高层建筑结构设计浅析

刘立颖 郑艳华

【摘 要】随着高层建筑的兴起和持续发展，在高层建筑基础研究领域，随着城市化程度不断进步，经济的发展，高层建筑越来越多。目前，超高层建筑基础设计在很多方面还不够完善，可谓是理论研究远远落后于工程实践。而针对超高层建筑基础设计工作的需要来看，对一些问题还需要深入的研究。因为城市化的建设对于高层建筑的需求的提高，造成高层建筑数量激增。高层房屋建筑在设计当中要考虑建筑的安全性与经济性因素，笔者通过对高层建筑的建筑设计中存在的常见问题进行分析研究，提出对高层建筑设计问题应对的参考性措施。

【关键词】高层建筑；混凝土

1.高层建筑结构设计中抗震概念设计的重要性

高层建筑设计尤其是在高层建筑抗震设计中，应当非常重视概念设计，这是因为高层建筑结构的复杂性，发生地震时的不确定性，人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性，高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性，材料性能与施工安装时的变异性以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果（尤其是经过实用简化后的计算结果）可能和实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。因此在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标。

2.高层建筑结构设计中存在的问题

2.1现浇混凝土楼板的干缩开裂和支座负钢筋踩踏的问题

（1）楼板开裂的问题。混凝土楼板进行浇筑之后，会在凝固后楼现开裂的现象，尤其是对于一些温差较大的季节和一些混凝土标号高的建筑物比较明显，这种情况多多发生在住宅楼建设的过程中。产生裂缝的原因大多都是由于混凝土配比造成的，裂缝的出现降低了建筑结构的刚度，增大了楼板的挠度，使得整个建筑的结构的安全性和耐久性都出现了明显的降低。出现这种情况的原因就是由于现在建筑物的施工过程中大多的使用的是商品混凝土，混凝土是由预制拌厂直接进行负责的，泵送混凝土的要求就是混凝土的和易性要相对于较好，流动性要求高，混凝土为了达到这种效果就必须要加大混凝土的配合比，使得增大混凝土的水灰比例，从而影混凝土的质量。还有一些是由于商混厂家错误的添加外加剂造成的。

（2）支座负钢筋踩踏的问题。在对楼板的钢筋进行绑扎之后，隐的工程在进行验收之后才能进行混凝土的振捣工作，但是在实际施工的过程中，由于对于已架好的支座负钢筋没有保护，使得施工人员随意踩踏钢筋，造成钢筋倒伏。钢筋的倒伏会造成支座负弯矩没有足够的钢筋来支撑，引起支座板面出现裂缝，加大了挠度，降低了刚度，一般的受力狀态逐渐趋向间支，造成板配筋偏于不安全。

2.2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、裙房和顶部的比例关系。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。

2.3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，施工误差造成的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。

3.提高高层建筑结构设计的措施

3.1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e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。

3.2建筑结构中规范性问题

近年来，国家对于建筑施工与居住的安全性问题越来越重视。也相应地对于高层建筑的施工与设计也作出了更多的要求与规范。其一是加强对高层建筑施工工程中安全隐患的排查与防控工作。其二是颁布了最新的建筑施工规范，明确指出高层建筑结构设计必须采用符合规范的结构建筑方案，在实际的高层建筑结构的设计过程当中，务必遵照新规范的要求进行高层建筑的结构设计，从而避免施工与居住安全隐患的发生。

3.3短肢剪力墙设置问题

在对短肢剪力墙结构布置的过程中，一般情况下必须要具备以下几点：控制短肢墙的位置与数量，符合抗侧力的要求和竖向荷载的要求。尽量的将短肢墙分布好，并且不会存在较大差异的轴心应力。当建筑的结构为剪力墙或框剪结构时，剪力墙主要承受地震水平力，它也是承受竖向荷载的重要构件，所以在基础设计时要沿着剪力墙全墙布桩，桩的中心线要和剪力墙的中心线重合，布置双排桩时，桩的承台要具有足够的刚度，并应作承台的抗弯和冲剪验算。短肢墙和两方向的梁在进行连接的过程中，尽量将墙肢平面内布置连梁，控制连梁的宽度和墙肢的厚度相同。在对墙肢的厚度进行控制的过程中，不适合太厚，间隔墙的表面应该尽量减少凸出，全面保证稳定的进行施工，通常选择300mm、250长度不可太短，厚度要适当增加，以保证其稳定性。

3.4确定整体结构的科学性以及合理。

结构刚度和重力荷载之间的比例成为刚重比。其影响了建筑整体结构的稳定性，同时也是影响了重力二阶级效应的重要参数。一般情况下都会使用增大刚重比的方法来对重力的二阶效应进行考虑。结构的刚重比增大则二阶效应就会减小，二阶效应要控制在20%以内，如果刚度布置不能达到要求，则可能引起结构的失稳导致坍塌。剪重比是抗震设计中非常重要的参数。其反映的是地震过程中速度对建筑物的影响，建筑物越高刚度越小其计算出来的水平地震作用下的剪重比较小。对于长周期的结构，地震动态作用下的地面加速和位移会对结构具有更大的破坏作用，如果剪重比<0.02，结构的刚度可以满足水平位移限制的要求，但却不能达到结构整体稳定的条件，设计人员要在设计过程中综合地考虑刚重比和剪重比的合取值。

4.结束语

建筑工程在进行设计的过程中是一个相对于较为复杂的过程中，需要深厚的理论基础和丰富的实践经验，再加上设计人员严谨的工作态度。在进行设计的过程中，必须要综合考虑居住人员对建筑的要求，还必须要满足建筑的质量、稳定性和安全性等多个方面的需求和要求。这就需要设计人员除了必须要具备一定的专业的素质和技能之外，还必须要有一定的建筑设计的实践经验，除此之外，还必须要对整个建筑设计进行合理的配置，同时熟练的掌握整个建筑工程的设计，这样才能够避免在设计的过程中出现的问题，全面保证建筑工程设计的稳定性和安全性。

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