高层建筑结构设计的问题及对策探讨

宗靖　秦峻英

（桂林市建筑设计研究院　广西桂林市　541002）

高层建筑结构设计的问题及对策探讨

宗靖秦峻英

（桂林市建筑设计研究院广西桂林市541002）

本文通过对高层建筑中结构设计的特点以及其中存在的问题进行分析，并提出一些措施，期望能更好的促进高层建筑结构设计，并且实现在稳定高层建筑结构的同时提高高层建筑结构安全的效果。

高层建筑；结构设计；问题及对策

前言

随着城市建设的不断发展和建筑科技的不断进步，城市的高层建筑数量和层次均有了较大的进步，很多的中大城市甚至出现了超高层建筑，并逐渐发展成为一种城市发展趋势。在这一趋势背景下，高层建筑结构设计工作的重要性越来越凸显，特别在其安全性、个体差异性、广泛性方面都提出了新的、更高的要求，所以在高层建筑结构设计中要特别注重掌握高层建筑特点，掌握其设计要点，在坚持质量、安全和经济的原则下，提升高层建筑结构设计的水平。

1　高层建筑结构主要特点

高层建筑由于建筑位置高度较高，必须考虑到更多的外来因素，比如地震、外部荷载、风力等，高层建筑不仅仅要承受自身垂直方向的重应力荷载，还要承受来自外界水平方向风力产生的荷载，诸如此类因素均是加强高层建筑结构设计研究的重要方面。随着未来高层建筑高度的不断加高，为了防止更为严重的外来因素和位移影响，高层建筑设计时还要将抗侧力结构设计确立为结构设计的主要方面。

2　高层建筑结构主要设计原则

2.1科学合理的基础方案

高层建筑结构设计的基础和前提就是要有良好的建筑结构基础方案，在实际设计过程中，设计单位通常要掌握设计地域的地质条件，根据实际施工需求进行设计。同时还要出具较为完善的地质调查报告，发挥建筑地基的最大潜力，如果需要还要针对地基有可能出现的变形做好调查研究。此外，设计机构还要对建筑进行综合性分析，尤其是符合情况和上部结构。把这些要素综合起来分析，敲定最终的科学合理的基础方案，从而提高设计单位经济效益。

2.2科学适当的计算简图

另一个高层设计中需要注意的重要事项就是计算简图的设计，主要原因就是在对高层建筑结构进行设计时，需要对一些数据进行分析计算，而这些所有的这些分析都要建立在计算简图的基础上，只有计算简图基础上的分析数据，才可以提高建筑结构设计牢靠性和安全性。比如：高层建筑的结构节点不再是传统的钢节点和铰节点，这就需要我们对建筑物结构节点进行合理的分析研究，利用计算简图进行设计，从而更好的提高计算简图计算的准确性和精确性，把计算简图控制在合理的误差范围内。

3　基本要求

3.1规则性

（1）不要采用不规则的结构体系。建筑结构首先要符合抗震概念设计需求。①必须具有一定的刚度、承载度和变形能力；②要避免因建筑构件和结构破坏而导致整个结构丧失风荷载、承受荷载和地震作用的能力；③对有可能出现问题的薄弱环节，要采取一定的有效举措予以加强。

（2）高层建筑的结构体系要符合下列要求：①水平布置和结构的竖向宜具有合理的承载力和刚度分布，避免因扭转效应和局部突变而形成薄弱环节。②宜具有较多的抗震防线。

3.2主要特征

抗侧力建筑及其结构的平面布置宜采用对称规则，并具有较好的整体性；建筑的竖向剖面和立面宜规则，结构的竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，侧向刚度宜均匀变化，避免抗侧力结构的侧向承载力和刚度突变。

规则结构一般指：平面立面规则，结构平面布置对称、均匀并具有较好的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构的承载力、刚度和质量分布均匀，无突变。

3.3满足规则平面布置的要求

（1）结构平面布置必须考虑有利于抵抗竖向和水平荷载，传力直接，受力明确，力争做到均匀对称，减少扭转影响。在地震作用下，建筑平面要力求简单、规则，风力作用下则可适当放宽。抗震设防的高层建筑，平面形状宜对称、简单、规则，以减少地震带来的伤害。

（2）在一个独立结构单元内，宜使用结构平面形状简单、规则，刚度、承载力分布均匀的平面布置，不要采用不规则的平面布置。

（3）抗震设计B级的混合结构高层建筑和高度钢筋混凝土高层建筑，其平面布置应简单、规则。

4　存在的问题及对策

4.1结构超高问题及对策

高是高层建筑最大最显著的特点，这种建筑物本身的高度特性使得建筑结构的设计显得越来越困难，比如在抗震规定中对建筑的高度就有着严格的规范，尤其是目前新制定的范围中对建筑物超高问题进行了一系列非常明确的限制。另外当前建筑的实际施工过程中常常会出现结构类型改动的情况，而计划是按原来的结构设计进行的，因此使得实际情况和原定计划之间存在较大的误差。结构超高不符合规范为后期的高层建筑安全问题埋下了隐患。其有效对策为：新规范对高层建筑添加了更多的限制条件，按照新规范设计高层建筑的安全性，强调高层建筑结构的规范性设计。

