高层建筑结构设计问题及对策

罗广坚

[摘要]本文列举了一些高层建筑结构的特点，从中分析高层结构设计与普通结构设计的异同，讨论了高层建筑结构体系的选型问题，列举了高层建筑结构设计常遇的问题及对策。

[关键词]高层建筑；结构设计；问题；探讨

文章编号：2095-4085（2016）04-0051-02

高层建筑作为一个既复杂又庞大的系统，其结构设计已引起越来越多的重视。在高层建筑结构的设计过程中，既要满足抗震、抗风等方面的安全要求，又应注重高层结构的科学合理性。

1.高层建筑的结构设计特点

1.1竖向荷载与水平荷载

由于高层建筑特性的约束，使其与普通建筑有着一定程度的异同，在荷载方面，所有建筑都需承受竖向荷载和水平荷载，与普通建筑不同的是，随着高度的增加，外界的风荷载及水平地震作用所产生的水平荷载对高层建筑的影响就越大。以风荷载为例，高层建筑所承受的风压也是多层建筑所不能比拟的，随着建筑高度的不断增加，其所承受风压越大，过大的侧移不仅损坏建筑的结构和非结构构件，还会对使用者的舒适性产生一定影响。此外，高层建筑在承受水平作用时，若建筑刚度偏小，侧移过大，还需考虑由重力引起的二阶效应，因此，在高层结构设计中，控制好建筑的侧移，做好结构的抗侧力设计至关重要。

1.2高层建筑结构的选型

高层建筑结构的方案多种多样，如剪力墙结构、框剪结构、钢结构等。对于高度较低的高层结构甚至可以选用框架结构，因此合理的结构设计方案对工程来说十分重要。例如基础的选型，建筑基础是建筑结构最重要的组成部分之一，基础的安全可靠关系到建筑物的安全。对于高层建筑而言，墙柱底内力较大，在基础的设计上，其要求整体性更好，可以承受建筑的质量以及适量的变形，因此在基础的选型上，既要满足建筑物的安全性又要兼顾建筑物的成本控制。因此，在高层建筑设计中，需充分考虑工程的周边地理环境、施工的技术条件等因素，综合考虑各专业的互相协调，且选择多个方案进行比选，以此选择出最优的结构方案和基础方案。

1.3对结构的计算结果进行准确分析

计算机在建筑结构的设计中也得到了广泛应用，运用计算机进行建模以及计算已经成为常态，但问题也随之出现，设计软件种类不同，其产生的结果也有不同程度的差异，这就要求设计人员对计算结果准确度的判定提出更高的要求。机算前期参数的准确度会直接影响到计算结果，部分参数即使在同一系统中也不一定全都适用，准确把握参数的设定，是对设计人员的基础要求之一。此外，建筑结构同时也受到各种不同实际情况的约束，与机算结果不能完全吻合，因此在机算设计的同时，也需设计人员结合计算结果和实际情况，对结构设计进行相应处理，以求达到既安全又经济的目的。

1.4高层建筑结构的构造措施

“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉”原则是保证结构安全的重要原则之一。在实际设计中，机算只能起到一个整体的设计功能，难以保证面面俱到，因此需要设计人员对部分结构或构件进行一定构造措施的考虑。在设计过程中，要充分考虑上述原则，对薄弱位置进行处理，在满足安全要求的前提下，不能随意增加配筋或加大截面，导致经济上的浪费，在提高结构构件的延性上，必须计算好钢筋的锚固长度，且考虑好温度变化对钢筋应力的影响。在前期的结构设计完成后，需要对结构进行验证，保证设计的抗震性。

2.高层建筑结构的问题及探讨

2.1结构的规则性问题

在新版高层建筑结构规范中，对高层建筑结构的规则性作出了很多限制，譬如：结构刚度比、位移比、侧向刚度比等。除此之外，规范还要求高层建筑不得采用严重不规则方案。在控制建筑结构的规则性需要从多方面人手，除了上述建筑方案的重视，还需合理的结构布置，对薄弱部位进行加强处理等，以达到竖向、平面、扭转的规则。

2.2高层建筑的嵌固端问题

高层建筑多配有两层及两层以上的地下室，高层建筑一般将嵌固端设置于地下室顶板，但这需要设计人员对嵌固端的判定，综合考虑嵌固端上下层的刚度比，且要保证嵌固端上层及下层相关范围的抗震等级一致，同时还需考虑嵌固端的楼板设计，综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝的设置和协调。

2.3剪力墙的设计问题

在有关剪力墙的设计中，要充分考虑剪力墙对结构体系的影响，剪力墙作为承受水平及竖向作用的构件，需保证其有良好的刚度；在结构布置上，剪力墙的间距不应过大，也不应过密，因为剪力墙的布置过大，会导致建筑的刚度较低，侧移较大，无法保证其竖向承载力及抗侧力要求，若剪力墙布置过密，会导致建筑物刚度较大，地震发生吸收地震力也随之增加，需增加配筋等措施，不利于工程的经济性。剪力墙宜双向布置，如此才能适应不同方向的地震作用，因此应合理布置剪力墙，以满足使用和刚度的要求，保证既安全又经济。

2.4连梁的设计问题

随着剪力墙的广泛使用，连梁设计的问题也随之增加，连梁一般具有跨度小、截面大，且与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。在地震作用时，连梁承受的剪力相当大，容易出现超筋破坏，处理连梁超筋的措施有多种，如减小连梁截面高度或减小连梁刚度、对连梁进行调幅处理、对独立墙肢进行二次多遇地震作用下的内力分析等。在实际设计过程中，除了满足计算外，也需重视连梁的构造措施，适当加强连梁及相关墙肢的配筋，能够对建筑结构的安全性起到重要作用。

3.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。