高层建筑结构设计中存在的基本问题及对策简析

【摘要】随着社会经济水平的发展、社会生活方式的改变、以及建筑科学技术的进步提高，建筑结构不断发生着变化，建筑物的高度也逐渐攀升，特别是随着城市化进程速度加快，催生出更多的高层建筑，高层建筑设计和施工受到更广泛的关注。因为高层建筑的特殊性，高層建筑的设计和施工举足轻重，是整个高层建筑建设中的重要部分，对建筑、施工、维修、加固等产生深远的影响。本文以高层建筑结构设计为主要旨意，探讨高层建筑结构的特点，高层建筑结构设计原则，高层建筑结构设计中存在的问题及对策，引发从业者对这一问题的进一步思考，能在实践中起到指导作用。

【关键词】高层建筑 结构设计 问题及对策

1. 引言

伴随社会的发展和科学技术的提高，建筑结构不断发生着变化，建筑物的高度也变得越来越高，特别是跟随城市化进程速度加快，高层建筑逐渐增多，但由于高层建筑自身的复杂性 和独特性，故其结构设计具有更大的难度，所以必须对高层建筑的结构设计进行优化。首先应该理解高层建筑设计特点，其次吃透高层建筑设计的原则，进而探讨解决高层建筑设计中存在的问题和解决的办法。

2. 高层建筑结构的特点

高层建筑与多层建筑存在着很大差异，其承受竖向与水平双重荷载作用，竖向荷载主要由高度控制，而水平荷载大小则由当地自然环境（风荷载）及地理条件（场地类别、抗震设防烈度）等决定。多层建筑高度低且自轻，所受水平荷载通常较小，甚至可以忽略；而高层建筑高且自重大，所受地震力及风荷载比多层建筑要大很多。目前，高层建筑越来越高，空间可视性的高要求导致结构越来越柔，这就要求结构设计工作者必须竭尽全力地将位移/变形控制在规范要求范围之内。由此可见，抗侧力构件的设计是高层和超高层结构设计的关键，从规范条文对侧向刚度比、受剪承载力比、抗侧力构件的连续性等要求上也看出抗侧力构建的重要性。

3. 高层建筑结构设计基本要求

（1）合理地选择计算简图和假定

在结构设计过程中，应选择符合客观实际的计算简图，如果计算简图选择不当，将会对房屋结构的安全埋下隐患，且经济性不佳。所以科学合理的构造方法和结构节点设计的精细化可缩小设计和实际的差别，进而实现计算简图合理性。结构设计软件的应用使结构设计的效率得到了极大地提高，但其中有软件的假定需要设计人员根据实际情况进行确定。如：PKPM软件中刚性楼板假定、中梁刚度放大系数等等。

（2）合理地选择设计基础。

在设计的基础上，需要根据高层建筑的地质条件进行合理的选型。综合分析高层建筑的结构形式和荷载分布，综合考虑施工条件及相邻建筑的影响。应该指出的是，选择的基础上的程序是需要使基础的潜力得到最大的发挥。如：桩基础设计中，负摩阻力系数的取值大小。

（3）合理地选择结构形式和竖向构件布置方案。

合理的结构方案必须满足高层建筑设计规范要求，并采用合理的结构布置、最简单的受力模式是经济性最佳的结构设计方案。在选择合理的结构方案时，还需要对地质条件、地方标准、施工技术、建筑材料等进行综合分析，才能得出造价最低，结构形式最合理的方案。

4. 高层建筑结构设计存在的问题与应对措施

（1）地基与基础的问题

高层建筑地基与基础对设计要求较高。有的建筑地基与基础的设计没有全面考虑荷载作用分布，例如筏板基础设计中，对主楼和裙楼范围内的基础没有较好地考虑到荷载的偏心或筏板的埋深问题。对于有地下室的高层建筑要考虑到地下室的局部填土、抗浮措施、人防设置、消防水池、消防车道等等的影响。对筏板基础的梁板进行配筋的时候，可扣除底板上梁的自重荷载作用，当四角和四边地基的反力太大时，要对配筋进行加强处理。若采用桩基础，需考虑土的沉降对桩身产生负摩阻力的影响，随着时间流逝，负摩阻力逐渐变小，故可采用桩身涂抹特殊材料来降低负摩阻力对承载力的影响，从而可以达到良好的经济性。

（2）高层建筑的扭转

规范中的高层建筑的扭转位移有严格的要求，而扭转的发生主要是因为结构的“三心”未重合（“三心”即刚度中心、结构重心、几何形心），导致水平荷载作用下主体结构产生扭转、振动，故在确定建筑方案时，需优化平面布置，尽量达到“三心”合一 。

（3）建筑抗震

建筑抗震对建筑物的使用性能和使用寿命有着重要的作用，而它又是设计中比较困难一部分。因此在设计过程中，力求是结构中所有的构件具有较高的延性。第一步，选择可接受的塑形变形体系；第二步，通过人为增大各部件的抗剪能力；第三步，通过相应的构造措施，保证可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑形耗能能力。

5. 结束语

高层结构设计是一项技术性很强工作。随着建筑业的蓬勃发展，对建筑造型和功能的需求也越来越高，所以对结构设计提出了更高的要求。

本文以高层建筑结构设计为中心主题，探讨高层建筑结构的特点，高层建筑结构设计基本原则，高层结构设计中存在的复杂问题希望能引起更多人的进一步关注，能在实践中起到指导作用。

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