高層建筑結構設計問題及對策

羅廣堅

[摘要]本文列舉了一些高層建筑結構的特點，從中分析高層結構設計與普通結構設計的異同，討論了高層建筑結構體系的選型問題，列舉了高層建筑結構設計常遇的問題及對策。

[關鍵詞]高層建筑；結構設計；問題；探討

文章編號：2095-4085（2016）04-0051-02

高層建筑作為一個既復雜又龐大的系統，其結構設計已引起越來越多的重視。在高層建筑結構的設計過程中，既要滿足抗震、抗風等方面的安全要求，又應注重高層結構的科學合理性。

1.高層建筑的結構設計特點

1.1豎向荷載與水平荷載

由于高層建筑特性的約束，使其與普通建筑有著一定程度的異同，在荷載方面，所有建筑都需承受豎向荷載和水平荷載，與普通建筑不同的是，隨著高度的增加，外界的風荷載及水平地震作用所產生的水平荷載對高層建筑的影響就越大。以風荷載為例，高層建筑所承受的風壓也是多層建筑所不能比擬的，隨著建筑高度的不斷增加，其所承受風壓越大，過大的側移不僅損壞建筑的結構和非結構構件，還會對使用者的舒適性產生一定影響。此外，高層建筑在承受水平作用時，若建筑剛度偏小，側移過大，還需考慮由重力引起的二階效應，因此，在高層結構設計中，控制好建筑的側移，做好結構的抗側力設計至關重要。

1.2高層建筑結構的選型

高層建筑結構的方案多種多樣，如剪力墻結構、框剪結構、鋼結構等。對于高度較低的高層結構甚至可以選用框架結構，因此合理的結構設計方案對工程來說十分重要。例如基礎的選型，建筑基礎是建筑結構最重要的組成部分之一，基礎的安全可靠關系到建筑物的安全。對于高層建筑而言，墻柱底內力較大，在基礎的設計上，其要求整體性更好，可以承受建筑的質量以及適量的變形，因此在基礎的選型上，既要滿足建筑物的安全性又要兼顧建筑物的成本控制。因此，在高層建筑設計中，需充分考慮工程的周邊地理環境、施工的技術條件等因素，綜合考慮各專業的互相協調，且選擇多個方案進行比選，以此選擇出最優的結構方案和基礎方案。

1.3對結構的計算結果進行準確分析

計算機在建筑結構的設計中也得到了廣泛應用，運用計算機進行建模以及計算已經成為常態，但問題也隨之出現，設計軟件種類不同，其產生的結果也有不同程度的差異，這就要求設計人員對計算結果準確度的判定提出更高的要求。機算前期參數的準確度會直接影響到計算結果，部分參數即使在同一系統中也不一定全都適用，準確把握參數的設定，是對設計人員的基礎要求之一。此外，建筑結構同時也受到各種不同實際情況的約束，與機算結果不能完全吻合，因此在機算設計的同時，也需設計人員結合計算結果和實際情況，對結構設計進行相應處理，以求達到既安全又經濟的目的。

1.4高層建筑結構的構造措施

“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉”原則是保證結構安全的重要原則之一。在實際設計中，機算只能起到一個整體的設計功能，難以保證面面俱到，因此需要設計人員對部分結構或構件進行一定構造措施的考慮。在設計過程中，要充分考慮上述原則，對薄弱位置進行處理，在滿足安全要求的前提下，不能隨意增加配筋或加大截面，導致經濟上的浪費，在提高結構構件的延性上，必須計算好鋼筋的錨固長度，且考慮好溫度變化對鋼筋應力的影響。在前期的結構設計完成后，需要對結構進行驗證，保證設計的抗震性。

2.高層建筑結構的問題及探討

2.1結構的規則性問題

在新版高層建筑結構規范中，對高層建筑結構的規則性作出了很多限制，譬如：結構剛度比、位移比、側向剛度比等。除此之外，規范還要求高層建筑不得采用嚴重不規則方案。在控制建筑結構的規則性需要從多方面人手，除了上述建筑方案的重視，還需合理的結構布置，對薄弱部位進行加強處理等，以達到豎向、平面、扭轉的規則。

2.2高層建筑的嵌固端問題

高層建筑多配有兩層及兩層以上的地下室，高層建筑一般將嵌固端設置于地下室頂板，但這需要設計人員對嵌固端的判定，綜合考慮嵌固端上下層的剛度比，且要保證嵌固端上層及下層相關范圍的抗震等級一致，同時還需考慮嵌固端的樓板設計，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結構抗震縫的設置和協調。

2.3剪力墻的設計問題

在有關剪力墻的設計中，要充分考慮剪力墻對結構體系的影響，剪力墻作為承受水平及豎向作用的構件，需保證其有良好的剛度；在結構布置上，剪力墻的間距不應過大，也不應過密，因為剪力墻的布置過大，會導致建筑的剛度較低，側移較大，無法保證其豎向承載力及抗側力要求，若剪力墻布置過密，會導致建筑物剛度較大，地震發生吸收地震力也隨之增加，需增加配筋等措施，不利于工程的經濟性。剪力墻宜雙向布置，如此才能適應不同方向的地震作用，因此應合理布置剪力墻，以滿足使用和剛度的要求，保證既安全又經濟。

2.4連梁的設計問題

隨著剪力墻的廣泛使用，連梁設計的問題也隨之增加，連梁一般具有跨度小、截面大，且與連梁相連的墻體剛度又很大等特點。在地震作用時，連梁承受的剪力相當大，容易出現超筋破壞，處理連梁超筋的措施有多種，如減小連梁截面高度或減小連梁剛度、對連梁進行調幅處理、對獨立墻肢進行二次多遇地震作用下的內力分析等。在實際設計過程中，除了滿足計算外，也需重視連梁的構造措施，適當加強連梁及相關墻肢的配筋，能夠對建筑結構的安全性起到重要作用。

3.結語

高層建筑的結構設計是一項設計難度大、技術要求高、設計工作繁瑣的工作。從事高層建筑結構設計的設計人員應綜合考慮實際施工和相關技術要求，不斷提高專業素質，保證結構設計的科學合理性，提高對結構設計質量安全問題的辨識能力，多分析不同案例，從不同工程中吸收經驗，從而判別出問題所在及選用最優的處理方案。