高层建筑结构设计的问题及对策探讨

孙向阳

摘要：在当前城市化进程不断加快的背景下，高层建筑得到了飞速发展。在对其混凝土结构进行设计时，需要严格遵循安全性、适用性、可靠性等原则，针对关键部位进行重点分析，对设计方案进行不断完善，切实提高建筑的设计水平，确保建筑的正常使用。本文探讨了高层建筑结构设计的问题及对策。

关键词：高层建筑；结构设计；问题；对策

中图分类号：TU97文献标识码： A

高层建筑是建筑未来的主体形式，要做好高层建筑的设计，应该以结构设计为立足点，使高层建筑结构设计在满足功能和质量的前提下，实现对客户安全和需要的尽量满足，形成结构、外形适于消费者需要的高层建筑设计，确保建筑行业经济和社会效益最大化的实现。

一、高层建筑结构设计存在的问题

1、高层建筑结构设计不合理

在目前一些高层建筑结构设计中，过分地追求美观度和个性化，从而忽略了其设计的科学性和合理性。同时高层建筑的结构设计是多种多样的。框架结构体系、剪力墙结构体系、框架剪力墙结构体系、筒体结构体系等等。但是在选择过程中存在一定的不合理性。另外在高层建筑的整体结构设计中，要注重考虑水平载荷中的风荷载以及地震作用，做好抗震设防系统，以能够提高建筑安全性，但是在实际建筑结构设计中，还存在对这些问题不注重问题，考虑不全面问题，从而导致高层建筑存在一定的安全隐患。

2、没有处理好高层建筑结构的均衡关系

高层建筑结构在布局时还应把握高层建筑的整体尺度、城市和街道尺度、细部尺度。一个造型完美的高层建筑必须很好地均衡主体、裙房和顶部的尺度关系。高层建筑是城市形态的关键因素和重要景点，因此要规划好城市的结构中高层建筑的位置，以及高层建筑与城市街道的关系，保证高层建筑不能对街道行人和正常活动造成影响，也不能造成视觉上的影响。目前高层建筑在这一方面还具有一定的薄弱性，没有处理好高层建筑结构的均衡关系。

3、高层建筑结构设计对其受力情况和水平荷载的考虑不够完善

在高层建筑结构设计中，其高度不同，那么其受力情况也就不同，其水平荷载跟竖向荷载共同作用，是对高层建筑整体设计效果进行控制的主要因素。但是随着建筑高度的不断增加，其侧向位移增加的速度也越来越快，底部弯矩也随之加大，其侧向变形过度会导致其结构在横向荷载下，附加应力明显增加，从而引起了填充墙的出现；导致电梯轨道以及装修等服务设施，出现变形或者裂缝问题，严重危及了高层建筑结构的正常使用和耐久性。

二、提高高层建筑结构设计的有效对策

1、合理的进行平面布局

为避免出现三心未合一引起的扭转问题，在进行高层设计时，对高层建筑应该较多的选用比较规则的图形，例如矩形、正方形、正多边形、圆形等分布比较均衡、简单的平面图形。避免十字形、T 型、L 型等比较复杂的平面图形的使用。在特殊情况下，我们应该根据现有的有关规范对其进行合理的设计，尽可能的让结构保持对称，避免出现某一结构过分突出的情况。

2、选择合理的结构设计方案

合理的结构设计方案是高层建筑结构设计中需要首要考虑的问题，特别是几个关键因素，比如：结构类型、荷载分布情况、施工条件、地基潜力、相邻建筑物影响等，都需要在设计上分别有针对性的加以考虑。同时，还应考虑到相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系。在首要考虑问题的基础上，还需要考虑地理条件、工程设计需求、施工条件、材料等因素综合分析基础上，加之包括水、暖、电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。

3、减轻建筑自重

由于高层建筑有着更多的楼层，所以其建筑自重也较大。同样的桩基承载力或者地基承载力能够承受的建筑自重一样时，当两栋建筑物的层数一样，那么建筑自重较小的建筑就可以再添加几层楼层，这对高层建筑来说无疑是一个很好提高经济效益的入手点。当然，这只是针对地基较为结实和土层较硬的情况来说的。另外，减轻建筑自重还可以提高建筑的抗震性能，如当建筑自重很大时，其重心也较高，那么地震所产生的地震剪力大对建筑物的损坏力度就会变大。

