高層建筑結構設計的問題及對策研究

王琴

【摘要】本文通過分析當前高層建筑結構設計的問題，總結高層建筑結構設計的原則，提出相應的應對策略，以提升高層建筑結構設計質量。

【關鍵字】高層建筑；結構設計；應對策略；規范標準

我國經濟高速發展的同時帶來了城市高層建筑的不斷涌現，而建筑結構設計作為土建施工的基本內容越來越被人們所重視。同時城市土地資源越來越緊張的壓力下，城市的建筑密度不斷加大，高層建筑也越來越多，再加上城市的地形限制，這就導致土建施工條件越來越苛刻。建筑結構設計對總體工程造價和工期均有著較大的影響，只有做好建筑結構設計才能促進高層建筑的安全順利竣工。

一、高層建筑結構設計的問題

（一）扭曲變形問題

根據建筑力學的相關理論可知，高層建筑結構可以認為是底端固定的懸臂梁，相對簡支梁結構來說，該結構的穩定性較差，而提高該結構的剛度是解決高層建筑結構穩定性差的最優辦法。要提高該結構的剛度就需要保證建筑結構的結構中心、剛度中心、幾何中心三者是重合的，這樣才能夠提高建筑結構的抗彎曲能力。而在實際設計中，是不可能做到三心重合的，在外加載荷的作用下，建筑結構就會產生扭曲變形，在沖擊荷載的作用下甚至會產生局部彎曲變形，影響高層建筑的穩定性。

（二）受力性能問題

對于高層建筑來說，隨著建筑的高度不斷上升，其受力性能在逐漸降低。在設計之前，設計人員要實地勘測當地的地質、水文條件，經過詳細準確的推斷以及討論后確定設計方案。在設計方案出來以后，設計人員以及審核人員要認真分析建筑結構的空間特性，采用相應的仿真模擬軟件對于建筑結構的受力性能進行模擬分析。

（三）超高問題

隨著城市土地資源的緊張程度不斷加大，越來越多的超限高的建筑出現。盡管在現有的設計標準以及設計規范中對建筑的高度有著明確的限制，但是受制于很多因素導致具體的施工中問題重重。尤其是對于某些建筑資源匱乏的地區，如北京、上海、廣州等大型城市來說，越來越多的人口涌入，傳統的中高層建筑已經滿足不了人們的需求，因此興建超高層建筑成為這些地區解決城市建筑資源匱乏的有力手段。

（四）短肢剪力墻設置問題

剪力墻結構有著完整性良好、變形性小、結構剛度大和強度高等特點，在水平力的作用下側向變形比較小，有著比較明顯的抗震效果。高層建筑對于短肢剪力墻的定義為墻肢的截面的高度和厚度比為5-8的剪力墻，短肢剪力墻設置情況較為復雜，必須結合具體的工程設計以及設計經驗進行設置。在實際施工中很多剪力墻的墻肢厚度只有0.25m，導致墻肢與支撐梁之間的連接有效寬度不夠，再加上各種施工結構的影響，很容易導致支撐梁的強度不足，造成截面抗扭性能不高。

二、高層建筑結構設計的原則

（一）建筑結構模型設計要合理

建筑結構模型是建筑結構設計的基礎，如果不能正確選定建筑結構模型，那么就會給高層建筑造成巨大的安全隱患。同時由于高層建筑在施工的時候采取的是分階段懸臂施工方法，分段多次施工就使得施工的整體可靠性與原來的計算值有著較大的出入。而設計人員通過分析計算每個施工段的應力應變來分析整體施工質量，這種方法計算量較大，而每次的計算跟實際都有出入，根據錯誤累計原理那么整體可靠性不高。因此為了滿足我們的施工質量要求，我們需要利用有相關仿真軟件進行仿真計算。通過仿真軟件來計算每個施工過程的受力以及變形情況，并且根據仿真計算的結果來監控每個階段的施工質量。

（二）選擇合理的結構設計

對于高層建筑來說，其整體力學特性有以下幾點：剪切應力較大，彎曲應力較小；支撐柱強度高于支撐梁的強度；壓應力較大，拉應力較小。因此在進行結構設計的時候要總體把握以上幾點特性，結合具體的工程實際，對于存在應力危險的部件以及結構進行合理的加強。加強構件連接部位的應力應變分析，充分考慮到構件材料的溫度特性以及應力應變特性，堅決不采用可能造成應力危險的材料。

（三）選擇合理的高層建筑結構方案

合理的高層建筑結構方案在滿足相應的技術條件的同時，也要滿足經濟性的要求，這就要求高層建筑設計盡可能要簡單化設計，在相同的單元結構中盡可能采用同一種設計方案，在能夠滿足力學要求的前提下，盡可能采用簡單的設計方案。如果建筑的施工地區地質活動頻繁，地下土質較為疏松，那么應力需要平面和豎向的規則。設計規劃方案擬定過程中要注意與其他專業規劃的相互協調，不斷吸取他人的經驗，提高整體規劃設計水平。同時在方案確定后，不得隨意更改施工方案，需要更改方案的時候應該經過設計方、建設方的審核通過之后才能進行。在建設的時候嚴把質量關，按照設計要求及相關技術規范要求進行施工，技術人員要不定時進行現場巡查，發現施工問題要及時上報處理。

三、高層建筑結構設計的問題應對策略

（一）限制高層建筑的高度

為了適應新形勢下建筑的發展需求，建筑規范在原有的A級高度的基礎上增加了B級高度，進一步規范了建筑設計標準。設計人員在方案設計中要嚴格執行住建部關于高層建筑設計高度的規定，對于不符合高層建筑設計要求的設計方案要及時予以否決。對于牽涉到建筑高度變更的問題時，要組織專家以及技術人員進行探討。

目前超高建筑的結構多采用框架—剪力墻結構。框架—剪力墻結構既吸收了框架結構平面布置靈活、立面處理易于變化和內部空間較大等特點，還吸收了剪力墻結構剛度大、強度高等優點。在框架—剪力墻結構設置中不僅要滿足框架結構設計的基本要求，同時還要系統考慮剪力墻的數量、安放位置。

（二）做好建筑嵌固端設置

依據建設設計經驗可知，很多高層建筑在設計時都要配置兩層以及兩層以上的地下室，而地下室的存在無形中就會降低整體建筑的力學性能，因此需要在地下室設置相應的嵌固端來提高建筑的穩定性。嵌固端可以做在地下室頂端，也可以做在地下室底端。在設計中，技術人員要充分考慮嵌固端帶來的影響，將嵌固端的整體剛度與地下室頂板的剛度比例控制在合理的范圍之內，控制嵌固端上端的抗沖擊能力盡量與下端保持一致，充分協調高層建筑結構抗震縫隙設置，提高建筑嵌固端設置質量。

（三）標準高層建筑的規則

規則性是高層建筑設計的基本原則之一，依據建筑經驗可知，越是規則的建筑其力學性能越高。在高層建筑的新的建筑規范中明確規定高層建筑不允許采用嚴重不對稱的設計方案，其對于地下結構嵌固端上層和下層的剛度比、建筑基準的平面度、建筑的施工工序等影響建筑結構規則性的因素都做了相應的規定。所以為了避免施工后期的圖紙變動，前期必須標準高層建筑的規則。

結語：隨著高層建筑不斷發展，人們對于高層建筑結構設計的質量要求也越來越高。為了全面提升高層建筑的建設質量，因此在建筑結構設計中要根據施工的具體情況，針對建筑工程中存在的問題，提出科學的應對策略，從而促進高層建筑結構的科學發展。

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