高层建筑结构设计的问题及对策研究

王琴

【摘要】本文通过分析当前高层建筑结构设计的问题，总结高层建筑结构设计的原则，提出相应的应对策略，以提升高层建筑结构设计质量。

【关键字】高层建筑；结构设计；应对策略；规范标准

我国经济高速发展的同时带来了城市高层建筑的不断涌现，而建筑结构设计作为土建施工的基本内容越来越被人们所重视。同时城市土地资源越来越紧张的压力下，城市的建筑密度不断加大，高层建筑也越来越多，再加上城市的地形限制，这就导致土建施工条件越来越苛刻。建筑结构设计对总体工程造价和工期均有着较大的影响，只有做好建筑结构设计才能促进高层建筑的安全顺利竣工。

一、高层建筑结构设计的问题

（一）扭曲变形问题

根据建筑力学的相关理论可知，高层建筑结构可以认为是底端固定的悬臂梁，相对简支梁结构来说，该结构的稳定性较差，而提高该结构的刚度是解决高层建筑结构稳定性差的最优办法。要提高该结构的刚度就需要保证建筑结构的结构中心、刚度中心、几何中心三者是重合的，这样才能够提高建筑结构的抗弯曲能力。而在实际设计中，是不可能做到三心重合的，在外加载荷的作用下，建筑结构就会产生扭曲变形，在冲击荷载的作用下甚至会产生局部弯曲变形，影响高层建筑的稳定性。

（二）受力性能问题

对于高层建筑来说，随着建筑的高度不断上升，其受力性能在逐渐降低。在设计之前，设计人员要实地勘测当地的地质、水文条件，经过详细准确的推断以及讨论后确定设计方案。在设计方案出来以后，设计人员以及审核人员要认真分析建筑结构的空间特性，采用相应的仿真模拟软件对于建筑结构的受力性能进行模拟分析。

（三）超高问题

随着城市土地资源的紧张程度不断加大，越来越多的超限高的建筑出现。尽管在现有的设计标准以及设计规范中对建筑的高度有着明确的限制，但是受制于很多因素导致具体的施工中问题重重。尤其是对于某些建筑资源匮乏的地区，如北京、上海、广州等大型城市来说，越来越多的人口涌入，传统的中高层建筑已经满足不了人们的需求，因此兴建超高层建筑成为这些地区解决城市建筑资源匮乏的有力手段。

（四）短肢剪力墙设置问题

剪力墙结构有着完整性良好、变形性小、结构刚度大和强度高等特点，在水平力的作用下侧向变形比较小，有着比较明显的抗震效果。高层建筑对于短肢剪力墙的定义为墙肢的截面的高度和厚度比为5-8的剪力墙，短肢剪力墙设置情况较为复杂，必须结合具体的工程设计以及设计经验进行设置。在实际施工中很多剪力墙的墙肢厚度只有0.25m，导致墙肢与支撑梁之间的连接有效宽度不够，再加上各种施工结构的影响，很容易导致支撑梁的强度不足，造成截面抗扭性能不高。

二、高层建筑结构设计的原则

（一）建筑结构模型设计要合理

建筑结构模型是建筑结构设计的基础，如果不能正确选定建筑结构模型，那么就会给高层建筑造成巨大的安全隐患。同时由于高层建筑在施工的时候采取的是分阶段悬臂施工方法，分段多次施工就使得施工的整体可靠性与原来的计算值有着较大的出入。而设计人员通过分析计算每个施工段的应力应变来分析整体施工质量，这种方法计算量较大，而每次的计算跟实际都有出入，根据错误累计原理那么整体可靠性不高。因此为了满足我们的施工质量要求，我们需要利用有相关仿真软件进行仿真计算。通过仿真软件来计算每个施工过程的受力以及变形情况，并且根据仿真计算的结果来监控每个阶段的施工质量。

（二）选择合理的结构设计

对于高层建筑来说，其整体力学特性有以下几点：剪切应力较大，弯曲应力较小；支撑柱强度高于支撑梁的强度；压应力较大，拉应力较小。因此在进行结构设计的时候要总体把握以上几点特性，结合具体的工程实际，对于存在应力危险的部件以及结构进行合理的加强。加强构件连接部位的应力应变分析，充分考虑到构件材料的温度特性以及应力应变特性，坚决不采用可能造成应力危险的材料。

（三）选择合理的高层建筑结构方案

合理的高层建筑结构方案在满足相应的技术条件的同时，也要满足经济性的要求，这就要求高层建筑设计尽可能要简单化设计，在相同的单元结构中尽可能采用同一种设计方案，在能够满足力学要求的前提下，尽可能采用简单的设计方案。如果建筑的施工地区地质活动频繁，地下土质较为疏松，那么应力需要平面和竖向的规则。设计规划方案拟定过程中要注意与其他专业规划的相互协调，不断吸取他人的经验，提高整体规划设计水平。同时在方案确定后，不得随意更改施工方案，需要更改方案的时候应该经过设计方、建设方的审核通过之后才能进行。在建设的时候严把质量关，按照设计要求及相关技术规范要求进行施工，技术人员要不定时进行现场巡查，发现施工问题要及时上报处理。

三、高层建筑结构设计的问题应对策略

（一）限制高层建筑的高度

为了适应新形势下建筑的发展需求，建筑规范在原有的A级高度的基础上增加了B级高度，進一步规范了建筑设计标准。设计人员在方案设计中要严格执行住建部关于高层建筑设计高度的规定，对于不符合高层建筑设计要求的设计方案要及时予以否决。对于牵涉到建筑高度变更的问题时，要组织专家以及技术人员进行探讨。

目前超高建筑的结构多采用框架—剪力墙结构。框架—剪力墙结构既吸收了框架结构平面布置灵活、立面处理易于变化和内部空间较大等特点，还吸收了剪力墙结构刚度大、强度高等优点。在框架—剪力墙结构设置中不仅要满足框架结构设计的基本要求，同时还要系统考虑剪力墙的数量、安放位置。

（二）做好建筑嵌固端设置

依据建设设计经验可知，很多高层建筑在设计时都要配置两层以及两层以上的地下室，而地下室的存在无形中就会降低整体建筑的力学性能，因此需要在地下室设置相应的嵌固端来提高建筑的稳定性。嵌固端可以做在地下室顶端，也可以做在地下室底端。在设计中，技术人员要充分考虑嵌固端带来的影响，将嵌固端的整体刚度与地下室顶板的刚度比例控制在合理的范围之内，控制嵌固端上端的抗冲击能力尽量与下端保持一致，充分协调高层建筑结构抗震缝隙设置，提高建筑嵌固端设置质量。

（三）标准高层建筑的规则

规则性是高层建筑设计的基本原则之一，依据建筑经验可知，越是规则的建筑其力学性能越高。在高层建筑的新的建筑规范中明确规定高层建筑不允许采用严重不对称的设计方案，其对于地下结构嵌固端上层和下层的刚度比、建筑基准的平面度、建筑的施工工序等影响建筑结构规则性的因素都做了相应的规定。所以为了避免施工后期的图纸变动，前期必须标准高层建筑的规则。

结语：随着高层建筑不断发展，人们对于高层建筑结构设计的质量要求也越来越高。为了全面提升高层建筑的建设质量，因此在建筑结构设计中要根据施工的具体情况，针对建筑工程中存在的问题，提出科学的应对策略，从而促进高层建筑结构的科学发展。

参考文献

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