4、 综合把握概念设计与计算设计

建筑的抗震设计包括概念设计和计算设计两个部分。计算设计的前提是要有一定的假设条件，由于地震的不确定因素较多，即使计算设计的分析手法和原则在不断改善，但假设终究还是不能完全代表现实，所以计算结果和实际情况存在较大的出入是极有可能的事。特别是在建筑结构经历过弹塑性阶段以后，常规的计算原理已经不适用了。因此，除了计算设计，还要把握好概念设计，将两者有效地结合在一起使用，尽可能地模拟出真实的地震影响。

5、 注重水平力在设计中的影响

与低层建筑不同，对高层建筑结构起到决定性影响的水平荷载，但这并不是说竖向荷载对于高层建筑就不重要，只是其重要性相较于水平荷载来说较弱一些。原因是建筑的竖向荷载对竖向构件所产生的弯矩和轴力的数值与建筑高度的一次方成正比例关系； 水平荷载对建筑结构所产生的倾覆力矩和轴力的数值与建筑高度的二次方成正比例关系。另外，对于高层建筑来说，竖向荷载一般是建筑自重，而水平荷载涉及到地震作用和风作用，其数值变化幅度较大，不易控制。

6、充分考虑设计施工经济性

安全、适用、经济是结构设计的三要素。三个要素之间既有层次关系又相互平衡和制约。在满足前两个要素的前提下，就要考虑如何实现结构造价的经济性问题。直接经济指标一般采用结构造价百分比、单位面积结构综合造价或者单位面积材料用量（如钢材、钢筋和混凝土）。对于高层建筑而言，我们还需要考虑它的施工周期长、投资回收慢、竖向构件面积大等特点，这些都需要用到间接指标，比如：竖向构件占楼层面积比、施工可建性、社会效应、楼层净高等。具体地讲：首先，在超高层建筑中，风荷载是主要水平控制荷载，因此，减小风荷载是最有效的措施之一。其次，提高抗侧力结构的效率是节约材料用量的有效途径；不同材料的有机组合也可发挥材料各自的优点，降低结构综合造价。最后，确定合理的设计性能指标，既确保结构安全，又能满足经济要求。

7、充分满足建筑抗震要求

在进行高层建筑结构设计时，需要确保其结构各部分的刚度是对称的、是均匀的，各结构单元的平面形状也需要尽量保持简单和规则。其结构如果比较复杂，并且不规则、不对称，那么对其复杂的地震应力就非常难以进行计算和处理，比如说应力集中和扭转等，这些对于建筑抗震设计非常不利。所以说，在进行高层建筑结构设计的时候，就需要尽量使地震力作用中心和建筑刚度中心进行重合，一般其偏心距不宜超过垂直于外力作用线建筑物边长的5%。同时还可以采用比较利于抗震的竖向布置，但是竖向布置中需要对刚度的均匀性以及连续性进行确保。其中高层建筑结构设计中风荷载和地震考虑标准。

总而言之，尽管近年来我国高层建筑呈现蓬勃发展之势，然而其总的结构设计远未达到理想要求，随着市场需求的日益复杂和多样，进行高层建筑结构设计时，要求设计师必须在首先遵循设计原则确保计算准确的基础上，还要密切结合实际情况，关注结构布置等问题，制定科学合理的结构设计方案，确保设计出技术领先、经济实用、安全可靠、质量优良的高层建筑。

参考文献：

[1] 魏范阳.高层建筑结构设计中应注意的问题浅析[J].科技致富向导，2011（12）.

