關于高層建筑結構設計相關問題的探討

魏巧淋

【摘 要】建筑結構是整個工程的核心所在，建筑結構的穩定性與安全性是整個工程質量得以保證的關鍵。當前我國經濟發展飛速，城市建筑數量和規模不斷擴大，高層和超高層建筑占據著最主要的比例，所以對其的結構設計也就顯得尤為重要。下文針對高層建筑結構設計問題及提高其設計水平的具體措施進行了分析，具有重要的現實意義。

【關鍵詞】高層建筑；結構設計；問題及對策

引言

城市建設步伐的加快推動了高層建筑物的產生，高層建筑具有高度高、層數多等特點，高層建筑物的結構設計要本著科學、合理、安全、高效等原則，不僅能夠為人們提供使用上的便利，而且也要體現出一定的安全性能，發揮抗震、抵風等方面功能與作用，只有這樣才能體現出高層建筑物的優勢和優點，才能有效發揮其功能和作用。

一、高層建筑結構設計的常見問題

1、建筑結構超高。一些城市為了進行評比，在樓宇的高度上不斷進行更新，仿佛樓層越高，城市的地位就更靠前。但建筑物不斷超高卻對抗震性與建筑質量提出了更高的要求。相關的建筑規范對建筑物的高度與抗震要求進行明確的規定，無論是多高的建筑物，都需要滿足相對應的抗震等級要求。

2、樓層平面剛度。樓層平面剛度一直是高層建筑結構設計環節比較棘手的問題。設計人員對高層建筑樓面平面剛度沒有一個直觀的認識，在設計上只是根據數學力學模型設計樓板變形計算程序，計算后所得數據往往差強人意。鑒于此，要采用結構設計的方式來設計建筑結構，前期必須妥善處理一些問題，稍有不慎就可能產生不安全因素，嚴重者還可能破壞建筑結構的安全性能。

3、高層剪力墻結構設計問題。剪力墻結構剛度大，整體性好，用鋼量較省。在高層住宅中，開間均較小，分隔墻較多，合理布置剪力墻是關鍵。另外，剪力墻外觀整齊，沒有露梁、露柱現象，便于室內布置因此，在高層住宅中常采用現澆剪力墻結構。在高層剪力墻結構設計中應注意的問題，剪力墻結構的抗側剛度大，結構周期短，地震響應大。剪力墻結構墻體越多，建筑物的重量越大，地震反應也大，會造成浪費。另外，剪力墻結構墻體多為構造配筋，如果配筋率太低，則結構延性差。

4、高層建筑結構設計扭轉問題。在建筑設計中，有一“建筑三心”的概念?！敖ㄖ摹奔礊閹缀涡涡?、剛度中心和結構重心。設計師應秉承三心合一的原則設計建筑結構，就是使這三點歸于一點。如果建筑結構存在結構扭轉的問題，就說明“建筑三心”未能歸一點，使得整體結構承受水平荷載而產生扭轉振動現象。

5、抗風結構設計。在高層建筑設計中，抗風性研究非常重要。在進行設計建造時，要注意抗風壓性，對有效的設計非常重要。隨著高層建筑的高度不斷增加，結構本身對風起著擾動作用與阻隔作用，不利于風量的及時移動，在風速較大時，會對靜止的高層建筑產生振動效果，從而造成一定的動力荷載力，將會對其穩定性造成威脅，甚至有可能會導致主體結構受到破壞，導致玻璃幕墻破裂、裝飾物毀壞甚至墻體斷裂等工程質量受到影響的危險。

二、高層建筑結構設計應把握的幾個要點

1、作為建筑結構設計的專業人員，在進行建筑結構設計過程中，有兩個設計元素必須要考慮，即強柱弱梁和強剪弱彎，通常被專業設計人員形象的描述為“抓大放小和分清主次”。這兩項元素考慮合理，設計合理，可以有效避免建筑物建筑物受到強大外力時遭到破壞，提高建筑物的穩定性，特別是能保證其核心構件不被破壞，使其建筑物整體穩固，不會倒塌，防止人們的生命財產安全遭到威脅。

