高層建筑結構設計特點及常見問題分析

周立明

摘要：城市的飛速發(fā)展，高層建筑的密集化是一個重要的標志，高層建筑越來越多象征著經濟的增長和建筑技術的進步。其設計本身是一個非常復雜又龐大的體系，而結構設計則是這個體系中的重點，其要具備科學性和合理性，要能夠滿足高層建筑安全性能方面的需求。本文闡述了高層建筑結構設計的特點、并分析了相關的問題及對策。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；問題

引言：

高層建筑的結構設計關系到建筑物的整體形態(tài)，在建筑結構設計中是非常重要的。高層建筑結構的選擇是一個非常復雜的決策問題，并包含大量的不確定性和未知的因素。在設計高層建筑時要注意認真按照設計原則和規(guī)范，才能建造出優(yōu)質的高層建筑。

一、高層建筑結構設計的特點

1結構延性是重要的設計指標

高層建筑在地震的作用下變形要更大一些，結構上與低層建筑相比更加柔和一些。在高層建筑結構設計中，抗震性能是其所關注的要點內容，它與建筑的使用以及人員安全密切相關。為了避免倒塌，為了讓在進入塑性變形階段后高層建筑結構仍然具有較強的變形能力，為了保證結構具有足夠的延性，在構造上需要特別采取恰當?shù)拇胧?/p>

2軸向的變形不可忽視

不同外部壓力載荷條件下，高層建筑結構在豎向呈現(xiàn)差異性壓縮變形趨勢。豎向載荷在高層建筑中較大，對連續(xù)梁彎矩會產生影響，能在柱中引起較大的軸向變形，會造成跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大，連續(xù)梁中間支座處的負彎矩減小。另外，與考慮構件豎向變形比較，對側移和構建剪力產生影響，會得出偏于不安全的結果。因此，設計人員應對建筑結構進行優(yōu)化，避免因過大的軸向變形而形成連續(xù)梁中間支座沉陷等系列問題。

3決定因素為水平荷載

高層建筑的結構設計要考慮到水平和垂直兩個方向的作用。水平方向的作用主要指的是要承受地震和風的作用，而垂直方向的作用主要指的是建筑物的自重和使用荷載。區(qū)別于層數(shù)較少的建筑，高層建筑整體結構承受的水平載荷相對較大，對于水平載荷水平的控制直接決定了高層建筑的整體穩(wěn)定性。水平荷載在豎構建中引起的軸力及對結構產生的傾覆力矩，與樓房高度的兩次方是成正比的；樓面使用荷載和高層建筑樓房的自重在豎構件中所引起的彎矩和軸力數(shù)值，僅僅和建筑高度一次方成正比。

二、高層建筑結構設計原則

1選擇適合的基礎方案

一個高層建筑項目的良好基礎是關鍵，所以選擇基本設計工程結構仍然是一個重點，要考慮很多問題，這是要結合當?shù)氐膶嶋H地質情況，周邊環(huán)境，周圍的建筑等等各種因素進行綜合性分析，選擇既合理又經濟的方案，必要時要進行地基變形演算，在進行設計時要最大限度地發(fā)揮地基的潛力。在進行基礎設計時，應該參考臨近建筑資料和進行現(xiàn)場查看，要有詳細的地質勘查報告，一般情況下，在一個結構單元內部適合用兩種不同的類型。

2對計算結構進行正確分析

普遍在結構設計中運用計算機技術，但是，往往不同的軟件會得出不同的計算結果。所以，對于程序的適用條件、范圍等設計師應該進行全面的了解。設計人員在計算前必須對軟件計算原理及范圍有清晰的認識，并根據工程實際情況，按照“適用性、準確性、規(guī)范性、完備性”的原則，選擇適合本工程的計算程序，計算方法選擇不正確或是由于人為的因素導致輸入有誤，則會影響到計算結果的正確性。

3選用適當?shù)挠嬎愫唸D

在計算簡圖的基礎上進行結構計算時，為了保證結構的安全，要選擇適當?shù)挠嬎愫唸D。計算簡圖的選取在結構的力學分析中占有相當重要的地位，它直接影響著計算工作量的大小和分析結構與實際間的差異。在計算簡圖的選取時，應注意正確反映結構的實際受力情況，使計算結果盡可能與實際相符。為了減少計算簡圖的誤差，實際結構的節(jié)點應該保證在設計所允許的范圍之內，因為其不能是純粹的剛結點。

