高层建筑结构设计存在的问题及解决对策探讨

陈火涛 陈钰璐 李艳兰 陈湧填 罗森

【摘要】：随着社会的发展和科技的进步，高层建筑在我国迅速发展，建筑高度不断增加，建筑类型与功能越来越复杂，本文介绍了高层建筑结构特征，分析了高层建筑结构设计的原则，阐述了高层建筑结构体系的选型问题，并重点分析了高层建筑结构设计中存在的问题及对策。

【关键词】：高层建筑，结构设计，问题，对策。

随着城市化快速发展，城市用地紧张问题凸显，高层建筑应用而生。高层建筑的产生节省了土地空间，而且大大缩短了市政公用设施，市政管网的开发周期，减少市政投资，所以高层建筑越来越受到城市的欢迎。但现阶段存在的问题是高层建筑技术在我国尚未发展得足够成熟，无论在建筑技术层面还是设计层面仍然有许多问题尚待更完善的解决方式。

1 高层建筑的结构设计原则

1.1 合理的高层结构基础设计。

高层建筑结构设计首先要有较为详细的地质勘查报告作为设计参考，按照高层建筑的地质条件进行基础设计的选择，对高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况进行综合分析，考虑相邻的建筑物对基础的影响以及施工条件的制约等各个因素，选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基承载力满足要求，必要时还需进行地基的变形验算。

1.2 确定合理计算简图。

高层建筑结构设计的计算是在计算简图的基础上进行的，如果计算简图不合理，容易导致结构不合理并进而导致安全问题，因此合理的计算简图的选择是保证结构设计安全性的前提。

1.3结构方案的合理选择。

高层建筑结构体需兼顾经济性与安全性，确保结构体系受力明确，传力简单，对于出于地震区的建筑平面布局和竖向应尽量避免不规则，与建筑，水电，暖通等专业相互协调，选择合理的结构方案。

1.4确定合理计算工具。

现阶段，计算机技术在结构设计中得到广泛应用，结构设计软件大大缩短了设计人员的设计周期，提高了工作效率，但市场上存在着形形色色的设计软件，这就要求设计人员全面了解设计软件的使用范围和条件，选择符合工况的软件进行计算，同时又不能完全依赖于设计软件，应对软件计算结果进行校核，确保结果的准确性。

1.5 确定合理的构造措施。

结构设计应满足"强剪弱弯，强柱弱梁，强压弱拉"的原则，考虑对薄弱部位进行加强，确保钢筋合理的锚固长度，使结构具有一定的延性。[1]

2 高层建筑结构设计中的问题

高层建筑结构设计中难点主要包括以下几个方面：高层建筑高宽比例确定；与建筑稳定性密切相关的建筑的平面、体型、立面的质量和刚度之间的匀称性等，在众多结构设计要点中，建筑的扭转，风荷载，抗震，防火是应当主要解决的问题。[2]

2.1建筑的扭转问题

结构设计中建筑三心"结构中心，几何中心，刚度中心"应尽量集中于一点，如果建筑三心没有合一则容易产生扭转问题，在风荷载等水平力作用下使高层结构受扭破坏。

2.2 高层结构的抗风问题

高层建筑具有楼层多，高度高的特点，相比非高层建筑其建筑表面更易改变风的流动性和空气的动力效应，对高层建筑柔软部分产生振动，其中的动力振动对高层建筑的装饰结构，支撑结构，墙体等都有较大影响，因此结构设计时必须考虑风荷载的作用。

2.3高层结构的抗震设计问题

高层建筑的抗震设计是结构设计的难点，每个地区有不同的抗震设防烈度和地质状况因而计算出的数据并不是适用于每个地区，进行结构抗震设计时需考虑很多的变化因素，对设计人员要求较高。

