基于高層建筑工程設計的研究

白新密

基于高層建筑工程設計的研究

白新密

（煤炭工業鄭州設計研究院股份有限公司 河南鄭州 450000）

近些年以來，隨著經濟的快速與持續發展，我國城市有關高層建筑結構的建設數量不斷增加，本文重點探討高層建筑結構設計中出現的一些問題進行分析，并研究解決這些問題的有效對策，以便提高高層建筑結構設計的總體質量水平。

高層建筑；結構設計；問題；對策

1.引言

新時期城市高層建筑隨著高速發展的經濟水平逐漸涌現出來，因而人們越來越重視高層建筑結構的相關土建施工與設計問題，并且隨著逐漸加大的城市建筑密度，高層建筑工程數量不斷增多，良好的高層建筑結構設計工作可以有效保證建筑工程的整體質量。

2.高層建筑結構設計中的存在問題

2.1高層建筑結構設計中的變形扭曲問題

依照建筑相關的力學理論可知，一般高層建筑結構都是底端固定懸臂梁結構，但是該種建筑結構具備的穩定性不高，而解決高層建筑結構低穩定性的主要措施就是提高懸臂梁結構的剛度，在提高建筑懸臂梁結構剛度的同時還要確保建筑結構的幾何中心、剛度中心以及結構中心一致并重合，以便有效提高高層建筑結構的抗彎水平。但是在實際高層建筑結構設計中無法實現這三個中心的重合，受到外加荷載的影響導致建筑結構會呈現一定的變形與扭曲，甚至在沖擊荷載的影響下還會導致高層建筑結構出現局部的變形與彎曲，極大的影響到整體建筑的安全與穩定性。

2.2高層建筑結構設計中的受力性能問題

高層建筑隨著不斷升高的層數，會逐漸降低受力性能。在高層建筑結構設計之前，相關人員還要對施工場地的水文、地質條件等進行全面勘測，依照這些地質水文資料來準確并詳細的討論與推斷，以便確定最終高層建筑結構設計方案。在方案設計之后，審核人員與設計人員還要對高層建筑結構空間特征進行分析，并結合模擬仿真軟件來模擬分析高層建筑結構的受力性能，以確保整體建筑結構的穩定性。

2.3高層建筑結構設計中的超高問題

伴隨著建筑層數與高度的逐漸增大，在結構設計的過程中還需要考慮到高層建筑的抗震性能。一般高層建筑結構設計會嚴格規定建筑物的高度，在滿足基礎抗震性能的前提下，高層建筑超高范圍不斷增加，因而要求更規范的高層建筑結構。在高層建筑結構設計中要強化細分高層建筑范圍，以便完善高層建筑結構的設計方案與過程。在設計高層建筑結構的時候要關注好結構范圍的變化，并注重超高層建筑結構設計的抗震性能設計。

2.4高層建筑結構設計中的設置短肢剪力墻問題

建筑結構剪力墻結構具有結構強度高、結構剛度大、變形性小以及完整性良好等特點，該結構在水平力的作用影響下會產生較小的側向變形，因而具有較高的抗震性能。而所謂短肢剪力墻實際上就是墻肢截面厚度與高度為8:5的剪力墻結構。設置短肢剪力墻的過程比較復雜，在實際設計過程中還要綜合設計經驗以及具體工程設計來設置。高層建筑結構在施工中大多數剪力墻的墻肢厚度都為2.5厘米，這就造成支撐梁與墻肢之間不具備足夠的有效寬度，再受到其他結構施工的影響，會導致支撐梁強度不足以支撐整體結構，使得剪力墻截面的抗扭能力較低。

3.高層建筑結構基本設計原則

3.1要合理設計高層建筑結構模型

高層建筑結構設計的基礎就是建筑結構模型，而想要提高高層建筑結構設計的安全與合理性，就需要依照實際情況選擇正確的建筑結構模型。高層建筑一般施工方法都為懸臂分階段施工，多次并分段的施工方法會使得整體施工可靠性與設計計算值存在較大偏差，結構設計人員在分析整體建筑施工質量的時候要計算并分析分段施工的應力應變，但是所需要的計算量與計算方法比較復雜，因而一般會結合仿真模擬軟件來計算施工過程中的變形情況與受力情況，以便對各階段施工質量進行有效監控。