2、建筑結構在設計過程中即要考慮建筑物的剛性適度，又要使其柔性適中，只有剛柔共濟，才可能保證建筑物質量穩定，防止坍塌或內部整體傾覆現象發生。建筑物的剛性如果太強，則其建筑物承受變形的能力就會下降，當外界發生較大波動，破壞力增大時，建筑物自行調節變形的能力弱，自然會導致大面積坍塌，甚至全部破壞，造成人們生命財產的損失。建筑物設計結構如果太柔，建筑物的穩定性就相對較低，當有外力作用時，建筑物自我調節進行變形，由于柔性太強，這個變形會產生過度現象，過大的變形會導致建筑物整體傾覆。所以說，建筑結構設計過程中，一定要剛度、柔度同時考慮，做到適中、適宜，確保建筑物既能適當變形，又能保證其穩定性。

3、建筑結構設計過程中，要做到多方面考慮，對每一個建筑設計環節都要重視，嚴格按標準規范要求設計，從建筑物的整體結構出發，設計多道防線，步步設防，從而保證建筑物的整體結構安全。當有外界環境破壞時，建筑物的每一個部位都起到抗擊外力的作用，形成一個抗擊的整體，使災難造成的損失降到最低點。

三、高層建筑結構設計問題應對策略分析

1、高度問題。高層建筑物的建筑初期，在進行設計之前就要確定好建筑物的高度，控制建筑的高寬比，以此進行高層建筑結構的設計，這樣就可以避免多次對高層建筑結構設計方案的修改，很大程度生節省了人力和物力。減少了建筑初期的成本。

2、平面與立面選擇。應該秉承建筑三心合一的原則設計高層建筑結構。施工時，如果無法滿足這個要求，結構將會產生扭轉的問題，處理起來相當棘手。建筑結構扭轉系一種結構設計缺陷，其危害不言而喻。選擇立面和平面時需要注意幾個問題。首先，平面力求簡單、規則、對稱。對完全對稱高層建筑結構，則要按設計要求調節一些重要節點的比例。切記一點：比例不宜過大過小，出現問題要盡快補救。在豎向布置上，注意剛度均勻、連續，以防結構軟弱，剛度突變。在建筑設計中，切莫為了達到審美效果而將剪力墻切斷，降低建筑物的剛度，否則將可能產生嚴重的安全事故。

3、剪力墻所承受的豎向荷載，一般是結構自重和樓面荷載，通過樓面傳遞到剪力墻。豎向荷載除了在連梁（門窗洞口上的梁）內產生彎矩以外，在墻肢內主要產生軸力?？梢园凑占袅Φ氖芎擅娣e簡單計算。對于短肢剪力墻，控制配筋率加強區1.2%，一般部位1.0%。對于小墻肢其受力性能較差，應嚴格按高規控制其軸壓比，宜按框架柱進行截面設計，并應控制其縱向鋼筋配筋率加強區1.2%，一般部位1.0%。而對于一個方向長肢另一方向短肢的墻體，設計中往往就按長肢墻進行暗柱配筋。剪力墻中的連梁跨度小，截面高度大，在地震作用下彎矩、剪力很大，有時很難進行設計，如果加大連梁高度，配筋值有時反而更大。建筑設計中剪力墻運用具有較好的抗震性能，且結構布置靈活，造價低，經濟性好，所以高層建筑較多的使用這種設計形式。

4、高層建筑結構設計扭轉問題。水平荷載能使建筑物產生扭轉破壞現象。設計建筑結構時，為規避這一現象，必須按“三心合一”的原則對建筑物的結構、平面布局進行周密的布置。水平荷載的質量分布在一定程度上決定了它對高層建筑結構造成的扭轉破壞程度。為了確保水平荷載沿樓層平面均勻分布，最大限度規避扭轉振動破壞，建議多使用矩形、方形等平面設計。當然，必須兼顧城市道路景觀規劃。因此，高層建筑不可能全部是方方正正的平面構造，也要根據城市規劃和道路景觀布局適當采用十字形、T形或L形等復雜建筑形式。但至少要明確一點，就是凸出部分的長度與建筑物寬度的比值不得超限，并且盡量采用對稱的平面結構。

5、在抗風結構設計優化中，首先要進行基礎設計，選擇級配高的砂石，在結構底部使用抗拔錨桿，穩定地基，在高層建筑結構中增加耗能減振系統設計，通過多種元素的綜合，使用強粘彈性的阻尼材料，解決好水平力、風荷載造成的荷載疊加問題，對受力高壓區進行加固處理，精確計算建筑物的風荷載與承載力。

結束語

高層建筑結構設計屬于技術密集型建設項目，它具有一定的復雜性和巨大的挑戰性，在建筑設計持續進步的現代社會，必須加強對高層建筑結構設計的研究，將一切影響結構設計的因素納入考慮范圍，控制不良問題出現的概率，打造出高質量、高安全等級的高層建筑。

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