高層建筑結構設計存在問題及對策

趙潔

摘? ? 要：國民經濟水平與城市化進程的不斷提升，使得高層建筑的規模與數量持續增加。與普通建筑相比，高層建筑在施工中的建設難度大，同時對于設計環節的要求也較高。在設計初期階段，應對全局進行把控，以保證后期的施工作業活動能夠順利進行。高層建筑的結構設計是整個設計方案的核心內容，同時是確保建筑物整體安全的關鍵因素。因此，在高層建筑設計過程中，設計者應對結構設計給予更多的關注，并將其作為設計工作的重點。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;問題分析;對策

1? 前言

結構尤其是高層建筑結構在建筑物中必定要占據一定的空間。結構如何和建筑巧妙的結合，為建筑創造更多的有效使用空間，也是高層建筑結構設計的重要指標之一。近年來在筒體和整體結構高寬比很大的高層超高層建筑較多，在此同時，高層建筑結構設計中存在著高層建筑結構方案選擇失當、高層建筑結構計算中傳統工具應用不系統、高層建筑結構設計功能不足等問題，易導致高層建筑結構出現抗震能力、安全水平、使用性能等一系列不足和欠缺。

2? 高層建筑結構特征

高層建筑最為明顯的特征就是高度較高，這使得建筑結構會受到水平、豎直等方向傳來的荷載，且在抗震等級上也有著較高要求。對于高層建筑來說，中低檔位置受到風力和荷載的影響相對較小，但是隨著高度的增加，其受到風力和荷載的影響也將逐漸增大，進而產生一定的剪切力，在外界不良因素的影響下，導致建筑結構出現不同程度的位移，降低建筑安全性。所以在高層建筑結構設計中，需要綜合考量多方面因素，以加強設計的合理性、科學性。

3? 高層建筑結構設計中的問題

3.1? 高寬比問題

伴隨著建筑市場的不斷進步，住宅項目對結構經濟性和適用性也提出了越來越高的要求。從建筑戶型上將板式住宅由于通風采光等優勢成為地產項目的潮流，隨之而來建筑高寬比不斷提高，同時為了項目的利潤最大化，建設方對結構經濟性也有較高要求，但高寬比超限對結構經濟性有著直接的影響，同時高層建筑的高寬比，是對結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性的宏觀控制;結構的高寬比體現了建筑整體體型對結構剛度的影響，同時結構內部抗側力構建的布置方式，數量、截面等均影響結構整體剛度。JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構技術規程》第3.3.2條條文說明中提到，在復雜體型的高層建筑中，如何計算高寬比是比較難以確定的問題。

3.2 扭轉問題

實際工程中理想的絕對均勻對稱的高層建筑結構幾乎是不存在的。但是結構的均勻對稱有利于結構抗震抗風，有利于與結構在重力荷載下正常工作，扭轉問題的產生主要是由于結構的較大不對稱，將引起結構在水平側力作用下產生較大的扭轉變形;其次就是高層建筑三心設計存在偏離，導致建筑結構在水平力影響下出現不同程度的扭曲震動，降低建筑安全性。高層建筑的三心指的是質量中心、剛度中心和幾何中心這三項。所以在建筑結構設計中，要對三心進行合理把控和計算，減少偏差的產生。

3.3? 抗風結構設計問題

抗風結構設計是目前設計部門及人員經常忽視的一個問題，這種情況的產生使得建筑結構在風力作用下很容易產生位移，破壞建筑結構的穩定性。另外，設計人員在抗風性能的驗算中由于取值上的不合理，也導致建筑結構抗風性能達不到標準要求，降低了高層建筑的穩定性和安全性。

4? 高層建筑結構設計優化對策

4.1? 建筑高寬比設計優化及對策

根據我區地方細則7.1.7條款說明，當高寬比超過現行國家規范限值，但不大于現行國家規范限值的1.3倍時，應對出現偏心受拉的構件截面，配筋予以加強。當高寬比超過現行國家規范限值的1.3倍時，應經專門研究，采取更有效的加強措施。