3.2要合理設計高層建筑結構

高層建筑結構具備的整體力學特征主要包括：抗應力較小；壓應力較大；支撐梁強度低于支撐柱強度；彎曲應力較小；剪切應力較大。所以在對高層建建筑進行結構設計的時候要綜合以上幾方面的力學特征，并與具體建筑工程實際相結合，加強分析建筑連接構件部位的應力應變，并綜合考慮到構件應力應變特征與材料溫度特性來完成設計工作。

3.3要優化高層建筑結構設計方案

科學的高層建筑結構設計方案不僅要滿足經濟性要求，還要具備高技術條件，因此在設計高層建筑結構的時候要遵循優化并簡化設計原則，在高層建筑相同單元結構中最好使用一種設計方案，在達到結構力學要求的基礎上，最好選用簡單的高層建筑結構設計方案。比如若是高層建筑施工區域存在頻繁的地質活動，并且其地下土質比較松軟，那么在設計結構應力的時候還要綜合豎向與平面規則。在擬定高層建筑結構設計方案的過程中要協調好其他專業的設計與施工，并結合先進的設計方法與優秀的設計經驗提高整體建筑結構設計水平。在確定好高層建筑結構設計方案之后，不可以隨意的變更施工設計方案，若是需要對設計方案進行調整與更改，還需要結合建設單位、設計單位與施工單位的共同審核與研討。另外還要控制好整體工程的質量，依照技術規范要求與設計要求來進行建筑的施工建設，同時還要由專業技術與監督人員對施工現場進行巡查，一旦發現質量隱患與施工問題就需要立即上報單位，以便及時采取措施處理。

4.應對高層建筑結構設計中問題的解決措施

4.1要對高層建筑結構的高度進行有效限制

新時期為了應對時下建筑行業的發展趨勢與需求，高層建筑結構設計的高度范圍已經增加到了B級建筑高度，有效對建筑設計標準進行了規范。高層建筑結構設計人員在設計施工方案的過程中要根據規范設計高度標準嚴格執行，在審核方案的過程中一經發現違反設計高度規定的方案要立即否決，若是需要變更高層建筑結構設計高度，還要結合技術人員與專家來研究與探討。

如今我國超高層建筑結構類型大多為剪力墻與框架結構。剪力墻與框架結構既具有框架結構的內部空間大、立面結構處理方便、平面布置靈活特點，還具有剪力墻結構強度高與剛度大特點。在設計剪力墻與框架結構的時候要按照基本設計要求與標準進行。

4.2要設置好高層建筑結構的嵌固端

高層建筑在施工設計時一般都會包含至少2層的地下室結構，存在地下室結構就會縮減并降低建筑結構的整體力學性能，所以地下室結構在設計的過程中要相應的設置一些嵌固端，以便提高整體建筑的安全與穩定性。嵌固端可設置在地下室底端與頂端部位，技術人員要在設計過程中結合嵌固端可能給整體結構帶來的影響，以便將地下室頂板剛度與嵌固端整地剛度比例控制在科學范圍內，并與建筑結構抗震縫隙的設置進行充分協調與配合，提高整體建筑結構的質量。

4.3要按照高層建筑結構設計的標準規則來實施

高層建筑結構設計的主要原則就是規則性，建筑的規則性越高則其具備的力學性能也就越高。我國針對高層建筑結構設計的新規范表明，不對稱的結構設計方案不予施工采用，另外還對建筑施工工序、建筑基準平面剛度、地下室結構嵌固端下層與上層剛度比等會影響到建筑結構規則性的相關因素進行了嚴格的規定，因此要根據這些標準要求與規則來科學設計高層建筑結構。

結論：

總而言之，高層建筑結構的設計質量會影響著后期施工建設的質量，因而我們要正確面對設計過程中所存在的一些關鍵性問題，采取有效措施處理好高層建筑結構設計中的問題，以便提高高層建筑結構設計的安全性與穩定性，促進建筑行業的健康與持續發展。

[1] 沈洋. 淺談高層建筑結構設計的問題及對策探討[J]. 城市建設理論研究:電子版.2015，04（7）：12-13

[2] 徐勝堅. 高層建筑剪力墻結構優化設計初探[J]. 建筑工程技術與設計.2015,02（12）：27-28

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1007-6344（2017）03-0088-01