4合理選擇結構方案

高層建筑結構設計核心工作就是應該選取適合建筑的結構方案，只有結構方案選擇準確才能夠保障其整體的高層建筑結構設計水平達到理想的要求，而對于這種結構方案的選擇來說，其需要考慮的問題和要點是比較多的。在結構設計時，應通過適當增加或減少剪力墻厚度、長度、位置等方法，減小結構質心、剛心的距離。要選擇一個切實可行的結構體系與結構形式，一個經濟合理的結構方案是一個合理設計的保證。總之，必須綜合分析工程的材料、施工條件、設計要求、地理環(huán)境等，并且要與水、電、建筑等專業(yè)進行充分的協(xié)商，以此為基礎確定結構方案，為結構選型，最好進行多方案比較后選用較為優(yōu)秀的。

三、高層建筑結構設計的問題及對策

1短肢剪力墻的設置問題

在當前的高層建筑結構設計中存在的問題是比較多的，并且很多問題的存在甚至會對于高層建筑產生致命的影響。相關設計人員往往很容易出現(xiàn)增設短肢剪力墻的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)必然會影響到高層建筑的穩(wěn)定性和安全性，并且對短肢剪力墻在高層建筑中的應用根據實際經驗和實驗數(shù)據增加了眾多限制，所以，在設計高層建筑中時，為了避免給后期的設計增加不必要的麻煩，結構工程師應該盡可能地不用或者是少用短肢剪力墻。

2結構的規(guī)則性問題

為了避免高層建筑結構出現(xiàn)位移現(xiàn)象，為了避免后期施工圖的設計階段工作變得被動，在遵循新規(guī)范的各種限制條件上結構工程師必須要嚴格注意。需在設計時嚴格規(guī)定高層建筑的施工參數(shù)規(guī)則，比如做高層建筑結構設計時，要設定好上下剛度比、平面規(guī)則性等一系列參數(shù)，同時要盡量避免使用不規(guī)則的設計參數(shù)，如果在施工過程中需要更改參數(shù)，就需要做好科學的分析。

3結構超高的問題

對結構的總高度在高規(guī)范以及抗震規(guī)范中著非常嚴格的限制，特別是針對以前超高的問題，例如限制高層建筑設計的高度需在A級高度范圍內，部分建筑還必須在B級高度的限制內，這種規(guī)定使我國在設計高層建筑時，有一定的高度安全保障，建筑設計人員要在高度允許的范圍內設計好其它的參數(shù)，使高層建筑的設計能滿足施工的實際需求。一味的增加高度對于高層建筑的結構會產生不利的影響和經濟性差，最主要的就是會影響高層建筑的抗震能力，在產生強風或者地震等自然災害是為產生不舒適感，甚至危及安全。

4嵌固端的設置問題

嵌固端是高層建筑結構設計中較為重要的一個組成部分。在高層建筑中嵌固端有可能設置在人防頂板等位置，也有可能設置在地下室頂板。這主要是由于一般高層建筑都帶有兩層或兩層以上的人防和地下室。進行嵌固端的上下層剛度比較，保證上下層剛度比的合理性，要使嵌固端的設計具有較強的合理性，要多方面考慮嵌固層的各項指標的比較和分析，任何一個方面漏掉都可能會埋下安全隱患或者給后期的設計工作帶來大量的修改。

5提高建筑結構穩(wěn)定性

在高層建筑結構設計過程中，其最為主要的一個目標就是應該盡可能的滿足各方面性能的要求，只有這樣才能保障其結構有助于高層建筑后期的長期安全使用。對于結構的抗震性、牢固性以及相應應力的處理上，在這些方面的問題也必然會影響到高層建筑結構設計的效果，最終導致其整體的高層建筑建設受損。為了保證高層建筑的剛度，在設計高層建筑時，要盡量避免使用短肢剪力強結構同時在做建筑設計時，要對建筑混凝土墻的開孔個數(shù)、位置、方法作限制，以免出現(xiàn)建筑結構穩(wěn)定性的隱患在作建筑結構設計時，還需要嚴設計材料的使用規(guī)格，以免因為材料問題引起建筑結構穩(wěn)定性的隱患。

四、結語

高層建筑結構設計是一個長期、復雜甚至循環(huán)往復的過程，任何在這個過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全因素。因此，針對這些問題進行必要的控制，恰當準確的選擇最佳的設計方案，確保其相關計算的準確性和合理性也是極為必要的。當然，對于整個的結構設計環(huán)節(jié)來說，提高設計人員的設計水平也應該是當前需要解決的一個重要問題。

參考文獻：

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