高層建筑結構設計特點及常見問題分析

羅曉清

摘 要：近年來高層建筑得以大量興起，已成為當前城市發展過程中主要建筑形式。高層建筑具有垂直高度較大、層數較多、結構較為復雜等特點，這就為高層建筑結構設計提出了更高的要求。文中從高層建筑結構設計特點入手，對高層建筑結構設計中常見問題進行了分析，并進一步對高層建筑結構設計中常見問題的解決措施進行了具體的闡述。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；設計特點；常見問題；解決措施

前言

高層建筑在當前城市發展過程中快速發展起來，其不僅有效的緩解了當前城市土地緊張的問題，而且還為人們提供了高品質的辦公和住宅場所。在當前高層建筑建設過程中，需要做好結構設計工作，利用先進的結構設計手段來確保結構設計的質量，使高層建筑設計能夠更好的滿足大眾的需求，而且風格更具多樣化，使高層建筑結構更具穩固性。

1 高層建筑結構設計特點

1.1 側移成為控制指標

高層建筑由于高度較大，這就對其穩固性和安全性有了更高的要求。在高層建筑設計過程中，建筑結構側移問題需要重要關注。為了能夠避免高層建筑結構變形的發生，則需要對位移的限制進行嚴格要求。特別是頂點位移限制與數值大小及振動頻率息息相關，一旦層間相對位移較大時，則會導致結構變形發生，使建筑物受到不同程度的損壞。在高層建筑高度不斷增加的情況下，建筑物水平荷載能力也會發生不同的變化，建筑物側移幅度會不斷增加，不僅會導致側移附加內力加大，而且還會導致建筑結構主體裂縫發生，從而帶來嚴重的后果。這就需要在高層建筑設計時，需要控制好結構水平區域的側移幅度，將其控制在一定范圍內，確保高層建筑物的安全性。

1.2 高度預防軸向變形

當前高層建筑多以框架結構為主，在這種結構形式中，框架的中柱軸壓力會大于邊柱軸的壓力，這也導致中柱軸受形變形的幾率增加。特別是當建筑物高度較大時，這種中柱軸變形數值會遠遠大于邊柱軸的變形壓數值，因此容易出現連續梁中間出現下沉及下陷的情況發生，從而導致跨中正彎矩值和兩端支座彎矩值增大，給預制構件的下料長度帶來較大的影響。由于高層建筑軸向變形的存在，會給構件的剪力和側移力帶來較大的影響，嚴重危及高層建筑的安全系數。

1.3 抗震性要求越來越高

在地震作用下，高層建筑的安全性低于低層建筑，其變形會更加嚴重。這就需要在高層建筑設計過程中，需要確保承載力和剛度要自下而上的減小，確保其變化的均勻性。通過合理對樓體結構中塑性集中變形進行設計，確保樓層建筑延能夠增強，從而更好的提升建筑物的變形能力。另外，還需要在設計時考慮好地基土質，假設在地震作用下進行計算，確保結構抗震性能得以提高。

2 高層建筑結構設計中常見問題分析

2.1 高層建筑結構設計選型

2.1.1 結構設計的不規則問題。在當前高層建筑結構設計中，對于結構的規劃性有了硬性的要求和限制，而且在新規范中對于嚴重不規范的設計方案嚴禁進行使用。這就需要在設計過程中，在對結構進行選型時，需要選擇相對較為規劃的結構，這樣可以為后期施工圖設計階段的各項工作的順利開展奠定良好的基礎。

2.1.2 建筑結構的高度問題。當前高層建筑超高的現象較為普遍。由于在地震力作用下超高的建筑物發生變形及性態變化的幾率較大，這就需要我們要謹慎對待建筑的高度問題。在建筑物高度增加的情況下，會對結構帶來較大的制約影響，特別是一些參數如果超出了原來的指標范圍，這必然會對建筑物結構的安全性和延性帶來較大的影響，所以在高層建筑結構設計時，對于高度的確定需要嚴格按照國家的相關規范要求來進行，避免出現超高限的情況發生。