就某項目來說，對于高寬比大于5.0小于6.5的情況，首先，在小震下出現偏心受拉的暗柱和墻體，抗震構造措施提高一級;其次，對于暗柱的軸向名應拉應力在1.0～1.3倍混凝土抗拉強度標準值時，總縱筋承擔全部拉力，計算鋼筋面積時鋼筋抗拉強度區200MPa;暗柱的軸向名應拉應力超過1.3倍混凝土抗拉強度標準值時，設置型鋼或鋼板承擔全部拉力，計算型鋼面積時鋼材抗拉強度取200MPa。等一些措施。

對于高寬比大于6.5的情況時，要采取專項驗算或構造措施作為補充措施。首先，大震下零應力區小于25%;其次，進行中震雙向水平地震作用下墻肢偏拉驗算，對出現偏拉的暗柱和墻體采取相應措施;再次，剪力墻構造措施根據相關規范進行加強。最后，大震補充分析，對結構進行大震彈塑性分析，分析結構薄弱部位進行加強并驗證大震下位移角限值滿足規范要求。

高寬比的計算，一般情況下，可按所考慮放行的最小寬度寬度計算高寬比，但對突出建筑物平面很小的局部結構（如樓梯間，電梯間等），一般不應包含在計算寬度內;對于不宜采用最小寬度計算高寬比的情況，應由設計人員根據實際情況確定合理的計算方法;對帶有裙房的高層建筑，當裙房的面積和剛度相對于其上部塔樓的面積和剛度較大時，計算高寬比的房屋高度和寬度可按裙房以上塔樓結構考慮。一般我們采用計算模型中的有效寬度計算高寬比;也有根據廣東省標準計算回轉半徑。

4.2? 扭轉控制

（1）控制結構平面寬度。對于小型高層建筑框架結構來說，應結合工程專業條件具體選擇合理的扭轉控制措施。如果專業不允許，可以通過添加抗側力剛度的方式進行扭轉控制;如果專業允許，則可通過添加框架柱的方式完成扭轉剛度的控制。對于相對小型的高層建筑框架剪力墻結構，剪力墻一般會設置在電梯、樓梯等位置上，為了更好實現扭轉控制，可適當的削弱中間部分剪力墻，添加外側剪力墻，不過相應的施工成本也會增加。由此可見，若建筑工程中能使用框架體系，則盡量不使用框架剪力墻體系，以此滿足控制扭轉效應需求。

（2）建筑結構周期比控制。建筑結構周期比控制也是實現扭轉控制的主要措施。在實際操作中，一方面可以通過增加剪力墻厚度的方式來延長扭轉周期;另一方面可通過提升拉梁剛度的方式縮短扭轉周期，增大抗扭轉強度。

（3）增大周邊結構抗側力剛度在保證抗側力結構設計合理性的基礎上，適當提升周邊結構的抗側力剛度，以此來實現扭轉控制目標。首先，將單向剪力墻轉變成形剪力墻，并盡可能延長其長度;其次，增加剪力墻厚度;最后，增大周邊剪力墻連梁高度，利用樓板、下層門頂高度之間的距離來確定連梁高度，強化扭轉控制效果。

4.3? 抗風結構設計優化

高層建筑由于高度較高，對風力的振動也較為敏感，所以在高層建筑結構設計中，需要對建筑的抗風性能進行充分考慮。高層建筑的高度會對風力產生一定的干擾，阻礙自然風的流動，進而改變流動和動能效應，對高層建筑產生動力荷載。所以在設計過程中，設計人員需要先對高層建筑結構的材料予以檢查，確保其抗壓性能符合建筑要求，降低荷載壓力對建筑結構的影響。當建筑周圍的氣流發生變化時，會受到建筑之間的間距、高度、數量等的影響而產生狹管效應，進而降低建筑結構質量。如果在建筑結構設計中，并未將這一情況考慮其中，勢必會影響建筑結構的質量，威脅人們的生命安全。

5? 結束語

綜上所述，高層建筑結構的設計，要做好全面的把控，提出高質量的設計方案，保障建筑結構性能達標。設計工作的開展，從多個方面入手，做好結構水平力和穩定性等指標的把控，優化結構設計，為建筑施工提供高質量方案。

參考文獻：

[1] 劉煥訪.高層建筑結構設計的問題及對策的探析[J].住宅與房地產，2018（30）：56.

[2] 程兆君.高層建筑結構優化設計問題及對策的探討[J].住宅與房地產，2018（25）：58.