4.2地下室层高问题及对策

地下室结构的设计一般不可能做大幅度的调整和改变，而且地下室的层数直接影响到整个建筑的建造，比如：土方开挖、降水要求、抗浮水位、基坑支护以及施工工期等。所以一般建筑的设计人员会把层高压得很低，而提高地下室顶板结构的最低点是缩短地下室净高的最有效的方法。针对这一问题，其一般处理方法是采用预应力空心楼板、无梁楼盖或宽扁梁等。在建筑结构计算中应计算到满足嵌固端要求的底板或地下室层数，在布置柱网时，可以通过对地下室的建筑的布置作合理的调整来减少地下室的净高。这些都对减少地下室造价起着很大的作用。

4.3抗浮问题及对策

如果建房区域高层建筑地下室埋藏较深或地下水的水位较浅时，就会出现抗浮不足的情况发生。应采取以下几种举措：①在设计允许的前提下，提高坑底设计高度，降低抗浮设防水位。②高层建筑设计建议采取宽扁梁或无梁楼盖设计形式，一般情况下，宽扁梁的截面高度是跨度的约6%，可以进一步降低抗浮设防水位。③最直接的方法就是在增加地下室重量的同时，加大地下室建设标准的层高。④通过设置抗拔桩解决抗浮问题。该方法一般应用在裙楼等地下室上部建筑层数不多的部分。

4.4不均匀沉降问题及对策

①设置高层建筑与裙房之间沉降缝，这样做可以使各个部分沉降自由，互不影响，也可避免不均匀沉降所产生的内力。②裙房和高层建筑之间采用端承桩的方式，将端承桩设置在坚硬的基岩上。

4.5裂缝控制问题及对策

在工程建设实践中，由于受基坑边壁和地下室结构本身等因素的约束和影响，地下室的外墙混凝土很容易出现收缩的现象。处理这种现象的对策主要是：根据裂缝的宽度验算来控制配筋量，一般情况下，外墙裂缝宽度通常要控制在0.2mm以内，由于高层建筑地下室的整体超长，在设计上应采取相应的技术手段，有效防止建筑裂缝的不断扩大，应采取的主要措施有补偿收缩混凝土，即在混凝途中掺入HEA、UEA等微膨胀剂。

4.6高层建筑结构抗震问题设计及建议

①减少地震能量输入，高层建筑受地震破坏主要体现在地震时产生的能量输入高层建筑后，使其受到共振和冲击破坏这两个方面，采取的对策是在考虑地势地形的前提下，选择比较坚硬的地基来建造一个坚实的地基，不仅仅可以明显减少地震所产生的能量输入，而且还可以有效地防止共振破坏。②选用较为合适的结构材料。在设计和材料选择上：a.要专业设计人士学会创新，需要过硬的人员素质，需要创新能力和实践能力的结合。b.材料选择也是决定高层建筑抗震的主要因素，当今社很多的豆腐渣工程被揭露出来，这里面固然有施工人员的素质问题，但更为主要的还是建筑物的材料问题，差的材料不仅仅影响房屋的质量，对房屋的抗震性影响也很大。③减轻高层建筑的结构自重。除了以上两点，在高层建筑的设计之中还要充分考虑高层的特殊性，适当舍去一些低层建筑必需而高层不一定需要的东西。另外，还可以利用现有的科学技术为高层建筑的抗震提供服务，更好的减轻高层建筑自重。④设置多道抗震防线。设置多道防线的最大好处就是在第一道防线失守后，后面的抗震防线还可以继续发挥作用，发挥备用作用，这样做不仅增加了抗震的效果，还可以增强地震受灾人员的心理防线。⑤推广消能隔震和减震设计。国内外普遍使用的传统的抗震结构体系是延性结构体系，适当对结构物的刚度进行控制，同时容许结构的构建在地震时通过进入非弹性状态获得较大延性，从而达到减轻地震反应、消耗能量的目的，保证高层建筑物不发生倒塌。这一设计虽然是比较传统的方法，但是它能够有效的保证建筑的抗震能力，值得去发扬光大。

5　结束语

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特点和特性的不同。风和地震的水平荷载是高层建筑中起到控制作用的主要因素，而不是竖向荷载，所以作为建筑结构的设计者在进行设计的时，一定要遵循高层建筑的设计规范和原则，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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TU973+.2

A

1673-0038（2015）38-0003-02

2015-7-27

宗靖（1983-），男，中级，学士，主要从事结构设计工作。

秦峻英（1981-），女，中级，大学本科，主要从事结构设计工作。