高層建筑結構設計分析探討

韓玲

摘要：在高層建筑設計工作中，結構設計是一項重要內容，該項工作的合理性會直接對整個建筑物的安全效果和質量產生影響。在新形勢下，隨著人們對高層建筑結構設計的要求越來越高，結構設計也成為了高層建筑項目建設中的一項重點工作。鑒于此，本文就高層建筑結構設計分析展開探討，以期為相關工作起到參考作用。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;控制思路

1.高層建筑結構設計原則分析

組成高層建筑的結構種類比較多，不同的構造發揮的效果也不同，結構設計工作的具體落實，應該嚴格遵循以下原則：（1）多道防線原則。安全性問題是高層建筑結構設計工作重點關注的一項問題，因此，在實際落實結構設計工作的過程中，需要嚴格遵循多道防線原則，也就是在高層建筑受到外部作用而出現損壞的時候，其他構件仍然能夠發揮支撐作用，這樣一來就能夠有效緩解高層建筑損壞可能對內部人員產生的傷害。（2）剛柔并濟原則。高層建筑結構設計中的剛性原則主要強調的是建筑結構的剛度，剛度越強其穩定性越高。柔性原則是要求建筑結構設計與現代社會居民的審美一致[1]。

2.高層建筑結構設計工作要點

2.1結構設計計算工作

（1）計算建筑荷載。建筑荷載主要包含了內部荷載和外部荷載這兩個部分，其中，外部荷載主要有地下水荷載、施工荷載、人防荷載、地震荷載以及風荷載等。然而，內部荷載指的是建筑結構自身的裝修荷載、自重荷載以及使用荷載等。在計算建筑結構荷載的時候，必須嚴格按照相關規范要求，使用不同的總永久系數以及組合值系數，準確計算不同情況下的荷載組合情況。（2）構件的試算。計算完荷載之后，需要計算建筑構造，該項工作的開展應該嚴格按照計算標準以及施工要求來試算構件面積。（3）計算內力。在確定了構件的荷載值以及截面之后，就需要計算建筑結構的內力。建筑結構的內力主要包含扭距、彎矩、拉力以及軸心壓力等。（4）計算構件。構件的計算，需要充分結合規范性要求以及結構內力，限制構件的生產，比如，要充分考慮到跨高比、剪跨比、撓度以及裂縫等影響因素[2]。同時，還需要進一步復核構件的試算，確保其與相關規范要求一致。如果不滿足要求，就需要重新布置或者適當調整構件的截面，直到其滿足標準要求。

2.2各個階段的設計方法

對于結構的計算，需要嚴格按照施工方案階段的結構體系以及結構形式來確定，結構的計算方法也需要選用相關規范規定的方法。根據工程項目的實際情況選擇合適的計算方法，能夠全面保障計算結果的準確性。比如，對于樓板的計算，會涉及到塑性計算法、彈性計算法以及彈塑性計算法，因此，需要相關工作人員根據實際情況來選擇相應的計算方法，只有這樣才能夠全面保障計算結果的準確性和合理性。

3.高層建筑結構設計控制思路

3.1抗震設計控制思路

我國城鎮化的建設發展，為了能夠有效緩解城市中的用地壓力，出現了越來越多的高層建筑物，而且高層建筑的建設規模也在逐漸擴大。在實際落實高層建筑結構設計工作的過程中，必須充分結合高層建筑自身所在區域，如果是地震頻發區，就會對建筑投入使用之后的牢固性以及安全性產生威脅。因此，對于高層建筑的設計，必須根據高層建筑的抗震要求進行。如果再實施結構設計工作的過程中，抗震結構設計出現了問題，一旦有地震發生，就會對建筑的安全性產生嚴重影響，從而很容易造成巨大的生命財產損失[3]。因此，對于高層建筑抗震性能的設計，必須嚴格按照建筑物的結構要求采取避震以及減震措施，并且還需要準確核算抗震參數，保障建筑結構抗震性能設計的合理性和科學性。

