高層建筑結構設計的問題及對策探討

【摘要】隨著城市的不斷發展，高層、超高層建筑越來越普遍，而建筑的結構設計直接決定著建筑物的安全使用性能及其壽命。隨著業主對建筑的需求不斷地增加，這就對設計人員提出更復雜的要求。因此，必須把高層建筑設計過程中容易出現的問題逐步解決，才能保證建筑的正常交付與使用。

【關鍵詞】高層建筑；結構設計；問題；對策

1、高層建筑設計特點分析

1.1 結構變形特點

由于高層建筑的豎向構件會對各個方位的應力環節造成壓縮狀況，但是由于各個點受力力度的不同，所以產生的壓縮變形情況也是不一樣的，對于鋼筋混凝土結構來說，內部受到不同的壓力，與地基受壓迫程度相結合，也會引發整體樓面結構的變形；而主樓與裙樓之間的關系在不同外力的催促壓制下，還會有不均勻沉降的現象發生，在相應的外力控制下，由于水平荷載作用，使結構定點與高層建筑總高度發生不協調關系，產生側移。在設計圖紙上，應該將其內部結構與相關的外力呈現力度相結合起來，才能更好地控制這一事項的發生。

1.2 結構假定分析

高層建筑結構在豎向抗側力構件的調整下，形成一個完備的空間結構，而其三維空間結構的精確分析又是比較難的，因為現實數據與圖紙的相關事項的呈現還是有一定差距的，基于對相關技術分析的認識，我們在其框架、剪力墻等結構控制的相關研究中，設定結構基本假定：（1）彈性假定。將垂直荷載與相應的實際工作測定數據進行比較，提出彌補其出現裂縫等不良現象的彈塑性辦法，對其內力與高層建筑位移的相應關系認識清楚，使其防震、防強風的效果能夠呈現出優良的可調控性效果；（2）小變形假定。將圖紙中的幾何非線性控制辦法呈現出來，對頂點水平位移與相應的建筑高度相比較，在真實的工作調整狀況的實現中，體現對比數據的融合性，為其相應的調整做好提升準備。

2、高層建筑結構設計的問題分析

2.1 抗震結構設計問題

由于我國不是地震高發國家，一直以來設計人員對建筑抗震結構設計也不怎么重視，所以能夠勝任高層建筑抗震結構設計的設計工作人員十分有限。通常，在高層建筑抗震結構進行設計的過程中，設計人員都是簡單的對建筑抗震數據進行計算和分析，得出了模糊的結果之后就開始進行抗震結構設計，導致高層建筑抗震結構設計缺乏有效性和靈活性，無法保證建筑抗震結構設計達到建筑抗震設計規范的標準要求，留下安全隱患。

2.2 抗風結構設計問題

跟低層建筑結構設計相比，抗風結構設計是高層建筑結構設計中比較重要的一個設計環節，應該對其引起足夠重視。高層建筑抗風結構設計主要表現在兩個方面，一個是通過抗風結構設計對建筑物的墻體、裝飾物以及玻璃等形成有效保護，避免因為受風力影響過大對這些東西造成破壞。另一個是通過抗風結構設計減輕高層建筑的晃動，保證建筑結構的穩定性。但是，在當前高層建筑抗風結構設計中，設計師多重視對外在的墻體、裝飾物和玻璃的保護，卻沒有重視對建筑主體結構的保護。

3、高層建筑結構設計優化對策

3.1 合理的抗震設計

高層建筑的抗震設計是整個設計過程中較為重要的環節，在進行抗震設計時應充分結合建筑的基本體型以及建筑所處的抗震設防烈度要求進行設計。抗震設計是在重視"計算設計"的同時，要著重從結構的整體出發，在抗震設計中具有主導作用，在結構抗震設計過程中，應從結構的剛度、強度、延度和軸壓比方面加強結構的"概念設計。建筑的結構主要為簡單平面和不規則平面兩種，一般而言在地震多發地段會采用簡單平面，如方形、圓形、矩形等，用于抵抗地震發生時較強的水平作用力。而不規則平面則是應對城市中由于街道以及土地的限制，需要根據場地的實際情況對建筑進行設計，可以采用不規則平面的方式。對于不同類別的高層建筑，需要采取不同的抗震措施，對結構進行精確的地震反應分析，保證建筑的抗震可靠性。

3.2 合理選擇計算簡圖及結構方案

在進行高層建筑結構設計計算時，要在計算簡圖基礎上進行計算，所以在計算簡圖選擇時必須合理選擇，若計算簡圖不合理，極容易造成結構參數不準，影響正常施工，甚至導致事故的發生，合理選擇計算簡圖是保障高層建筑結構安全設計的前提條件。在構建方法選擇時應采用與計算簡圖相對的方法，設計構件結構節點時，要保障計算簡圖誤差在規定范圍內。另一方面，在選擇結構方案時不僅要考慮外觀造型，更要考慮方案經濟性和可行性，方案必須滿足結構形式和結構體系要求。尤其對荷載以及受力性能考慮時，必須遵循傳力簡單、受力明確均勻原則，避免受力過于集中影響建筑整體結構剛度。

3.3 合理設計抗風結構

為使高層建筑抗風結構設計滿足結構穩定性要求，在高層建筑抗風結構設計中應做好以下優化設計工作：

（1）基礎優化。高層建筑基礎牢固，上部結構才能牢固可靠。為此，高層建筑基礎設計中要合理確定混凝土級配，最好使用級配高的砂石，增加基礎持力層的厚度，增設抗拔錨桿，提高建筑基礎結構的穩定性。（2）適當增加高層建筑耗能構件。增加高層建筑結構中的承重構件，如剪力墻、樓板等，一定程度上可抵消風能對建筑結構穩定性產生不利的影響，使結構穩定。（3）盡可能減少風的水平荷載和風力疊加對高層建筑結構穩定性產生的不利影響。在風力作用下，高層建筑可能出現水平方向的結構內力，與風的水平荷載疊加后，對高層建筑結構穩定性產生更嚴重的破壞。為此，高層建筑結構應使用高性能的混凝土材料，盡量防止出現結構內力。（4）根據建筑結構牢固可靠要求，對高層建筑結構的承載力和抗風能力進行科學驗算，確定承載力和抗風力后，在原有數據基礎上適當加大，以增強高層建筑結構的承載力和抗風能力。

結語：

高層建筑的結構設計是一項綜合性的技術工作，是建造建筑物的基礎工，結構設計的優劣對建筑物的安全性、經濟性、實用性有著重要的意義。因此工程技術人員要結合專業知識、施工技術要求、地質情況、開發商設計要求等，合理設計建筑物高度和建筑結構。

參考文獻：

[1]王榮強.高層建筑結構設計的特點及問題探討[J].中外企業家，2013（19）：187，188.

[2]粱本亮，劉建新，李文婷.基于貝葉斯網絡的一種新型的結構選型方法研究（I）[J].四川建筑科學研究，2010（9）.

作者簡介：

楊海燕，青海省建筑勘察設計研究院有限公司，青海西寧。