浅析高层建筑结构设计中存在的问题及其措施

陈土亮

摘要：随着我国城市化进程的不断加快，我国的建筑行业得到飞速发展，人们对于高层建筑的质量要求也越来越高，其结构设计直接决定着高层建筑质量，所以结构设计在建筑工程中显得尤为重要。本文主要分析了高层建筑结构设计中存在的问题及其措施，以供参考。

关键词：高层建筑；结构设计；设计特点；问题；措施

引言：高层建筑满足了人们生活和工作的需求，也是城市化进程以及社会进步的重要標志。然而，当前高层建筑的结构设计中还存在着很多问题，对高层建筑科学化设计、安全化设计、经济化设计造成了较大的影响。因此，对高层建筑结构设计进行研究和分析是非常有必要的。

一、高层建筑结构设计特点

1、水平荷载是决定因素

对于低层建筑结构来说，其水平荷载作用和位移很小，对结构影响也很小，使得竖向荷载是低层建筑结构设计的决定因素。然而，对于高层建筑来说，水平荷载是高层建筑结构设计的决定性因素，而且竖向荷载对高层建筑结构的影响也大。总之，在高层建筑结构设计中，水平荷载会对高层建筑结构产生倾覆力矩，随着建筑的楼层增加，水平荷载也会增大，对高层建筑的影响也越大。因而，在进行高层建筑结构设计时，一定要增强高层建筑结构的承载力和抗震能力，确保高层建筑结构的安全使用性能。

2、结构延性是高层建筑结构设计的重要指标

高层建筑结构的延性是指建筑结构和构件在其承载力不发生变化的情况下所保持着塑性变形能力的一种特性，而这种特性可以用结构延性来表示。对于高层建筑结构构件中的受弯构件来说，随着水平荷载的加重，不仅会使得受拉区的混凝土结构出现裂缝，导致结构出现非弹性变形，而且会使得受拉钢筋发生变形，进而会容易破坏受压区混凝土结构，从而破坏高层建筑的受弯构件。在这个过程中破坏受弯构件的重要原因是结构变形的大小，因而，提升结构的延性是高层建筑结构设计的重要指标。

二、高层建筑结构设计中存在的问题

1、高层建筑结构设计不合理

在目前一些高层建筑结构设计中，过分地追求美观度和个性化，从而忽略了其设计的科学性和合理性。同时高层建筑的结构设计是多种多样的，包括框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、筒体结构体系等。但是在选择过程中容易存在一定的不合理性。另外在高层建筑的整体结构设计中，要注重考虑水平载荷中的风荷载以及地震作用，做好抗震设防，以能够提高建筑安全性，但是在实际建筑结构设计中，还存在对这些问题不注重或考虑不全面的问题，从而导致高层建筑存在一定的安全隐患。

2、楼层平面刚度的问题

当前的高层建筑结构设计中的一个常见问题便是楼层平面刚度的问题。一些高层建筑结构设计人员缺乏必要的结构观念或者在布置建筑结构时，没有采取必要的措施，而采用的是楼板变形计算程序。程序变成在数学力学模型上尽管是成立的，甚至是准确无误的，但无法确保计算结果的准确，其程序计算也就不再具有意义了。

3、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，其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裂缝出现，更严重的会出现变形或者结构受力构件裂缝等问题，严重危及了高层建筑结构的正常使用和耐久性。

三、高层建筑结构设计的解决措施

1、基础设计

（1）确保荷载能够可靠传递。要求建筑结构的基础达到规定的强度与刚度标准，确保高层建筑的上部结构在基础顶面上产生的竖向的、水平向的荷载以及力矩，能够向基土或者桩顶进行可靠传递。

（2）做好变形协调以防发生不均匀沉降。要求结构基础位于上部结构和地基土中间位置，要求其平面分布和刚度大小要能够满足符合变形协调要求，防止不均匀沉降发生，降低整体或者局部挠曲现象。在多层建筑和高层建筑里，如果条形基础无法达到上部结构的地基承载能力以及变形标准，可以用筏型基础进行取代。

（3）进行内力分析时，对于基础结构、上部结构与地基土之间的共同作用要综合考虑。针对构造、配筋等共同作用的结果则完全有必要进行认真考虑。如一处大面积整体筏型基础上同时建有多层、高层建筑，则计算机筒体下筏板的厚度与配筋时，就要根据共同作用基础变形情况以及基底反力来判断得出。高层建筑带裙房时，其主楼下筏板的挠度值要求在0.5‰以上，并且主楼和相邻裙房柱之间的差异沉降要求在1‰以内，各裙房柱之间的差异沉降要求在2‰以内。

2、平面和立面的选择

（1）在结构设计的过程中，尽可能的把结构的刚度、几何恶化结构中心设计在一个点上，如果不能达到这个要求，那么就会影响后期的施工，最主要的还是扭转问题。扭转问题是指由于水平荷载力的因素，结构发生振动扭转效用，可能会对结构产生危害。

（2）在对平面和立面选择的时候，平面应该避免复杂、尽可能的做到对称、规则和简单。相关的数据结果显示出来，结构如果不对称，则可能影响其稳定性，在结构的凹凸拐角处，可能产生比较大的损害。

（3）对于完全对称的高层建筑结构，同样需要注意凸起部分的比例问题，比例一定要符合设计的要求，不能够太大，也不能够太小。在发生问题时，可允许采取一定的补救措施。而在竖向布置方面，刚度应当连续而且均匀，不能出现结构上的软弱刚度突变的情况。

3、剪力墙设计

（1）剪力墙布置。通过剪力墙平面布置要求符合均匀、对称、分散在周边的要求。其中分散要求指剪力墙的片数不能过少，且剪力墙的片数刚度不可过大，连续尺寸不可过长，增加抗侧力构件的数量，达到分散的目的，要求各片剪力墙对应的弯曲刚度要合理，以防止其承担过大的内力，运用时即使个别墙发生局部破坏现象，也不至于对整体抗侧力性能产生影响，同时避免个别剪力墙受力过于集中而发生破坏的现象，给基础处理工作带来难度，并且同时也要考虑剪力墙距离远近、楼面刚度大小。周边要求指对建筑物的抵抗扭转能力充分考虑，确保刚度中心能够与平面中心相结合；剪力墙周边对称布置能够有效提高抵抗扭转能力。

（2）剪力墙数量。针对剪力墙数量应根据许可位移来确定，根据高层建筑规范里的普通装修材料要求框架剪力墙结构顶点位移和高度比Δu/H控制在1/800以内，精装修时Δu/H控制在1/850以内为宜，在此条件下对剪力墙数量进行增减。通过判断剪力墙数量合理的办法是采取结构自振周期校核的方法，根据地震作用情况来看，当剪力墙的结构刚度较小时，相对的地震作用也较小，容易满足位移限制要求。

四、结束语

高层建筑的结构设计作为一项综合性很强的技术，对整个建筑的设计有着十分重要的作用。因此，设计人员应该充分了解高层建筑的结构设计特点，熟悉并遵循其设计原则，善于发现问题，及时提出解决措施，有效地规避风险，不断地进行创新和突破。只有这样，我国的建筑行业才会稳步发展，才会有利于我国社会主义的发展。

参考文献

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