高層建筑結構設計方法

李楊

摘 要：由于城鎮化建設的腳步不斷加快，造成土地資源的短缺，因此房地產建設工程已經開始轉向了超高層建筑的設計，其在設計過程中對各項指標參數均有著較高的要求，所以設計人員在進行設計時，一定要做好相關方面的準備工作，并對結構的特殊部位和需要關注的問題提出合理的處理方法和措施建議，保證施工人員按照設計圖紙進行施工后，不管是結構的穩定性、安全性還是耐久性，都可以符合相關的規范要求。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；問題及措施

1 前言

目前我國城市發展非常快，由于土地的稀缺，建筑工程逐漸朝著高處發展，高層建筑越來越多，其規模也變得越來越大，相對普通建筑工程的類型，高層建筑在施工建設的難度是非常不同的，其施工難度非常大，特別是在高層建筑設計階段，這個階段是非常重要的，我們只有保證高層建筑結構設計沒有任何問題，才可以保證整個高層建筑的施工建設更加順利，在高層建筑設計的整個過程中，建筑結構的設計是核心內容，也是非常重要的，我們的設計要保證高層建筑在后期使用的過程中具備安全性與穩定性的重要指標，這就要求我們更加重視高層建筑結構的設計，不斷提高高層建筑結構的設計水平。

2 高層建筑結構設計的特征

在結構設計過程中，應嚴格遵守相關建筑行業標準與規范，對高層建筑的結構展開總體設計、構造、繪圖及測算、技術經濟研究等工作。高層建筑結構設計，一般以鋼筋混凝土與鋼材為主要材料，鋼筋混凝土不僅形狀多樣、成本較低且來源充裕，更重要的是其材料具有良好的耐久性與承載力。高層建筑的主體構造主要由樓層及傳遞豎載、豎向交通結構與抗側力、基礎等構造組成。在高層建筑受力后，每部分能夠經過調整實現受力平衡，同時可以構成建筑的傳力途徑，最后使外力傳遞至地基。高層建筑結構設計主要分為水平力設計、抗震設計及剪力墻設計等。高層建筑的豎向結構里的軸力與彎矩的數值和建筑高度成正比，傾覆力矩及軸力和建筑高度的平方成正比，其中豎向荷載可看作定值，風荷載與地震數值隨結構動力性不同而變化。

3 高層建筑結構設計遵循的原則

3.1 根據要求確定設計方案

現代任何一個建筑要想順利施工，都必須先制定一個合理有效的設計和施工方案。設計人員一定要綜合地理地質、物理、設計、計算機技術等不同領域的知識來實施高層建筑結構的設計。利用綜合分析各種影響因素，保證設計方案的可行性和實用性。

3.2 保證結構設計的完整性

在針對高層建筑結構實施設計時，設計人員應該確保高層建筑結構設計的完整性，不同建筑結構的承載力不一樣，造成高層建筑的整體性能也存在差異。所以，在設計時應該全面考慮到各種結構的性能包括各種構件的承載力情況，以方便各種構件的組合可以發揮出重要的作用。并且還應該注重氣候等自然因素對于高層建筑的影響，合理有效地進行高層建筑結構設計。

3.3 合理進行結構抗震設計

具備良好的抗震性能是現代高層建筑結構設計的基本要求。設計人員在實施高層建筑結構設計時，應該全面考慮到施工地點的地質結構包括板塊構造的特點，利用該地的地震頻率以及級別等數據分析，有針對性地實施高層建筑結構設計。確保抗震設計的科學性，確保人民群眾的生命財產安全。

4 高層建筑結構設計存在的問題

4.1 建筑結構超高問題

超高問題是高層建筑結構設計中比較突出的一個問題。超高主要就是指在一些高層建筑設計過程中，相關單位無視我國的規范和標準，過度地增加高層建筑的高度。出現這樣問題的主要原因就是增加高度可以帶來直接的經濟效益。但是，從另一個角度來看，這種超高對于建筑的使用會有非常重要的影響，如果遇到地震，那么高層建筑非常容易出現倒塌的情況。這樣最終會危及到人們的生命和財產安全。

4.2 負荷設計不合理

在高層建筑結構設計過程中，應當重視一定的負荷設計，就高層建筑結構設計中的負荷設計來說，一定要確保高層建筑結構總體平衡性效果，保證其可以發揮相對理想的應用價值效益，防止發生任何不確定因素。在進行負荷設計的時候，比較常見的問題即考慮問題不夠全面，沒有對具體的高層建筑負荷設計工作展開全面的研究，特別針對不同部分的作用力，無法展開仔細精確的核算，最終直接影響到負荷系統的總體穩定性效果。

5 高層建筑結構設計優化措施

5.1 做好結構計算分析

首先在進行結構分析以及計算時，可以選擇MidasBuilding以及SATWE等不同力學模型的三維空間分析軟件進行計算對比，確保計算分析結果的真實可靠。其次為了提升結構物的整體抗震性能，采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算。另外對結構進行罕遇地震下的彈塑性靜力分析，以考察結構在罕遇地震下的抗震性能，對分析中發現的薄弱部位采取相應的加強措施，保證重要部位不屈服，并控制整體結構的塑性變形滿足規范要求。此外，由于局部樓層開大洞，為樓板不連續平面不規則，對該層樓板按彈性膜進行計算，真實地考慮樓板平面內剛度，在設計時對本層及上層樓板進行加強并做應力分析，對相應部位的豎向構件（躍層墻、柱）和洞口邊框架梁進行加強。最后嚴格按照規范要求控制剪力墻、框架柱的軸壓比（剪壓比），保證剪力墻、框架柱的延性，從而提高整個結構的變形能力，確保設計的方案具備有效的指導意義。

5.2 建筑結構超高問題控制

我國針對高層建筑結構的高度作出了明確的規定，在原先實施的規章制度規定的A級高度的限制條件下，又增加了B級高度，也實施了對高層建筑的高度實施限制的目的。因此，在不斷優化調整高層建筑結構設計方式的過程中，研究嶄新的結構設計方法十分重要。比如說在結構設計工作實施時如果忽略了超高問題，那么必然會從最直接的層面上對建筑結構類型的設計產生影響，非常不利于高層建筑的未來發展。

5.3 提高抗震性能

抗震性是高層建筑所必須具備的一個特性，不僅是高層建筑設計中的重點，更是一個難點。就目前而言，高層建筑一般以橫墻或者縱墻和橫墻相互輔助的承重方式為主，這些承重墻通過一些科學合理地布置可以達到整個高層建筑均勻連續的效果，最大程度上的提高了高層建筑的抗震性。除此之外，高層建筑中必不可少的就是樓梯，相關設計者可以將樓梯作為切入點入手，將它們盡量布置在一些轉角處，這樣可以在發生地震時最大程度上的減少地震對其帶來的負面影響，盡可能的保證居住人員的安全撤離，減少地震所帶來的損失。與此同時，由于高層建筑相較于低層建筑來說，其自重是非常大的，這就會在某種程度上增加了地震所帶來的效應，這點需要相關設計者格外的重視。

綜上所述，高層建筑的結構設計沒有現實存在的萬能的標準，都是需要在實際的工程實踐中總結經驗，不斷進行摸索，對不同的設計方案進行對比，從中選出最好的設計方案。因此，對于我們從事建筑結構設計的工程師應該不斷地去探索，去追求完善的設計思想，不能夠僅僅按照指定規范來進行設計，也不能過于依賴計算機軟件，需要在工作中，不斷地用自己總結的判斷經驗、設計概念以及創新能力來設計出更加完美的建筑來為社會以及業主服務。

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