高層建筑結構設計的問題及對策探討

李文起 張 衡

商丘市弘基建筑勘察設計有限公司

高層建筑結構設計的問題及對策探討

李文起 張 衡

商丘市弘基建筑勘察設計有限公司

隨著城市化進程的加快，高層建筑物越來越多，尤其是大城市新建建筑物多為高層建筑。高層建筑的設計建設難度較高，做好其結構設計成為提升高層建筑建設效率和質量的關鍵之舉。在高層建筑結構設計方面，一方面要體現出設計的科學性和專業性，進而使建筑物能夠滿足于公眾的實際需要，另一方面，高層建筑結構設計要體現出安全性，側重于滿足抗震、抗風等基本功能性要求，確保建筑能夠符合安全建設規范標準。

高層建筑；結構設計；問題

科學技術及市場發展的需要促進了建筑結構的不斷變化，建筑工程逐漸朝著高層化發現發展。高層建筑具有施工技術復雜，建筑結構承載力要求較高等特點，其中高層建筑結構設計作為高層建筑工程的重要組成部分，在開展建設項目時要對高層建筑結構設計給予高度注意，要保證結構設計的合理性、科學性，以滿足人們生活的需要，此外建筑結構設計還需要使建筑具有一定的抗震和抗風能力，以實現建筑物安全性的需要。

1 高層建筑結構的特征

高層建筑結構與普通建筑不同，高層建筑結構需要承載水平和垂直兩個方向較普通建筑結構承受的荷載大。其中外界風力產生水平荷載，垂直荷載主要是建筑物的高度引起的荷載。高層建筑結構受外界地震和風力的影響較大，同時隨著建筑的層數逐漸增多建筑物位移的速度將增快，側移速度的加快會影響住戶的舒適度和建筑的功能性。此外側移過大還會損害建筑物的結構和非結構構件。這就要求設計人員在進行建筑設計時將建筑物的側移控制在合理范圍內，以實現建筑物功能性和舒適度的要求。

2 高層建筑結構設計原則概述

2.1 選取合理的計算簡圖

在計算簡圖的基礎上，設計方要對高層建筑結構設計進行計算，一旦數據采集不合理，容易導致最終結構設計不合理，影響后期的施工建設。為能夠保證后期建筑結構設計的安全性和規范性，設計方必須選取更為合理的設計方案，采取相應有效的構造方法，在實際的結構設計當中，要盡可能減小誤差，使計算簡圖盡可能控制在規范的限定范圍之內。

2.2 確定合適的基礎設計

基礎設計要以高層建筑的地質條件為選擇依據，并綜合考慮建筑的荷載分布和結構類型、相鄰建筑物的影響、施工技術和條件等因素，實現具體基礎設計的確定。在基礎設計方案確定過程中要充分發揮地基潛力，必要時還需進行地基變形監測。

2.3 確定科學、合理的結構方案

建筑結構方案必須在滿足建筑設計結構體系和形式的要求下，盡量降低成本費用。結構體系的設計要求受力準確、傳力便捷。結構方案的選擇過程中要綜合考慮區域條件、自然條件、施工材料、施工技術等因素對結構設計的影響，以實現結構方案的最優化。

3 結構設計中存在的問題

3.1 短肢剪力墻設置問題

短肢剪力墻不合理設置已經成為直接影響高層建筑安全性的突出問題，其對建筑結構的損害是非常嚴重的。在高層建筑結構設計中，往往容易出現增設短肢剪力墻的現象，這一現象的出現容易影響到建筑物的穩定性和安全性，進而使建筑物整體抗震能力弱化，不利于建筑物長期穩定使用。

3.2 縱向框架的問題

在現行的建筑抗震設計規范中，水平地震的作用力一般按兩個主軸的方向分別計算。各個方向的抗測力構件用于支撐各個方向的地震力。也就是說，在對整體框架進行結構設計的時候，縱向框架的力和橫向框架的力兩者的重要性是相同的。然而在實際高層建筑結構設計中，往往忽略了地震的縱向作用，導致結構設計的缺陷，使得梁的支座負筋，跨中縱筋和箍筋的配筋值都不足。

3.3 其他問題

建筑結構的穩定性、牢固性、抗震性、應力處理不足，這一系列設計的不合理，會直接降低建筑的質量和使用壽命，影響建筑結構的設計的效果。針對高層建筑結構設計中需要計算的設計部位來講，計算的準確性直接影響設計的科學性、合理性。

4 完善高層建筑的結構設計工作

4.1 結構方案選擇要合理

高層建筑結構設計工作最為重要的一點就是要恰當合理選取結構方案，只有結構方案選擇準確才能確保高層建筑整體結構設計水平達到預期標準。在實際的結果方案選擇過程中需要考慮的問題相對還是較多的，首先應針對具體標準和規范要求進行設計前的分析，進而能夠避免實際選定的高層建筑結構設計方案違反相關標準和要求，其次對建筑施工環境進行實地考察，對基礎情況、項目規模等信息數據進行收集分析，進而在做好前期工作的基礎上選定最為優化的一套高層建筑結構方案。

4.2 合理使用計算簡圖

計算簡圖是建筑結構設計的數據基礎，計算簡圖中具有建筑結構設計的計算內容，是影響建筑結構設計的關鍵所在，因此加強計算簡圖的合理運用有助于建筑結構設計的安全、合理目標的實現。由于高層建筑結構設計具有極強的復雜性，在確定計算簡圖時存在一定的難度，計算簡圖的具體確定過程總必須綜合考慮各種因素的影響，以確保后續計算工作的準確性、客觀性。同時在計算過程中還要加強計算簡圖的合理使用，以保證計算的高準確性。

4.3 加強平面及立面的選擇

在進行高層建筑結構設計中，“三心合一”是一個重要的概念。“三心合一”指的是高層建筑整體的幾何形心、剛度中心、結構重心盡可能地在空間中交匯于一個點。如果不能在高層建筑結構設計中做到“三心合一”，那么整個高層建筑的結構設計就會出現扭轉問題。扭轉問題會在風載等水平載荷的作用下對高層建筑的相應結構造成嚴重危害，繼而影響到整個高層建筑的結構設計。為了防止扭轉問題對于整個結構的危害，設計人員在設計時應該盡可能的使高層建筑整體達到“三心合一”的狀態，要選擇合理的結構形式和平面布局。因此，在選擇平面和立面形式的時候，對高層建筑的平面要選擇比較簡單的形式，便于設計人員在進行計算和設計的時候條理清晰、不易混淆。

綜上所述，高層建筑結構設計合理與否，最終影響著建筑的整體安全性。現階段，高層建筑結構設計存在的問題具有普遍性，有針對性地展開分析研究符合當前結構設計現實要求，研究的實效性較為突出，研究所取得的成果具有一定的借鑒價值。

[1]王號.高層建筑結構設計相關問題及對策分析[J].低碳世界，2015，01：233-234.