探討高層民用建筑結構設計的相關問題

摘要：隨著社會越來越發達，高層建筑的數量越來越多并且繼續增加的趨勢，高層建筑結構設計也越來越受重視。本文結合筆者的多年實踐經驗，指出了在高層結構設計中應注意的一些問題，以提高結構設計的準確性、安全性和經濟合理性。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;常見問題

前言

現代科技技術的快速發展以及我國城市建設用地的日趨緊張，城市建筑逐漸向中高層方向發展，越來越多的高層建筑和超高層建筑出現在各大城市中。伴隨著高層建筑理念的發展，多種多樣的新興結構設計方案也迅速地發展起來。現在，一些高層建筑的種類與功能開始變得多樣化和復雜化。因此，高層建筑結構設計也成為了高層建筑結構工程工作中的重點和難點。縱觀當前形勢，我們應該將高層建筑的結構設計放在首要位置加以研究和探討。而在高層建筑結構設計中出現的問題，也必將成為設計師們要面對解決的首要問題。

1.高層民用建筑結構的設計原則

1.1結構堅固、耐久

除按荷載大小及結構要求確定構件的基本斷而尺寸外，對陽臺、樓梯欄桿、頂棚、門窗與墻體的連結等構造設計，都必須保證建筑物構、配件在使用時的安全。

1.2注意美觀大方

建筑物的形象除了取決于建筑設計中的體型組合和立面處理外，一些建筑細部的構造設計對整體美觀也有很大影響。例如欄桿的型式、陽臺的凸凹、室內外的細部裝修，各種轉角、收頭、交接處的接頭設計.都應合理處理.并相互協調，注意美觀大方。

1.3合理降低造價

各種構造設計，均要注重整體建筑物的經濟、社會和環境的三個效益，即綜合效益。在經濟上注意節約建筑造價，降低材料的能源消耗，又要有利于降低經常運行、維修和管理的費用。還須保證工程質量，不能單純追求效益而偷工減料，降低質量標準，應做到合理降低造價。

1.4應用先進技術

在進行建筑構造設計時、應大力改進傳統的建筑方式，從材料、結構、施工等方面引入先進技術、并注意因地制宜。

2.影響高層民用建筑結構設計的因素

2.1軸向變形

軸向變形在高層民用建筑結構設計過程中不容忽視。高層民用建筑結構設計中，建筑自重和樓層載重荷載所產生的軸力和彎矩與樓房高度的呈線性關系。高層民用建筑的豎向的荷載包括建筑自重和樓層載重等，數值很大，容易引起較大的軸向變形。軸向變形會是建筑的內力分布發生變化，引起構建的塑性變形。因此，在高層民用建筑設計中，要充分考慮豎向荷載的作用，進行合理的配筋設計。

2.2結構延性

結構延性是高層民用建筑結構設計過程中的重要指標。為了保證建筑結構的安全可靠，防止高層民用建筑結構在地震等自然災害作用下出現倒塌等重大破壞，必須要在高層建筑結構設計師采取措施，提高結構的延性，是高層建筑結構在進入塑性變形階段后，仍具有變形能力。

2.3水平荷載

水平荷載是高層民用建筑結構設計的決定因素。建筑結構整體近似于一個懸臂梁，水平荷載引起的傾覆力矩和軸力與樓房高度的平方成正比。對高層民用建筑來講，水平荷載主要有風荷載和地震作用等，在水平荷載的作用下，建筑結構容易出現失穩現象，所以水平荷載是建筑設計過程中必須要考慮的重要因素。

2.4側移

側移成為高層民用建筑結構設計的重要控制指標。在地層的樓房設計中，基本不存在側移問題，但如果高層民用建筑設計不合理，在水平荷載的作用下，樓房發生側移的可能性很大。為了維持建筑結構的穩定性，在高層民用建筑結構設計中一定要把側翼變形維持在一定的范圍之內，只有這樣才能保證建筑結構的安全。

3.高層建筑結構設計中常見的問題及對策分析

3.1結構規則性的問題及解決對策

在高層建筑結構的一些規定中，對高層建筑的規則性也作出了一定的的制約，高層建筑的規則性在整個在建筑的設計中占有非常重要的地位。例如：在結構設計中，結構嵌固端上層與下層的剛度比以及平面和立面的規則設計等都必須進行嚴密的描述，在設計中要綜合考慮基于該建筑的最優化結構，不能死板硬套其他好的結構設計。

