高层建筑结构设计的现状及对策分析

段黎明（大同市建筑设计研究院　山西大同　037009）

高层建筑结构设计的现状及对策分析

段黎明
（大同市建筑设计研究院山西大同037009）

高层建筑与一般建筑不同，考虑到安全性、稳定性以及牢固度等各个方面的因素，所以对结构设计要求很高。本文分析了高层建筑结构设计的现状，并针对这些问题提出相应的对策。

高层建筑；结构设计；对策

1　前言

近20年来，城市建设步伐的加快、经济的崛起，使我国的高层建设发展取得了举世瞩目的成绩，出现了金茂大厦、深圳平安国际金融中心等超高层建筑。这对高层建筑的结构设计来说是一个更大的挑战。文中主要介绍了我国高层建筑结构设计的现状，并针对一些问题提出了相应的对策。

2　高层建筑结构设计的现状

高层建筑有利于节约用地，缩短开发周期，从而减少各方投资、加快城市建设，带来较好的经济效益和社会效益。当建筑的高度超越一定程度的时候，它的建造在结构设计、技术应用等都发生了质的变化。同时，高层建筑在设计、技术上也有许多不同于一般建筑的问题需要加以考虑和解决，下面就我国高层建筑结构设计的现状，包括需要注意的几个问题进行讨论：

2.1高层建筑结构设计的原则

目前，我国高层建筑结构设计的原则主要包括四个方面：①结合实际情况，科学合理选择基础方案；②选择恰当的计算简图；③选择合适的、高效的计算工具；④统筹各方面的可行性，选择科学合理的设计方案。

2.2结构体系

现在我国高层建筑结构体系主要分为六大类，包括框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框—筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系，其中前三者较常应用于低于250m的一般高层建筑中，而后三者常见于超过250m的超高层建筑中。

2.3结构材料

高层建筑所采用的材料可分钢结构、混凝土结构和钢-混凝土混合结构。钢结构抗震性能较好，但造价高，而且防火性能差；混凝土结构可塑性强，但也存在诸如质量大、构件尺寸大等缺点；钢-混凝土混合结构则是将钢与混凝土组合在一起的结构类型，可以充分发挥钢与混凝土两者的优点，这使这种结构应用相对较为广泛。

2.4高层建筑结构设计要点

控制好高层建筑的高宽比例，确保其稳定性；注意考虑高层建筑在遇到风力和地震力时所产生的水平侧向力；设计要使建筑体型、平面、立面的质量和刚度保持匀称，保证整体结构没有薄弱环节；注意地震、风力、温度变化和基础沉降带来的变形节点构造；注意考虑周围实际环境以及施工条件。

2.5高层建筑结构设计常见问题

2.5.1扭转问题

建筑结构的刚度中心、几何形心和结构重心为建筑三心，在建筑结构设计时，尤其是在高层建筑设计时，要尽量使建筑三心汇于一点，实现三心合一。如果没有达到这个要求，三心发生扭曲，高层建筑由于其自身的特点，很可能会产生扭转的问题，在水平力的作用下，使高层建筑的结构遭到破坏，影响建筑质量。

2.5.2抗风结构

由于高层建筑的高度原因，使得风在建筑表面的流动性和空气动力效应很容易就发生改变，因此很可能会对高层建筑结构中相对柔软部分产生动力或者静力形式的震动，这对于高层建筑的支撑结构和装饰结构等都会产生较大的影响，所以在具体设计时要注意抗风结构的设计。

2.5.3抗震结构

在当今高层建筑结构的设计中，抗震结构一直都是一个的难点，往往由于各种各样的原因，忽略对抗震结构的科学设计。由于高层建筑结构本身较为复杂，使设计人员在抗震性能计算时，常常不是很精确，导致抗震结构设计存在缺陷，使高层建筑在地震中很容易遭受到强烈的破坏。

2.5.4高层建筑结构嵌固端的设置问题

现在有很多高层建筑都有人防地下工程或者地下室，这就需要在地下室或者人防工程的结构顶板处设置嵌固端，但是由于对嵌固端设置缺乏足够的重视，设计人员在进行结构设计时，常常忽略其细节问题，使高层建筑后期，在嵌固端设置上进行大量修改，给建筑质量带来了重大隐患。

2.5.5短肢剪力墙设置问题

短肢剪力墙是墙肢的截面的高度和厚度比在5～8之间的墙，在高层建筑中，其设置应当要按照施工经验并结合实际实验来进行，而且在其设置时往往有着众多的限制因素，如某些墙肢仅有0.2m厚，而且在梁与墙的结合处，受钢筋、暗柱以及端柱的影响，不但使设计的宽度难以实现，而且可能造成梁的强度不足。而在较短的墙肢上设置短肢剪力墙，很可能会由于墙肢与异形柱在受力性能上的接近，致使截面抗扭性能不高。

3　高层建筑结构设计常见问题的对策分析

3.1合理平面布局

高层建筑结构设计过程中，水平荷载对建筑的重大影响、扭转问题的出现一般都是由于三心未合一，使建筑物质量分布不均匀。为避免这种情况的发生，就要求设计人员对高层建筑的设计应当选用相对规则的简单图形，同时尽量避免使用L形、T形、十字形等平面图形，避免建筑结构突出部分过大，尽量确保结构的对称性。

3.2做好抗风结构设计方案

针对高层建筑结构抗风结构进行优化。①基础优化。基础牢固是抗风性能的保证。在基础设计时可选用级配高级的砂石，在基础持力层中加设抗拔锚杆；②增加耗能结构设计。在高层建筑结构设计时，对一些非承重构件可利用耗能构件来抵消风力对建筑的影响；③设计时要注意控制风力引起的水平结构内力与风力自身的叠加形成的更大的水平力，选用高性能混凝土进行施工，抗衡这种叠加力；四是提高结构承载力和抗风力。首先对高层建筑结构承载力、抗风力进行验算，然后以此为基础，制定出一个放大系数，进一步确保高层结构的抗风性能。

4　总结

高层建筑结构设计作为一项复杂的综合性技术工作，对于高层建筑的发展有着基础性的指导意义。随着科技技术的不断进步，高层建筑结构设计也将会获得更好的发展前景，要求也会越来越高。

[1]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2]何俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨[J].价值工程，2010，2：214.

[3]陶忠，张耀春，韩林海，等.关于高层建筑结构选型设计的初步探讨[J].哈尔滨建筑大学学报，2000（33）1：20～25.

TU973

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1673-0038（2015）51-0054-02

2015-12-1

段黎明（1980-），男，工程师。