2.1.3 嵌固端的設置問題。當前高層建筑為了能夠最大限度的確保空間的使用率，通常都會向地下部分延伸，通過建筑一至兩層的地下室和人防使空間使用率達到最大值。在建筑有地下室的高層建筑中，嵌固端會對整體結構某些部件內力分配的準確性帶來較大的影響。通常在地下室的頂板或是人防的頂板位置處來進行嵌固端的設置。這就需要在設置嵌固端時準確進行分析和計算，避免對上下層剛度和抗震等級帶來不必要的影響，從而給工程留下安全隱患。

2.2 高層建筑的扭轉結構問題

高層建筑結構穩固性需要確保其幾何形心、剛度中心和結構重心要達合一的標準要求。否則在水平荷載作用下建筑物不可避免的會發生扭轉振動效應，從而導致建筑物受到不同程度的破壞。這是我們在結構設計時需要重要關注的問題，通過合理的結構形式和平面布局，確保建筑物結構達到三心合一，避免高層建筑扭轉問題的發生。

2.3 高層建筑的地基和基礎設計問題

在高層建筑設計過程中，地基和基礎設計作為其中非常重要的一個環節，需要在設計過程中給予充分的重視。在高層建筑設計工作中，地基和基礎設計的好壞不僅關系到后期結構設計能否順利進行，而且對工程造價及建筑質量都會帶來決定性的影響。所以需要在地基和基礎設計時注意設計的合理性和科學性，避免為工程質量留下安全隱患。

2.4 高層建筑結構的計算和分析

能否高效準確的對工程進行內力分析并按照相關規范來進行設計直接決定這個工程設計的質量好壞。在結構計算和分析時，首先要選定結構體系，借著就是高潮結構設計的關鍵部分。由于新規范對整個結構計算和分析內容進行了調整和改進，所以對這一部分比較常見的問題就要有一個清晰的認識。接著根據選好的結構體系，運用準確的結構母性和正確的結構設計軟件開始計算。

3 高層建筑結構設計中問題的解決措施

在設計高層建筑時，為了讓樓層水平力作用沿著平面均勻分布，較少扭轉振動效應，建筑平面應該盡可能采用方形、圓形、正多邊形、矩形等簡單的平面形式。如果在不能使用簡單平面形式，而要采用不規則的L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，要將突出部分的厚度和寬度控制在允許的范圍內。在結構平面布置時，應盡可能是結構處于對稱狀態。

我國地域較為遼闊，各個地區地質情況存在較大的差異，這就使國家標準的設計規范在具體實施過程中需要與地方的地方性設計規范有效進行結合，確保高層建筑的設計能夠與當地的具體情況相適宜，從而提高施工設計的準確性。特別是在地基基礎設計上，更需要對地方性建筑規范進行深入的了解，有效的避免可能會對施工帶來不利影響的因素，確保施工設計的準確性和科學性。

一來用于高層建筑計算的計算機軟件有SATWE＼TAT＼TBSA等。在開始計算前，設計人員應該根據規范要求和工程的實際情況對結構參數和特殊構件進行正確的設置。各端架在計算模型上會存在著一定的差異，因此導致各軟件的計算結果也會有所不同。這個時候就需要工程師根據軟件的特點來選擇合適的軟件，避免給工程留下安全隱患。

4 結束語

在高層建筑結構設計過程中，需要嚴格按照相關的規范要求進行，而且要加強實地考察，多方面的對結構進行深入分析，編制多個設計方案，通過對各個方案的比較來選擇最適宜的設計方案，及時對設計過程中存在的問題進行解決，確保整體設計的科學性和合理性，使建筑物的質量能夠得到有效的保障。

參考文獻

[1]劉大海，楊翠茹.高樓結構方案優選[M].陜西：陜西科學技術出版社，2008.

[2]何廣乾，陳祥福.高層建筑設計與施工[M].北京：科學出版社，2007.

[3]趙西安.高層結構設計[M].中國建筑科學研究院結構研究所，2008.