高層建筑結構設計的要點分析

徐亞波

北京炎黃聯合國際工程設計有限公司遼寧分公司 遼寧沈陽 110102

在經濟發展的帶動下，建筑行業得到了飛速發展，在建筑用地面積不斷減少的背景下，為了提高土地利用率，高層建筑成為主要發展趨勢。但是高層建筑結構質量直接影響建筑工程的整體質量，因此，要從源頭控制高層建筑結構質量，優化設計方案，結合高層建筑特征和工程具體情況進行設計，提高高層建筑的設計質量。

1 我國高層建筑結構發展特點

1.1 結構體型日趨復雜

伴隨我國經濟的增長，高層建筑一方面要具有建筑自身應當有的效能，另一方面還應當有自身的特色。中國大多數區域為抗震區域，而高層建筑集聚的東部沿海省份還是臺風發生概率較高的區域。

1.2 超高層建筑中鋼-混凝土混合結構為主

依據相關資料，到2017年年末，中國高于250m的超高層建筑架構中，鋼-混凝土架構占到98.4%，比如金茂大廈、上海環球金融中心，外部框架都是型鋼混凝土柱和鋼柱，內部為鋼筋混凝土核心筒；剛建成不久的117大廈，外部運用鋼管混凝土柱，內部為鋼板混凝土剪力墻結構。鋼架構具有技術方面的優點與混凝土成本較少的特征，推動了中國鋼-混凝土混合架構的快速崛起。

1.3 新型結構體系涌現

伴隨高層建筑的發展，產生了諸多新型架構機制。比如廣州西塔運用了外部交叉網格架構機制；天津津塔主要抗側力機制包括外伸鋼臂抗側力機制、鋼管混凝土柱外框、核心鋼板剪力墻機制；國貿三期主塔樓運用的是鋼-混凝土結構-核心筒架構。另外，以巨型柱為基礎的巨型架構等結構方式也廣泛運用到高層建筑中。

2 高層建筑結構設計中存在的問題

2.1 基礎的選擇問題

在高層建筑基礎選型是最核心的結構設計問題，主要原因是高層建筑的基礎承擔的幾乎高層建筑的全部荷載。由于高層建筑自身重量較大，因此在進行基礎選擇上必須慎重考慮。不但要求基礎具有良好的承載力，能夠滿足建筑物自重以及速度變形的需求，同時，在考慮建筑物整體安全性的情況下盡可能去兼顧成本。我國現有高層建筑基礎類型有箱形基礎、筏板基礎以及交叉梁基礎，因此需要結合項目自身特點來做好高層建筑物基礎的選型工作。

2.2 抗震設計的選擇問題

在相關規范中嚴格規定了高層建筑的抗震設計的指標。在進行建筑結構設計時需要慎重考慮建筑物所在的地理環境，根據地理環境的不同來進行合理的區分。高層建筑在進行結構設計時需要滿足建筑物的延展性需要。同時還需要嚴格遵守在建筑設計時安全多道設防的原則。

2.3 高層建筑結構體系設計不合理

當前，在高層建筑結構體系設計中存在很多不合理地方，特別是結構力學體系設計方面，導致其自身受力形態出現問題，最終影響建筑結構穩定性和抗震性能。但是，在高層建筑結構設計中，如果設計人員沒有對當地具體情況進行分析，盲目照搬照抄其他工程項目設計，沒有對動態荷載變化情況進行考慮，將會影響高層建筑結構的設計效果。

3 高層建筑結構設計要點

3.1 優化抗風設計結構方案

針對當前和高層建筑結構的抗風性能研究：①要對施工基礎進行優化，充分保證建筑施工結構的抗風性能。在建筑施工過程當中需要在基礎設計工作當中，采用級別比較高的砂石，在基礎應力層上設置剪應力錨桿；②要提升高層建筑在耗能結構方面的設計工作，在高層建筑設計工作當中，針對其中的承重結構，比如：樓板、剪力墻等來用來抵擋強風帶來的影響；③要不斷降低水平荷載力與強風疊加起來的高程建筑產生的影響，在高層建筑施工過程當中，在強風的作用下建筑體水平方向上的荷載應力對高層建筑產生的影響非常明顯，非常容易產生水平方向上的內應力，在水平方向上的結構應力可以和風能相互之間進行重合疊加，進而形成了更大的水平作用力，對建筑體的影響程度非常明顯。

3.2 設計結構選型

高層建筑連體結構的兩側塔樓往往有相同的剛度和體型，但是如果面對兩座塔樓層數和剛度等指標相差較大時，就應當根據彈塑性靜力動力分析的結構，合理選擇連接體的連接類型，讓結構在遭遇強烈的自然災害時不發生斷裂，最大程度上保護人民群眾的安全。采用“強節點弱桿件”的抗震設計概念，讓節點部分始終處于具有彈性的狀態，保障連接體具有一定的變形能力。

3.3 強柱弱梁設計

高層建筑結構與地層的建筑受力情況存在一定的差異，因此，在高層建筑結構設計中，首先要對受力結構進行分析，并根據強柱弱梁的設計原則進行設計，在滿足抗震設計要求的基礎上，合理控制柱體和梁的延展性，降低柱體在承載力作用下發生破碎的概率，縮小柱體的軸向壓力設計值與混凝土抗壓強度、截面面積乘積的比值。

3.4 重視建筑物的抗震性能設計

為了更好地提高高層建筑的結構穩定性和安全性，需重視高層建筑結構的設計方案?，F階段，部分建筑單位已在高層建筑結構設計工作中取得了一定的成績，并突破了重重阻礙，大大提高了建筑物的穩定性和整體安全性。但由于我國建筑物的抗震標準較低，無法有效處理好建筑物抗震性能和結構設計之間的關系。

3.5 加強對計算簡圖的有效使用

高層建筑結構設計中的結構尺寸和配筋率的大小，對和計算問題相關。這作為重要依據影響著高層建筑結構設計。在相關內容的計算中，必須涉及計算簡圖或計算模型的選擇問題，所以必須根據實際情況對計算簡圖和計算模型進行選擇。然而，在高層建筑結構設計中，實際情況較為復雜，并且合理選擇計算圖是相當困難的。

4 結語

總而言之，高層建筑結構設計是否合理，會對建筑的整體安全性和經濟性帶來直接的影響。目前，高層建筑結構設計存在的問題已經成為普遍性的問題，需要考慮到高層建筑結構設計的現實要求，這樣的研究成果才能具有借鑒的意義。