結構滿足規則性的要求是建筑設計能夠成功實施的開端，在審查中如果發現高層建筑的設計結構不滿足規則性的設計要求，就有可能出現返工現象，從而延誤整個工期。為避免這種現象的出現，在最初進行設計時，就要考慮結構規則性各方面的約束，合理調整設計中的相關數據，這也是提高安全性的一項保障。

3.2不合理的短肢剪力墻設置問題及解決對策

短肢剪力墻是指墻肢截面的高度和厚度比在5～8的墻，根據大量的建筑經驗和數據分析，可以知道這種結構在強度和結構上存在一定的缺陷，影響建筑的穩定性和安全度。為了建筑的穩定性和科學性，在高層建筑的結構設計中，必須對短肢剪力墻的使用進行限制，對于建筑中有必要加入短肢剪力墻的結構，要對建筑的整體結構進行細致的分析，對短肢剪力墻的位置、結構進行合理的設置，盡量滿足強度和穩定性要求，以減小不利影響。

3.3建筑結構超高問題及應對措施

隨著建筑物高度的增加，水平側向力對建筑物影響增大，建筑物的抗震能力、穩定性都會大幅下降，因此必須重視高層建筑設計中的超高問題。在建筑規范中規定了A級高度和B級高度來限制建筑物的超高問題，如果在結構設計中對超高問題沒有足夠的重視，在施工圖紙進行審核的時候必然會發現其中隱含的安全隱患，就必須組織對該建筑物的審計或經過建筑方面的專家探討，對建筑設計方案可行性進行細致的分析，如果問題較大則要重新進行設計，這將會增加整個建筑造價，延誤施工進度。在進行結構設計時，盡可能地去優化結構以滿足高度的需求，高度也必須盡可能地控制在規定的范圍內，以防安全事故的發生。

3.4科學的嵌固端設置及解決對策

在現代高層建筑中，通常將嵌固端修筑在地下室和人防頂板地區。但是，這種設計方法在實質上并不穩妥，在整個設計中應力和載荷分布并不均勻，在建筑基部所受垂向的壓力非常大，將嵌固裝置設置在地下室和人防頂板處，若不進行合理的設置，很容易影響整個建筑的穩定。在進行相關的設計時，設計師必須重視嵌固端位置不合理將可能引發的問題，細致研究嵌固端的樓板設計和嵌固端上下層的剛度比例等。另外，在高層建筑計算的運算工作中，要將嵌固端的方位布局納入其中，注意保持嵌固端的布局需要和抗震縫隙的和諧，使二者之間達到一定的平衡，以滿足抗震的需要。

3.5不科學的高層建筑結構設計及解決對策

結構設計是高層建筑中可控性很強的一項工作，在設計過程中要將高層建筑物的抗震性、安全度、牢固度等納入結構設計考慮范圍，不能盲目聽從業主的指導，忽視技術規定隨意設計建筑結構，否則將會影響高層建筑的安全度與穩定性。在解決高層建筑結構設計不科學問題時，要有效把握、積極控制、全面加強、嚴謹規范，從整體上維護高層建筑的建設質量。在具體的建筑結構設計中，要綜合考慮建筑物抗側力、平面大小、結構質量、抗震能力等因素，進行優化布置，作出科學的建筑結構設計方案，為提高高層建筑的安全度與穩定性打好基礎。

4.結語

最近幾年來，我國城市的高層民用建筑得到了快速的發展，但是仍然存在著大量的問題。在城市高層民用建筑的結構設計過程中，工程師們不僅要加強對結構計算準確性的重視程度，同時還要關注結構方案具體實際情況的細節，并相應選擇最佳的合理結構方案。隨著我國高層民用建筑結構設計理論的不斷發展，我們要嚴格遵守高層建筑設計的原則和理念，并挑選最佳的建筑結構體系，為我國建設更好的高層建筑，促進我國建筑業的發展做出貢獻。

參考文獻：

[1]肖峻.高層建筑結構分析與設計[J].中化建設，2013（12）.

[2]吳景祥.高層建筑設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3]包世華，方鄂華.高層建筑結構設計[M].北京：清華大學出版社，2012.

[4]蘇英.高層建筑結構設計的幾個問題[J].科技信息（學術研究），2013.