高层建筑结构设计问题探究

杨光耀 郑红波

【摘 要】随着城市化进程的加快，各式各样的高楼大厦迅速崛起，高层建筑越来越多，广泛的出现在人们的生产和生活中。高层建筑结构设计在高层建筑建设中发挥着重要的作用，它直接影响建筑物的建设以及后期维护。在进行高层建筑结构设计时，要选用科学、合理的设计方法，最大限度满足人们对房屋建筑居住舒适度的功能要求。此外，高层建筑结构设计还要能充分确保建筑物的质量安全，满足当地抗震、抗风的基本要求，为人们的生活、工作、学习提供安全保障。研究高层建筑结构设计中的若干问题及对策具有非常重要的意义。

【关键词】高层建筑；结构设计；问题；对策

引言

高层建筑的出现，一方面是为了缓解城市的用地紧张的情况，提高土地的综合利用率，使城市规划逐渐合理化和科学化；另一方面原因是高层建筑本身具有美学方面的重要意义，是一个城市现代发展的名片，可以作为城市重要的地标建筑。高层建筑作为一个复杂而又庞大的综合系统，其结构设计是否合理影响着高层建筑的安全和性能，所以高层建筑的结构设计有三个方面的基本要求：不但要满足抗震、抗风的安全性要求，而且要满足结构合理、构造科学的专业性要求，还要满足建设成本合理的经济性要求。

一、设计建筑结构合理性所遵守的原则

1、保证建筑结构基础设计方案的合理性

一般而言，高层建筑的地质条件是选择高层建筑结构基础方案的参考依据，这就要求高层建筑结构设计必须具备相应的地质勘查报告。高层建筑结构设计基础方案通常应确保最大化发挥地基的潜力，所以在设计时应该对高层建筑的结构类型、施工条件、荷载分布情况、与邻近既有建筑物的关联性等因素进行综合考虑，从而提出合理并且高效的高层建筑结构基础方案。

2、保证建筑结构设计方案的合理性

高层建筑结构方案是否合理是根据高层建筑结构设计方案与结构体系和要求方式是否保持一致来判定的，在满足建筑结构需要的同时还要能够满足经济性的需求，对于结构体系的要求则是传力要简单化，受力明确化。结构单元相同的高层建筑物，其结构体系也应该是相同的。

二、高层建筑设计常见问题分析

1、高层建筑结构设计中的高度问题

有些建筑企业在进行高层建筑的施工时常常一味地追求企业利润的最大化，经常会随意地在设计高度基础上增加建筑的高度，盲目地将经济利益作为高层建筑施工的目标，最终会使建成的高层建筑高度不符合相关规定。同时，建筑高度的加大，势必使建筑结构所承受的垂向负荷增加，使其大于地基所能承受的最大负荷，建筑物便会出现抗风性弱、无法抵御恶劣天气及地震灾害等诸多问题，这会严重影响建筑物使用者的安全。所以，国家有关审查机构必须对高层建筑的高度进行严格的审查，并在抗震及建筑高度方面制定严格的规定，针对随意加大建筑高度的行为制定严厉的处罚措施，以遏制这种现象的产生。

2、高层建筑的基础设计相关问题

高层建筑的地基设计既是高层建筑结构设计的前提性工作，也是建筑设计师非常重视的一个问题。地基设计的重要性不言而喻，地基设计的质量直接影响着基础的类型选择和工程的造价。基础的设计工作包含了基础的类型设计和对地基的处理工作。地基类型的选择要考虑到上部结构的荷载、地基的承受荷载的能力以及工程的整体造价等因素，其中比较重要的是上部建筑荷载的准确计算和结构选型。另外在地基的设计和相关计算中一定要遵守国家规范和地方性规范，因为就全国来说，各地的地质条件差别很大，国家规范没有办法作出统一全面的规定，所以在地基的设计工作中要注意遵守地方性的设计规范的问题。

3、高层建筑结构设计中的剪力墙设置问题高层建筑中的剪力墙的数量要求和位置的设置问题也是高层建筑结构设计的重要因素之一。第一，在现行的建筑规范中，具体描述了短肢剪力墙的定义问题，短肢剪力墙是指截面的高度和厚度的比在5-8的墙体，在具体的建筑应用中，短肢剪力墙的使用受到诸多限制，结构设计中应尽量少使用这种墙体结构，避免后续的设计上的诸多问题。第二，剪力墙的位置设置除了在建筑的两端以外，在建筑的纵向中轴线还应该增加剪力墙结构，并调整剪力墙中心的位置，合理设置厚度以及截面，使建筑的结果位移保持在合理的范围之内。

4、高层建筑结构设计中的剪力墙设置问题

高层建筑中的剪力墙的数量要求和位置的设置问题也是高层建筑结构设计的重要因素之一。第一，在现行的建筑规范中，具体描述了短肢剪力墙的定义问题，短肢剪力墙是指截面的高度和厚度的比在5-8的墻体，在具体的建筑应用中，短肢剪力墙的使用受到诸多限制，结构设计中应尽量少使用这种墙体结构，避免后续的设计上的诸多问题。第二，剪力墙的位置设置除了在建筑的两端以外，在建筑的纵向中轴线还应该增加剪力墙结构，并调整剪力墙中心的位置，合理设置厚度以及截面，使建筑的结果位移保持在合理的范围之内。

5、抗震设计问题

抗震设计规范明确规定了抗震设计目标，并针对不同地区、不同重要性的建筑对抗震设防进行了合理分类。因此，在进行高层建筑结构设计时，必须要使结构能够满足延性要求。同时，在抗震设防中应当遵循多道设防原则。当第一道防线的抗侧力构件在遭遇地震被破坏后，要能够有第二道，甚至是第三道防线立即接替，使建筑物不至于倒塌。当高层建筑物在遭受地震后，重力荷载是导致建筑倒塌的直接原因。因此在进行高层建筑结构设计时，必须优先选择轻质高强的原材料。在满足强度和结构变形要求的前提下，综合考虑经济性因素，尽可能选用质量较轻的材料。高层建筑结构设计师要能够与时俱进，积极应用成熟、可靠的现代化技术和新产品，不断提高自身设计水平，为建设优质工程贡献自己的一份力量，为企业争取良好的经济利益。

6、高层建筑结构设计中的扭转问题

建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式，当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。

7、高层建筑防火安全问题

现今我国高层建筑的高度日益加大，万一出现火灾事故，则会影响相当大的区域，甚至危害整体建筑，带来严重的经济损失，还可能影响工作人员的安全，因此解决好高层建筑建设中的防火问题也是极其重要的。

（1）增强高层建筑墙体防火材料的耐火性及阻燃性。建设高层建筑墙体所使用的材料只有一定耐火性及阻燃性，这样才能使高层建筑整体有较好的抗火性能，并使其具有抗火分期的作用，将火灾带来的恶劣影响降到最低。

（2）要保证整个建筑的通畅性、安全性。建设高层建筑时必须设置数量合理的人流量楼梯，这样可以在火灾发生、电梯故障时，楼梯内的工作人员能够迅速地从救生步梯中逃生。此外，楼道中还要安装一定数量的照明设备和逃生指示图，这样能避免逃生过程中发生踩踏等意外，保证所有人员都能安全撤离。

结束语

结构设计是现代房屋建筑设计中的核心内容，是确保建筑物整体结构稳定性及安全性的关键，设计师在结构设计时应注意一些常见设计通病，确保结构设计的科学性、合理性、经济性、安全性，避免后期出现设计变更或者其他质量安全问题，从而提高房屋建筑建设的效益。

参考文献

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