高层建筑结构设计的问题与对策研究

文/蔡勇 昆明市建筑设计研究院集团有限公司 云南昆明 650000杨德初 云南世纪阳光建筑设计有限公司 云南昆明 650000

高层建筑结构设计的问题与对策研究

文/蔡勇 昆明市建筑设计研究院集团有限公司 云南昆明 650000杨德初 云南世纪阳光建筑设计有限公司 云南昆明 650000

我国在近几年的发展建设中，建筑行业的变化最为明显，不仅是在外形上发生了重大的变化，在内部结构上也得到了进一步的改善，这其中最突出的变化要数高层建筑甚至超高层建筑的不断涌现，但是需要注意的是，随着建筑造型结构的愈发复杂，对于结构设计的要求就更加严格了，如果仅仅停留在最初的设计阶段而不向前发展，那么我国建筑的整体水平就无法得到显著的提高。

高层建筑；结构设计；问题；对策

1、高层建筑结构设计概述

1.1主要原则

首先，制定科学的基础方案。在高层建筑中，地质条件是其结构设计的决定性因素。要提高基础方案的科学性，需要设计人员准确把握其荷载的分布情况和结构类型，对影响其施工的各种因素进行和综合分析。其次，明确计算简图。在高层建筑的结构设计中，计算简图必须包含结构的计算设计。如果计算简图存在问题，就容易导致安全隐患。因此，为了确保高层建筑结构设计的安全性，必须重视这一原则。最后，选择合适的计算工具。随着信息化技术的不断发展，计算机技术在建筑结构设计中被广泛运用，在高层建筑的结构设计中发挥了巨大的作用。

1.2基本要点

在设计高层建筑结构时，需要注意控制以下几点:第一，遭遇暴风和地震力时，高层建筑的水平侧向力；第二，对高层建筑的长度、宽度和高度比例进行严格控制；第三，确保高层建筑的整体不存在薄弱环节，保持其平面、体型、立面质量和刚度的对称性和匀称性；第四，对地震、风力、温度变化和沉降导致的形变进行合理控制。在上述设计要点中，抗风、抗震结构、消防设计和扭转问题需要特别注意。

2、高层建筑结构设计中出现的问题

现如今，我国高层建筑越来越多，设计人员在设计高层建筑结构中依然存在很多的问题，设计人员要及时总结这些问题，吸取经验教训，找到最合理的设计方案，保证建筑的安全使用。下面我们就来具体说下高层建筑结构设计中出现的问题都有哪些：

2.1设备不合理的问题

在高层建筑结构设计和施工中，设备是非常重要的一部分，是设计和施工的基本保障。然而，从目前我国高层建筑结构设计来看，采用的施工设备非常的不合理，与现场施工环境很不相称，设备比较落后、老旧，这在很大程度上给建筑施工带来了诸多不便，严重影响了施工的进度。

2.2楼层平面刚度的计算问题

在我国高层建筑结构设计中，一部分设计人员的整体设计观念比较落后，没有充分考虑现场实际情况，有的甚至为了节省经费，采用楼板变形的计算程序，给建筑埋下了很大的安全隐患。在楼板变形的计算程序中，经常会发生计算不准确等问题，最终使得设计出来的数据与实际存在很大的误差，根据这样错误的数据来设计建筑，可想而知肯定会影响建筑的质量和安全。

2.3纵向框架的问题

在目前我国建筑结构的抗震设计中，通常情况下，使用两个主轴的方向来计算水平地震的作用力。同时，在对整体框架进行结构设计的时候，纵向框架的力和横向框架的力两者的重要性是相同的。但是，从目前我国高层建筑结构设计中来看，大部分的设计人员都忽视了地震的纵向作用，从而使得结构设计存在很大的缺陷，严重影响了高层建筑的质量。

