高层建筑结构设计的问题与相关方法

朱洪义

【摘要】改革开放以来，我国社会经济发展迅猛，人民生活水平也随之有了大幅度的提高。而城市化进程的不断加快，使城市人口急剧增多，这就要求我们建设大量的高层建筑来更好的满足人们的需求。但高层建筑的建设难度相对较大，笔者对高层建筑的设计、施工工艺展开了深入的论述。

【关键词】高层建筑施工；结构设计；问题；处理方案

现今，我国社会经济、文化、科技等都有了飞速的发展进步，建筑行业也在这一过程中取得了长足发展，建筑的样式越来越丰富多样，结构也更加繁复。而城市化进程的快速发展，城市人口的不断增多，要求建筑工程的容积率必须不断增大，因此城市建设过程中出现了越来越多的高层建筑。可是，高层建筑的设计施工难度是比较大的，因此必须科学、认真、严谨的开展结构设计工作，并不断的提高高层建筑结构设计的水平。而要想达成这一目标，就必须先对高层建筑的结构特征有一个深入的了解，然后掌握结构设计的原则，并以此为依据来确定高层建筑结构设计的关键点，最后针对结构设计中的各种问题制定应对方案。

1 高层建筑的特征以及影响因素

1.1 最主要的影响是水平荷载

高层建筑的层数都是很多的，并且要受到水平荷载以及竖直荷载影响，不过前者的影响更大。实际开展结构设计工作时，建筑本身和楼面荷载在竖向构件中所产生的轴力以及弯矩数值和建筑高度的一次方是成正比的。高层建筑的高度一般都是固定的，因此它的竖直荷载一般都为定值，可是建筑工程的水平荷载却会因建筑的稳定性以及外界动力的影响而产生变动，这便会对建筑的侧移产生影响。所以，水平荷载占据着非常重要的地位，在设计过程中一定要将水平荷载的控制作为一项重要工作。

1.2 自然环境以因素的影响

高层建筑要受到本身的高度以及荷载的影响，一旦受到外界自然力的影响，则极易被损毁。风力作用的大小和高层建筑的高度一般是成正比的，因此建筑的高度越大，且稳定性可能就会越差，所以，进行结构设计工作时必须关注风力的作用。除此之外，地震的影响也是很大的，高层建筑的结构是十分复杂的，如果受力不够均匀，则无法有效的降低地震的作用力，会使结构的安全性下降，而高层建筑的荷载大并且高度大，内部结构十分繁复，一旦发生地震，则无法及时的疏散楼内的人员。

2 高层建筑结构设计工作中的关键点

2.1 保证抗风结构设计的科学、合理性

上文的论述中我们已经知道，由于高层建筑的高度太大，因此使其极易受到风振作用的不良影响。并且由于高层建筑的层数太高，可能会对高空中的风产生阻碍，使风的自然对流状态受到影响，进而使风在周边建筑物的流动效应以及空气动力效应有所改变，所以，高层建筑通常都会受到动力荷载的作用，并且风压和楼层的高度往往是成正比的，这便会使其危险系数大大增加，甚至还会使高层结构受到破坏，产生非常恶劣的影响。

2.2 要重视抗震设计

中国的大部分区域都位于地震带之上，因此，在进行高层建筑的结构设计工作时一定要做好抗震设防工作。要想很好的保证建筑的抗震性能，除了要考虑到竖直荷载的影响之外，还要考虑到风荷的作用。做好上述工作才可以有效的保证高层建筑的抗震性，防止坍塌问题的发生，更好的保障人民的生命财产安全。

2.3 保证高层建筑结构消防设计的高质量

高层建筑的结构特点和功能决定了其结构的复杂性，而且高层建筑的功能各异，建筑材料也多样化，其中的很多材料都具有可燃性。另外，高层中空气的对流作用强，风力作用大，一旦火灾发生，很容易造成火势蔓延，另外，复杂的内部结构也不利于人员的疏散工作。

3 进行高层建筑结构设计时应遵循的原则

3.1 保证基础方案的科学可行性

进行高层建筑的施工设计工作前，必须要对建筑施工现场周围的地质地貌状况有一个深入的了解，在此基础上设立的建设方案才是真正高效、可行的。还要熟练了解高层建筑项目的结构类型、荷载分布，并对建筑工程的施工条件进行深入、细致的分析，以确定最适宜的施工方式。