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[4] 孙建文． 高层建筑结构概念设计初探［J］． 山西建筑，2013，39( 2) : 48-49．

胡贤文

【摘要】现代城市建设中，城市空间的利用效率成为建筑设计的重点考虑因素，高层建筑在空间利用率上的优越性的显线，使之成为城市建设广泛应用的建筑类型，高层建筑结构设计也随之成为备受瞩目的话题。本文基于高层建筑结构设计的重要性，分析了高层建筑结构设计的影响因素，并对高层建筑结构设计的问题及对策进行了探讨。

【关键词】高层建筑 结构设计 问题 对策

中图分类号：TU208文献标识码： A

前言

随着城市化进程的不断推进和深化，高层建筑在城市建设中的应用越来越广泛，高层建筑结构设计作为决定高层建筑的建设质量和使用安全的重要影响因素，越来越受到关注和重视。在实际的高层建筑结构设计中存在一些问题，接下来，笔者将阐释高层建筑结构设计的重要性，通过分析高层建筑结构设计的影响因素，总结高层建筑结构设计的问题，并针对这些问题提出几天有效的对策和措施。

一、高层建筑结构设计的重要性

高层建筑结构设计是高层建筑设计的重要内容。高层建筑结构设计的合理化程度在很大程度上决定了高层建筑的建设质量以及使用安全指数，对现代城市建筑建设有着重要的现实意义。高层建筑设计要充分考虑房屋高度、房屋框架结构、筒体结构、抗震和抗风能力等因素，这些都是高层建筑结构设计的内容，要靠高层建筑结构设计来统筹、协调，进而实现高层建筑结构的合理化。如果不能及时解决结构设计中的问题，高层建筑的质量就无法得到保障。因此，在高层建筑设计和建设过程中，应当对高层建筑结构设计投入相当重视和关注，加深对高层建筑结构设计的研究，及时分析和总结高层建筑结构设计中存在的问题和缺陷，避免因结构缺陷而给高层建筑带来重大的、不可挽回的损失。

二、高层建筑结构设计的影响因素

1、水平载荷

水平载荷是高层建筑结构设计的重要因素，它与建筑高度与建筑受力能力存在着密不可分的联系，高层建筑在结构上承载着双向载荷，一方面是竖向，称为竖向载荷，另一方面是水平方向，称为水平载荷。载荷会对建筑结构产生一种内力，这种内力的强弱与建筑物的高度相关，随着建筑物高度的变动而变动，且这种变动的趋势具有一致性，通俗来讲，建筑物高度的增加会引起水平载荷产生的内力和位移增大。

2、侧向位移

侧向位移是高层建筑结构设计的控制因素。水平载荷产生的内力随着建筑物高度的增加而增大，内力增加的同时，会使结构的侧向发生变形，这种变形情况发生的可能性，要求建筑设计人员在进行高层建筑结构设计时，不仅仅局限于结构强度的保障，而且要注重对抗推强度的设计，从而掌握和控制高层建筑结构设计侧向位移的范围，确保高层建筑结构在水平载荷作用下的安全性。

3、结构延性

结构延性是高层建筑结构设计的重要指标。高层建筑在结构设计上要求更高的柔性，需要考虑更多的抗震因素，当地震等破坏性外力发生时，高层建筑物要有较强的变形能力，来承受地震带来的打击，这要通过结构延性设计来实现。进而使高层建筑结构具有承受强烈地震的能力。

4、轴向变形

轴向变形是高层建筑设计不可忽视的课题。高层建筑物高度增加会引起轴向变形的增大。高层建筑结构设计与多层或低层结构设计存在较大的差异。在进行多层建筑结构设计时，由于结构内力和位移的计算排除轴力的微小影响，轴向变形问题的考虑并不突出，而因为高层建筑结构有层数多、高度大以及轴力值大的特点，在进行高层建筑结构设计时，必须充分考虑轴向变形问题。

三、高层建筑结构设计的问题

高层建筑是一项十分庞大复杂的工程，高层建筑结构的设计随之成为一项具有较高难度的任务，想要将高层建筑构建的安全、合理、可靠，就要掌握好高层建筑结构设计能力。接下来，我们列举一些高层建筑结构设计中的常见问题，为高层建筑结构问题相关对策的提出提供更具体的目标。