3、对于高层建筑结构设计出现问题的对策

3.1高层建筑结构计算简图的选择

在对高层建筑进行结构设计的时候首先要进行结构计算，而结构计算一般需要选择一种计算简图，在选择的计算简图上进行高层建筑结构设计的计算。如果在一开始的时候就选择了不合理的简图，那么在高层建筑结构设计的时候就容易出现结构不合理的问题。因此，如果能在一开始就选择了一个合理的高层建筑结构计算简图，那么对于高层建筑结构设计会是一个重要的保障，同样的，合适的构造方法应该和相应的计算简图的方法匹配。重要的是，在实际高层建筑结构设计中，计算简图的结构节点不应只是钢节点或者铰节点，需要保证计算简图的误差在相应规范的规定范围内。

3.2平面及立面的选择

在进行高层建筑结构设计中，“三心合一”是一个重要的概念。“三心合一”指的是高层建筑整体的几何形心、刚度中心、结构重心尽可能地在空间中交汇于一个点。如果不能在高层建筑结构设计中做到“三心合一”，那么整个高层建筑的结构设计就会出现扭转问题。扭转问题会在风载等水平载荷的作用下对高层建筑的相应结构造成严重危害，继而影响到整个高层建筑的结构设计。为了防止扭转问题对于整个结构的危害，设计人员在设计时应该尽可能的使高层建筑整体达到“三心合一”的状态，要选择合理的结构形式和平面布局。因此，在选择平面和立面形式的时候，对高层建筑的平面要选择比较简单的形式，便于设计人员在进行计算和设计的时候条理清晰、不易混淆。大量的资料表明，对称结构更稳定，更容易在地震中保持安全，因此，选高层建筑的平面形式时要多选结构简单、线条规则、更加对称的平面形式。

3.3剪力墙的优化

在其它建筑中，原来框架结构中起承受水平和竖直两个方向的力的构件是梁柱，而在高层建筑中取代梁柱来承受水平和竖直两个方向的力的是剪力墙体系结构。剪力墙体系结构是一种混凝土材质的土墙结构，不仅可以直接承受水平和竖直的力，对于其它结构的水平载荷也可以起到调节作用。因此，不断优化剪力墙的结构对于整个高层建筑结构设计的进度和安全性都有着巨大的影响。在进行剪力墙结构体系优化的时候，需要注意剪力墙设计中的连梁的设计是很重要的一部分。高层建筑设计人员可以把连梁之间的各个墙体连接起来而形成联肢墙。这种设计可以使得墙肢的约束条件增加，从而使墙体的各个部分都得到了更多的内力，十分有效的提高高层建筑的抗震能力。但是这种做法的缺点在于对于投资商来说造成了不必要的浪费，然而对于整个高层建筑结构的安全性来说绝对是利大于弊的。

3.4优化抗震结构的设计方案

首先，对抗侧力构件进行合理安排。设计高层建筑结构时，如果能确保水平方向中的对称性，就可以有效预防并控制地震对其造成的破坏。通过调整抗侧力构件的位置，能够促进应力分布系统在水平方向上的形成。假如能够同时增强测力构件在垂直方向上的性能，可以形成一套比较良好的应力分布系统，提高建筑结构的稳定性和连续性，增强其抗震性能。其次，加强地基的抗震性能。一旦发生地震，高层建筑结构的地基最容易遭到破坏。为了预防这一问题，可以在地基的基础施工中增加桩基的埋深深度，增强它和上部结构的联动性。再次，提高剪力墙的性能。采取这一措施的主要目的是为了增强剪力墙在地震中吸收建筑内力的功效的功能，这样就可以通过墙体和楼板刚度的增强来对建筑的移位进行控制，满足抗震需求。最后，实现高层建筑结构构件的一体化设计。通过对扶壁、筒口、筒脚的简单化设置，达到相应建筑物的对称。另外，可以将相应的柱子、楼板进行一体化设计，有效加强整体结构的连续性和刚度，增强建筑物的抗震能力。

结语：

高层建筑的结构设计是一项设计难度大、技术要求高、设计工作繁琐的工作。从事高层建筑结构设计的设计人员应综合考虑实际施工和相关技术要求，不断提高专业素质，保证结构设计的科学合理性，提高对结构设计质量安全问题的辨识能力，多分析不同案例，从不同工程中吸收经验，从而判别出问题所在及选用最优的处理方案。

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