3.2 科学的确定计算简图

我们都知道，高层建筑本身的结构是非常复杂的，这便会使得施工期间常常会发生突发状况。所以，在进行高层建筑结构的设计工作时一定要将计算简图作为主要的依据，这样才能很好的保证设计方案的科学、高效、科学、安全性，因此，一定要根据施工的实际状况确定最适宜的计算简图。

3.3 合理地选择计算工具

随着科学技术的发展，计算机技术越来越多的应用到高层建筑的结构设计中，并且得到了很好的应用，因此作为一项计算机辅助运算工具，操作者一定要熟练的掌握计算机的运行操作技术，并会熟练的使用计算机的各种功能，这样才可以确保计算的准确度，并且能够使运算的效率大大提升。

4 进行高层建筑结构设计工作时要重视的问题及问题解决方式

4.1 结构的扭曲问题

结构中心、刚度中心、几何中心是建筑结构设计中的建筑三心，建筑三心合一是结构设计过程中的重要目标。可是，实际开展建筑结构设计工作时，经常会产生三心扭曲的问题，再加之长时间的水平荷载影响，会使建筑结构产生扭曲震动的问题，建筑的安全系数及使用舒适性也会因此而降低。此外，水平荷载的影响又会使高层建筑出现扭转的问题，而问题的严重程度又和建筑的质量分布有关。因此，为有效避免扭转作用，就必须将建筑平面设计成方形、圆形或者是正多边形，这样还能更好地保证建筑的美观性。若建筑使用了比较复杂的平面样式，则应当保证其结构是对称的，保证三心合一，以增强其稳定性。

4.2 短肢剪力墙的设置问题

墙肢的截面的高度和厚度必须要按照以往施工情况以及结合实际经验进行高层建筑短肢剪力墙设置。因此墙的厚度必须保持在一定范围内，并在墙与梁的连接处进行钢筋、短柱的加固。尽量减少间隔墙表的凹凸不平情况，部分的剪力墙可以根据厚度与较长的墙或者异形柱连接。

4.3 科学进行高层建筑工程地下室的结构设计工作

现今，几乎所有的高层建筑都会设置地下室，而地下室的混凝土外墙极易受到外侧压力的作用，使地下室的外墙需要承受永久性荷载。所以，在计算侧面压力时，一定要和荷载分项系数相乘。

4.4 提高消防机构的设计水平

（ 1） 保证防火间距的科学性、防火间距是以建筑外墙突出可燃物件的边缘作为起点进行计算的，鉴于高层建筑的结构是十分复杂的，所以，在确定防火间距时，一定要确保其有较高的灵活性。

（ 2） 安全疏散的结构功能设计。高层建筑的疏散路线成垂直状态，但是火灾时电梯会停止使用，并且在火灾发生时烟雾会阻塞通道，因此在设计的过程中应当着重注意疏散通道的设计，设置防烟区等。

5 结 语

综合本文论述，社会经济的不断发展进步、人口的增加促进了高层建筑的发展，高层建筑的数量不断增多的同时，规模也在不断的增大。而高层建筑的设计施工中，最重要的一点就是结构设计工作。高层建筑的建设是非常复杂的，它的安全性以及稳定性要受到诸多因素的影响和制约，主要的影响因素就是水平荷载、地震以及风力的作用。此外，进行结构设计工作时必须要做好三心合一工作，这样才能避免结构扭曲以及侧移问题的发生。在进行高层建筑地下室的结构设计工作时，一定要将消防系统的设计作为重中之重，并且要保证短肢剪力墻结构的科学性。

参考文献

[1]赵东晓. 高层建筑结构设计的问题与对策研究[J]. 商品混凝土，2012（ 09） ： 132 - 133.

[2]王义文，冯兴传. 高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J]. 城市地理，2014（ 12） ： 90.

[3]王允. 浅析高层建筑结构设计的相关问题[J]. 中华民居（ 下旬刊） ，2013（ 12） ： 57，60.

[4]廖勇. 高层建筑结构设计相关问题探讨[J]. 科技致富向导，2012（ 15） ： 386.