2.4 消防设计

按照目前规范的规定，高层建筑必须要有合理，科学的消防设计。高层建筑标高高居住人员多疏散难度大，建筑材料具有易燃性，火势容易蔓延，排烟系统的设计是目前消防设计的主要难点。

3 高层建筑结构设计中问题的解决对策

3.1 合理的平面布局

高层建筑的扭转问题是由于"建筑三心"未合一导致建筑的质量分布不均匀而产生。因此在设计中因优先采用像矩形，正多边形，圆形等较为简单规则的平面布置，尽量不采用L型，T型，十字形等复杂的平面形式，下规范的要求下尽量使结构具有对称性。

3.2合理的抗風荷载结构设计方案

1）高层结构的基础优化。可以在基础设计过程中采用级配高级的砂石，基础持力层加设抗拔锚杆

2）高层建筑内部耗能结构的设计，可利用耗能构件对剪力墙、楼板等非承重构件进行耗能设计，吸收风能以减少风能对建筑物的影响。

3）减小水平荷载和风荷载的叠加对建筑的影响。建筑在风力作用下产生的结构内力与水平方向的结构内力相叠加进而形成更大的水平作用力，对建筑物有较大不利影响。所以要控制水平力对建筑的影响程度，建议采用高性能混凝土进行施工，以减少结构内力的出现。

4）偏安全地增大结构的承载力和抗风力。根据相关数据进行高层建筑结构承载力验算和抗风力验算，并对承载力及抗风力乘以相应的放大系数，使设计值偏保守安全。

3.3优化结构的抗震方案

对于高层建筑抗震结构的设计，如今仍存在较多的问题以及难点，笔者结合相关设计经验总结了集中抗震结构的优化方案。

1）在地震中，高层建筑的地基容易遭到破坏，在抗震结构的设计中，可增加桩基埋置深度，增加桩基和上部结构的联动性，提高基础的抗震能力。[3]

2）设计高性能剪力墙，高性能剪力墙在地震过程中吸收更多的能力，对结构内力有更大的消散作用，可以增加墙体和楼板的刚度来限制建筑的位移，达到抗震的目的。

3）合理布置抗侧力构件，以提高结构的连续性以及稳定性。在设计时，为降低水平方向的对称在地震中的破坏程度，可以通过改变抗侧力构件的位置，形成水平方向上的应力分布系统，同时加强竖直方向上的抗侧力结构构件性能，形成一套合理的应力分布体系。

4）简化高层结构构件，增强结构的整体性，联系性并使结构具有一定的延性对于增强建筑的抗震能力起到一定的积极作用。在设计中可以对扶壁、筒口、筒脚等进行简单化处理，达到相应建筑物的对称。

3.4 优化高层结构消防设计方案

高层建筑的结构消防设计需考虑的因素较多，应严格按照规范的要求设计，必须对防火间距进行严格控制，可根据实际情况适当加大处理。材料上优先选用耐火材料，减少易燃材料的使用并对易燃材料进行处理减小易燃性。设计科学合理的疏散系统，高层建筑层数多，人员多，疏散呈垂直状态，疏散效率不高，可通过设置双通道并采用设置防烟区，耐火区，避难层等措施，在建筑中设置隔离结构防止火势蔓延，提高建筑物的整体消防能力。

4结束语

目前高层建筑在我国大中城市如雨后春笋般拔地而起，很多高层建筑项目纷纷上马。毫无疑问高层建筑将会在我国得到广泛的发展。本文讨论了高层建筑的结构设计原则，并重点分析了高层建筑结构设计中的问题及解决方案，可以为高层结构设计提供参考和依据。

参考文献

[1]徐勤.某高层金融建筑结构设计及新技术应用[J].合肥工业大学学报（自然科学版）， 2002， 1209-1213.

[2]徐 彪，秦艳华. 某高层建筑塔楼结构设计分析[J].辽宁建材， 2008 .

[3]张志强.钢筋混凝土高层结构设计常见问题分析[J].城市建筑， 2013，