结构设计中高层建筑的问题及措施研究

孙善堂

摘 要：近年来随着我国国民经济的提高，我国建筑行业的发展也呈现出一种良好态势。与传统的建筑设计不同，现代人们在对建筑物的美观和艺术性方面提出了更高的要求，这使得建筑外观立面与之前有了较大差别，为了追求建筑的美感使得外形变得更加复杂多变，这不仅大大增加了建筑物的设计和施工难度，对于一些高层建筑而言，在建筑的安全性尤其是防震性方面也变得更加脆弱，这就要求建筑物在结构设计中更加科学合理，本文就对高层建筑结构设计中所存在的问题进行简要的分析，制定相应的应对措施。

关键词：结构设计；高层建筑；措施

一、结构设计中的问题

（一）建筑基础选型问题。建筑基础是建筑结构中最重要的组成部分之一，建筑物的所有荷载最后都要由建筑基础来承担，建筑基础的安全可靠关系到整座建筑物的安全，而对于高层建筑来说，建筑物整体质量更大，在对建筑基础结构的设计上，要求建筑基础的整体性较好，可以承受建筑的质量以及适度的变形。因为高层建筑所需资源较多，所以在基础的选型上要既要考虑到建筑整体的安全性还要兼顾建筑的成本控制。目前我国高层建筑基础主要有筏板基础、箱形基础以及条形交叉梁三种类型。高层建筑在选型时要充分考虑到建筑物的层数以及类型等诸多因素，以此来确定建筑物最终的基础类型。

（二）地下室外墙。地下室外墙主要承受两种荷载，水平荷载和竖向荷载，竖向荷载主要是由建筑上部和自重组成，而水平荷载则主要分为地面活载、侧向土压力、人防等效静荷载等几部分组成，在现实的建筑结构设计中，一般不对竖向荷载进行考虑，钢筋的配置仅仅按照墙板设计的变形程度来进行计算，而对于地下室外墙的厚度以及混凝土强度等等其它要求，都应该按照建筑工地的实际情况，如地下水位，地下室层数和层高，埋深等因素来进行综合的考虑与分析，对于高层建筑地下室外墙的厚度，一般都要求不低于250mm，而对于地下室的混凝土强度根据地下室的特殊情况也有要求，混凝土水泥的等级不能够太高，因为这样水泥的用量过大容易产生收缩造成的缝隙，但是高层建筑有限定，不能低于C30级，对于地下室外墙的防水要求，应该依据具体的最大水头与墙厚之比来进行计算，不过无论哪种渗透等级都不能够小于0.6MPa。

（三）连梁超筋。在框剪结构和剪力墙结构中连梁超筋非常普遍，造成连梁超筋的原因是计算剪力不能够达到减压比的要求，一般来讲剪力墙的墙肢通过连梁组成一个整体，从而让剪力墙拥有比较大的抗侧刚度。在剪力墙发生形变的时候，连梁此时就会承担很大的弯矩和剪力。连梁会最先开裂，这也正是连梁在地震时起到的保护，连梁超筋会造成连梁不能把保护作用发挥到极致，连梁超筋一般都分为几种情况；平面中的墙段过长，其中容易发生连梁超筋和墙面的强制平面长度大小均匀。

（四）回弹再压缩。在挖掘建筑基坑的时候，在基坑四周摩擦角范围之内的土因为受到了约束，一般不会发生反弹，但是在基坑的中心部分，基土反弹的情况非常容易发生，这个时候会进行人工基土清理，基土反弹一般发生在较大基坑，对于相对较小的基坑，基土弹性较小，一般可以直接忽略。而在对小型基坑沉降进行计算的时候，一般都是按照基地附加应力进行。而对大型基坑计算沉降的时候，应该采用基地压力进行计算，而被基坑边缘土约束的那一部分则是被当做安全储备，这种计算方法会导致实际沉降小于计算沉降。

二、应对建筑结构设计问题的措施

（一）抗震结构设计。在对建筑结构设计的过程中，对于建筑防震的设计是一个重要的考虑因素，地震的威力很大，对于高层建筑的打击更是致命的，高层建筑结构设计中应该对防震进行特别的关注，尤其是对处在地震频发地区的建筑物，对它们的防震设计要求要更加严格，对于那些并不处在地震带的高层建筑也要提高重视。在高层建筑的高层部分，建筑会变得更加“柔”，地震对高层部分的影响也更加大，地震带来的强大力量会造成高层建筑的上半部分变形严重，为了减少的建筑物倒塌的可能性，高层建筑在结构的设计上必须能够保证整栋建筑物的延性，在发生较大形变的时候依然可以保证建筑物不被彻底的损毁。

（二）充分收集关键信息。 高层建筑在进行结构设计之前，一定要充分了解施工地区的各种信息，如施工地的土质，风压和雪压，以及非常重要的地震情况，在对所有资料进行详细了解之后才能准确地进行就工程建设的各项参数。这些资料可以从相关文献中获取，而对于另一些建筑中所要使用的材料情况，也要进行详细的了解，地区的不同一些关键材料也会有差异，例如在建筑施工中非常重要的墙体维护主材，这种材料对于墙体的荷载起着重要的作用，不同的材料会导致墙体荷载能力不同，在结构设计中一定要充分考虑这些可变性因素，充分收集各种所需要的关键性资料，根据施工地的具体情况来制定设计计划，这样可以有效地减少因为信息参数不准确而造成的施工错误。

（三）准确设置参数。现代建筑建模基本都使用计算机设计软件来进行，软件进行建模方面快捷，但是有一点非常的重要，那就是对于参数的设计，参数的正确与否直接会影响到最后建模的正确。一般来说不要随意地修改系统参数，在对参数进行修改时一定要注意参数的准确性，有些参数在同一系统里可能并不是所有地方都使用，例如在砖混结构里正确的参可能就不用于框架结构的计算，在参数进行设置的时候，一定要注意不同结构里参数的不同。对于使用计算机建模，必须要求使用者对计算机运行的情况和软件的工作原理非常了解，一方面可以使使用者更好地利用计算机解决问题，另一方面有时候计算机也可能会出现错误，设计人员一定要能够自己进行手动的核算，对结果进行仔细地检查，避免设计出现较大的错误。

（四） 优化设计结构。高层建筑的材料较多，考虑因素较多设计相对比较复杂，这个时候要求对成本有很好的控制，所以在相关的计算中，设计者一定要充分考虑成本，在满足安全要求的条件下，不可以随便加配钢筋和加大构件的截面，以至于造成经济上的浪费。而在建筑结构的安全设计中，设计者一定要注意对薄弱部分的加固，遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉原则”，避免出现超筋梁柱的情况。在提升建筑构件的延性上，一定要计算好钢筋的锚固长度，充分考虑温度对钢筋应力的影响，避免建筑构件中出现薄弱的地方。在对结构的初步设计完成之后，一定要使用极限状态来对这些结构进行验证，确保设计的抗震性。在最后为了达到较大的经济效益，设计者应该对整个结构设计进行优化，从结构选型，计算还有其它细节方面进行详细的分析，最终制定出最为高效节约的设计方案。

三、结语

对于高层建筑的结构设计， 首先要考虑的是其与多层建筑设计的不同。 在高层建筑中起到控制作用的是风和地震作用的水平荷载，已不再是竖向荷载，设计者在进行设计的时候要遵循高层建筑的设计原则，充分考虑到影响施工各方面的因素，然后根据具体的情况，进行建筑结构选型等操作，在建立初步的设计方案之后，要根据整体的情况进行分析，最终确定最合理的方案。

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