3.2抗風設計控制思路

顧名思義，高層建筑的樓層多，對風力的震動比較敏感，因此，高層建筑結構設計工作的開展，必須充分結合建筑物自身的抗風要求。在高空中，高層建筑的層數很容易形成風力干擾，對自然界風向的自然流動產生影響，而且，隨著樓層逐漸增高，其承擔的風力也會越來越大，危險系數也會隨之增加。高層建筑會影響到自然界的風向流動，從而改變風的動力效應以及流動效應，進而對高層建筑產生動力荷載。因此，設計人員必須明確高層建筑的抗風性能。首先，需要掌握構成建筑物的施工材料自身的抗壓性能，尤其是材料對風荷載的承受能力。其次，高層建筑除了具有樓層阻擋自然風向而產生的動力荷載之外，一旦建筑物周邊的氣流發生變化，也會由于受到相鄰建筑物高度數量以及樓間距的影響，從而產生狹管效應，最終破壞建筑物的外部結構。因此，設計人員設計工作的開展必須充分考慮到這一點[5]。要結合樓頂的最大風力進行考慮，通常情況下，城市中的風力在6～7級的時候，由于受到狹管效應的影響，高樓之間的瞬間風力能夠達到12級。因此，設計人員需要充分考慮到影響高層建筑風力荷載的因素，以免破壞相鄰的高層建筑主體結構，從最大限度保障高層建筑的安全性和穩定性。

3.3消防設計控制要點

一般情況下，高層建筑的結構相對復雜，而且很多高層建筑的功能也存在著很大的差異，建筑物的材料用量非常多，很多材料具有可燃性的特點。因此，一旦高層建筑設計不合理，就會增加出現消防隱患的幾率。所以，設計人員必須嚴格按照高層建筑的實際要求，合理設計建筑結構的相關性能，盡可能全面保障高層建筑在滿足結構功能復雜多樣性要求的同時，確保建筑物自身的質量和安全。設計人員對于設計工作的開展，必須結合高層建筑物的功能要求選用功能性材料，充分考慮到材料的消防安全性能，盡可能避免使用易燃性材料。除此之外，高層建筑的樓層數量相對較多，因此，設計工作的開展除了要考慮到一般建筑物的常見消防設計之外，同時還需要結合發生火災時，排煙系統的設計效果，以此來降低火災的進一步蔓延。

3.4結構受力性能

建筑設計人員對高層建筑結構設計工作的實施，必須更多考慮到建筑空間的組成特點，詳細確定建筑物的具體結構。在實際落實建筑設計工作的過程中，建筑物的底面匯兌建筑物的水平方向的穩定以及空間形成豎向穩定產生很大的影響，因為建筑物是由大質量的構件組合而成的，因此，建筑物的結構會傳遞自身重量到地面，結構荷載作用于地面，設計人員對高層建筑結構的設計，必須充分考慮到地基土承載力和建筑結構體系向下作用力之間的關系，也就是高層建筑結構的受力性能，只有這樣才能科學設計高層建筑的承重數量和承重柱。

3.5結構設計扭轉問題

結構扭轉問題主要是在建筑結構設計過程中，沒有將建筑結構的結構重心、剛度重心和幾何形心匯合在一點，由于受到水平荷載的作用，導致建筑結構出現了扭轉震動現象。面對高層建筑結構設計的扭轉問題，需要結合建筑結構的重心、剛度重心以及幾何形心，盡可能使三心合一。在設計過程中必須選用科學的平面布局和結構形式，確保建筑物的三心合一。通常情況下，由于受到水平荷載的影響，高層建筑的扭矩大小取決于建筑物的質量分布，為了能夠保證各樓層的水平力沿著平面均勻分布，就需要將建筑平面按方形、矩形、圓形、正多邊形等形式進行設計。

結語

總而言之，對于高層建筑結構的安全性以及穩定性而言，建筑結構的合理設計具有重要意義。因此，在具體落實結構設計工作的過程中，必須要嚴格堅持相應的設計原則，明確設計要點，基于各個層面有效落實設計工作，將高層建筑的實際功能充分體現出來，從而使其更加高效地服務于人民。

參考文獻：

[1]鄭世華.高層建筑結構設計問題分析及對策[J].現代物業（中旬刊），2019，（09）：81.

[2]李桂蘭，蘇慧珠，楊雷.高層住宅建筑基礎結構設計分析[J].中國住宅設施，2019，（07）：59-60.