1、高层建筑结构超高问题

高层建筑的超高问题是高层建筑结构设计面临的首要问题。由于高层建筑挺拔的高度，其受地震等破坏性外力影响的可能性较之于低层建筑和多层建筑更为明显，面对的问题也相对较复杂，因此，高层建筑设计规范对建筑物的高度有着严格的限制，而在实际的高层建筑结构设计过程中，有时建筑设计人员过多的被建筑结构的复杂性所困扰，将更多地经历投入于结构的组织合理化方面，而忽视了建筑物高度的思考和专业设定，从而导致建筑物超高，在抗震坑风能力上达不到建筑结构设计的要求，影响高层建筑结构设计的整体水平。

2、嵌固端的设置问题

高层建筑结构设计中对于建筑物嵌固端位置的确定要求不一，它是根据建筑物的实际建筑情况而定的。通常情况下，高层建筑物都具有两层或是两层以上的地下室或是人防地下工程，这为嵌固端位置的选定带来了不确定性，有时候嵌固端可能会被设定于板顶处，有时候则被设定在人防顶板等位置。这种位置的不确定性，会使高层建筑结构设计人员在思考与嵌固端有关的问题时缺乏综合性，很多重要信息被忽略，这会给后期设计工作带来阻碍，影响高层建筑的安全性能。

3、高层建筑结构受力性能问题

高层建筑物由于较高的高度，承载的载荷和载荷作用下的内力更为强烈，这就对高层建筑结构的受力能力提出了更高的要求。建筑结构设计人员在进行初始的方案设定时，通常将工作重点集中于建筑物结构的空间组成问题，致力于建筑物具体结构的规划，而在结构设计方面，结构受力更是考虑的重中之重，如果忽视结构性能的研究，会严重影响高层建筑使用性能。

4、结构设计扭转问题

在高层结构设计过程中，建筑物在水平压力作用下结构会发生扭转振动现象，这种扭转振动会给建筑物安全带来一定程度上的威胁和隐患。

四、高层建筑结构设计问题的相关对策

高层建筑结构设计中面临很多需要考虑的问题，上文紧紧指出了较为常见的问题，接下来，笔者就根据这些问题，从宏观和微观两方面来谈一谈与高层建筑结构设计问题有关的解决对策和方法。

第一，从宏观上面来说，主要将问题的解决对策放在制度建设层面。应当建立健全高层建筑结构设计体系建设，制定较为完善的高层建筑结构设计规范，从整体上对高层建筑结构设计做出综合性、系统性、科学性的规范。制度的建设不是一个简单轻松的过程，它要求将理论与实践相结合，从二者融合与互补的探索中得以实现。在实际的建筑结构设计中，要时刻关注社会发展现状，根据社会建设对建筑物建设要求的改变而变动结构设计理念，再通过实践践将理论应用到高层建筑建设实务当中，从而使高层建筑结构设计问题得到合理而彻底的解决。

第二，从微观上面来讲，注重具体问题的具体对策的研究。在高层结构建筑结构设计中，会由于建筑物的建设目的、建筑用途产生不同的结构设计要求，遇到不同的结构设计问题，这就要求结构设计人员严格遵守结构设计规范，灵活掌握结构设计方法。例如对于高层结构受力性能分析，设计人员应当在高层建筑设计方案选择阶段就对主要的承重墙和承重柱的布局和数量进行总体设想；又如对高层建筑超高问题，在设计之初，就应当将建筑物高度设置在最佳水平，将高层建筑高度掌握在24米到100米的范围之中。除此以外，对于结构设计中的扭转问题，建筑设计人员应当选择合理的平面布局和结构形式，尽可能使高层建筑物的刚度中心、几何形心、结构重心相统一。

结语

综上所述，高层建筑越来越广泛的出现和分布在城市当中，与此同时，身为高层建筑设计重要内容的高层建筑结构设计越来越受到关注，成为建筑设计人员探讨和研究的重要课题，本文中简要的介绍了高层建筑设计中存在的问题，针对这些问题提出了几点个人拙见，更多有效、可行的对策和措施还有待研究和发掘。

参考文献

[1]段鹏程,李俊杰.浅论建筑结构设计中的安全问题及措施 [期刊论文] -建筑与文化2013(12)

[2]葛芳.高层建筑结构设计的问题及对策探讨 [期刊论文] -大科技2013(34)

[3]周敏.高层建筑结构设计有关问题分析 [期刊论文] -知识经济2012(15)