关于高层建筑结构设计相关问题的探讨

魏巧淋

【摘 要】建筑结构是整个工程的核心所在，建筑结构的稳定性与安全性是整个工程质量得以保证的关键。当前我国经济发展飞速，城市建筑数量和规模不断扩大，高层和超高层建筑占据着最主要的比例，所以对其的结构设计也就显得尤为重要。下文针对高层建筑结构设计问题及提高其设计水平的具体措施进行了分析，具有重要的现实意义。

【关键词】高层建筑；结构设计；问题及对策

引言

城市建设步伐的加快推动了高层建筑物的产生，高层建筑具有高度高、层数多等特点，高层建筑物的结构设计要本着科学、合理、安全、高效等原则，不仅能够为人们提供使用上的便利，而且也要体现出一定的安全性能，发挥抗震、抵风等方面功能与作用，只有这样才能体现出高层建筑物的优势和优点，才能有效发挥其功能和作用。

一、高层建筑结构设计的常见问题

1、建筑结构超高。一些城市为了进行评比，在楼宇的高度上不断进行更新，仿佛楼层越高，城市的地位就更靠前。但建筑物不断超高却对抗震性与建筑质量提出了更高的要求。相关的建筑规范对建筑物的高度与抗震要求进行明确的规定，无论是多高的建筑物，都需要满足相对应的抗震等级要求。

2、楼层平面刚度。楼层平面刚度一直是高层建筑结构设计环节比较棘手的问题。设计人员对高层建筑楼面平面刚度没有一个直观的认识，在设计上只是根据数学力学模型设计楼板变形计算程序，计算后所得数据往往差强人意。鉴于此，要采用结构设计的方式来设计建筑结构，前期必须妥善处理一些问题，稍有不慎就可能产生不安全因素，严重者还可能破坏建筑结构的安全性能。

3、高层剪力墙结构设计问题。剪力墙结构刚度大，整体性好，用钢量较省。在高层住宅中，开间均较小，分隔墙较多，合理布置剪力墙是关键。另外，剪力墙外观整齐，没有露梁、露柱现象，便于室内布置因此，在高层住宅中常采用现浇剪力墙结构。在高层剪力墙结构设计中应注意的问题，剪力墙结构的抗侧刚度大，结构周期短，地震响应大。剪力墙结构墙体越多，建筑物的重量越大，地震反应也大，会造成浪费。另外，剪力墙结构墙体多为构造配筋，如果配筋率太低，则结构延性差。

4、高层建筑结构设计扭转问题。在建筑设计中，有一“建筑三心”的概念。“建筑三心”即为几何形心、刚度中心和结构重心。设计师应秉承三心合一的原则设计建筑结构，就是使这三点归于一点。如果建筑结构存在结构扭转的问题，就说明“建筑三心”未能归一点，使得整体结构承受水平荷载而产生扭转振动现象。

5、抗风结构设计。在高层建筑设计中，抗风性研究非常重要。在进行设计建造时，要注意抗风压性，对有效的设计非常重要。随着高层建筑的高度不断增加，结构本身对风起着扰动作用与阻隔作用，不利于风量的及时移动，在风速较大时，会对静止的高层建筑产生振动效果，从而造成一定的动力荷载力，将会对其稳定性造成威胁，甚至有可能会导致主体结构受到破坏，导致玻璃幕墙破裂、装饰物毁坏甚至墙体断裂等工程质量受到影响的危险。

二、高层建筑结构设计应把握的几个要点

1、作为建筑结构设计的专业人员，在进行建筑结构设计过程中，有两个设计元素必须要考虑，即强柱弱梁和强剪弱弯，通常被专业设计人员形象的描述为“抓大放小和分清主次”。这两项元素考虑合理，设计合理，可以有效避免建筑物建筑物受到强大外力时遭到破坏，提高建筑物的稳定性，特别是能保证其核心构件不被破坏，使其建筑物整体稳固，不会倒塌，防止人们的生命财产安全遭到威胁。

