中，會用到許多的計算公式、計算程序，如果對建筑結構設計進行優化，就會用到更多的數據計算，其中涉及到大量數據以及計算方法。在數據計算過程中，設計人員要時刻注意，不能帶有約束條件，如果有的話也要轉化成沒有的，如此更能提高數據的準確性。在數據計算過程中會應用到大量的計算方法，它們之間都有各自的優缺點，設計人員要結合工程的實際情況進行合理選擇，優選既實用又簡便的方法，有助于推進工程進度節約資金。

3高層建筑結構設計應注意的問題分析

3.1提升設計師的安全意識

建筑設計師在進行建筑設計的過程中充分地考慮到建筑結構的安全性，在進行結構設計的過程中需要在甲方要求與建筑的安全性之間進行平衡、自覺監督建筑結構的施工等，從而最大限度地保障建筑的結構安全。因此，我們一定要促進建筑設計師安全意識的提升。在實際操作方面，可以通過強化建筑設計師在整個建筑中的安全責任來保障。

3.2保證設計方案的合理性

判定高層建筑結構基礎設計方案合理性的依據是，高層建筑結構設計方案與建筑內部結構系統及施工各項要求方式是否相符合。一方面，高層建筑結構方案的設計要滿足高層建筑結構的要求，滿足結構體系傳力簡單、受力明確的要求，相同結構單元的高層建筑體，應具備相同的結構系統；另一方面，此方案還必須能夠保證其在具體施工中的經濟性要求。

3.3提高建筑居住舒適度

建筑結構優化設計的基本出發點和根本目的為滿足人們的舒適度需求。高層建筑的結構設計中還應考慮到舒適的居住性能，滿足人們對室內空間、采光通風等各種需求，盡量配合其他專業，盡可能的避免在住戶的居住空間中出現梁柱的壓抑或是在分隔墻的材料中選用隔聲性能較差的材料。在選用剪力墻結構時，應盡量選用大開間的布置。方便暖通的相關設備的布置以及其他電氣設施的設置。

結語

綜上所述，高層建筑的結構設計對結構整體的剛度要求較普通建筑要高，由于層高所帶來的多種因素都要綜合考慮，是一個復雜且困難的問題，解決方案較多，通常應選擇經濟且最為安全可靠的結構體系來抵抗相關的水平力作用引起的各種變形。在設計高層建筑時要注意認真按照設計原則和規范，才能建造出優質的高層建筑。

參考文獻：

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