2、建筑结构在设计过程中即要考虑建筑物的刚性适度，又要使其柔性适中，只有刚柔共济，才可能保证建筑物质量稳定，防止坍塌或内部整体倾覆现象发生。建筑物的刚性如果太强，则其建筑物承受变形的能力就会下降，当外界发生较大波动，破坏力增大时，建筑物自行调节变形的能力弱，自然会导致大面积坍塌，甚至全部破坏，造成人们生命财产的损失。建筑物设计结构如果太柔，建筑物的稳定性就相对较低，当有外力作用时，建筑物自我调节进行变形，由于柔性太强，这个变形会产生过度现象，过大的变形会导致建筑物整体倾覆。所以说，建筑结构设计过程中，一定要刚度、柔度同时考虑，做到适中、适宜，确保建筑物既能适当变形，又能保证其稳定性。

3、建筑结构设计过程中，要做到多方面考虑，对每一个建筑设计环节都要重视，严格按标准规范要求设计，从建筑物的整体结构出发，设计多道防线，步步设防，从而保证建筑物的整体结构安全。当有外界环境破坏时，建筑物的每一个部位都起到抗击外力的作用，形成一个抗击的整体，使灾难造成的损失降到最低点。

三、高层建筑结构设计问题应对策略分析

1、高度问题。高层建筑物的建筑初期，在进行设计之前就要确定好建筑物的高度，控制建筑的高宽比，以此进行高层建筑结构的设计，这样就可以避免多次对高层建筑结构设计方案的修改，很大程度生节省了人力和物力。减少了建筑初期的成本。

2、平面与立面选择。应该秉承建筑三心合一的原则设计高层建筑结构。施工时，如果无法满足这个要求，结构将会产生扭转的问题，处理起来相当棘手。建筑结构扭转系一种结构设计缺陷，其危害不言而喻。选择立面和平面时需要注意几个问题。首先，平面力求简单、规则、对称。对完全对称高层建筑结构，则要按设计要求调节一些重要节点的比例。切记一点：比例不宜过大过小，出现问题要尽快补救。在竖向布置上，注意刚度均匀、连续，以防结构软弱，刚度突变。在建筑设计中，切莫为了达到审美效果而将剪力墙切断，降低建筑物的刚度，否则将可能产生严重的安全事故。

3、剪力墙所承受的竖向荷载，一般是结构自重和楼面荷载，通过楼面传递到剪力墻。竖向荷载除了在连梁（门窗洞口上的梁）内产生弯矩以外，在墙肢内主要产生轴力。可以按照剪力墙的受荷面积简单计算。对于短肢剪力墙，控制配筋率加强区1.2%，一般部位1.0%。对于小墙肢其受力性能较差，应严格按高规控制其轴压比，宜按框架柱进行截面设计，并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1.2%，一般部位1.0%。而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体，设计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋。剪力墙中的连梁跨度小，截面高度大，在地震作用下弯矩、剪力很大，有时很难进行设计，如果加大连梁高度，配筋值有时反而更大。建筑设计中剪力墙运用具有较好的抗震性能，且结构布置灵活，造价低，经济性好，所以高层建筑较多的使用这种设计形式。

4、高层建筑结构设计扭转问题。水平荷载能使建筑物产生扭转破坏现象。设计建筑结构时，为规避这一现象，必须按“三心合一”的原则对建筑物的结构、平面布局进行周密的布置。水平荷载的质量分布在一定程度上决定了它对高层建筑结构造成的扭转破坏程度。为了确保水平荷载沿楼层平面均匀分布，最大限度规避扭转振动破坏，建议多使用矩形、方形等平面设计。当然，必须兼顾城市道路景观规划。因此，高层建筑不可能全部是方方正正的平面构造，也要根据城市规划和道路景观布局适当采用十字形、T形或L形等复杂建筑形式。但至少要明确一点，就是凸出部分的长度与建筑物宽度的比值不得超限，并且尽量采用对称的平面结构。

5、在抗风结构设计优化中，首先要进行基础设计，选择级配高的砂石，在结构底部使用抗拔锚杆，稳定地基，在高层建筑结构中增加耗能减振系统设计，通过多种元素的综合，使用强粘弹性的阻尼材料，解决好水平力、风荷载造成的荷载叠加问题，对受力高压区进行加固处理，精确计算建筑物的风荷载与承载力。

结束语

高层建筑结构设计属于技术密集型建设项目，它具有一定的复杂性和巨大的挑战性，在建筑设计持续进步的现代社会，必须加强对高层建筑结构设计的研究，将一切影响结构设计的因素纳入考虑范围，控制不良问题出现的概率，打造出高质量、高安全等级的高层建筑。

参考文献：

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