房屋建筑结构设计中的问题与对策解析

张赛男

北方工程设计研究院有限公司

【摘 要】高层建筑物的设计必须考虑到安全、经济、适用、美观的建筑方针，要在保障人们安全的情况下使建筑物能够满足人们的日常工作和生活的需要，对于一些突发的灾害，比如地震和台风等要有一定的抵御作用。文章主要对高层建筑结构设计中的一些问题进行分析，并给出一定的对策探讨，以期能应用于实践。

【关键词】高层；建筑；结构；设计；问题

随着城市的人口越来越多，人们对住房需求量也越来越大。而在城市规划中用来建造房屋的土地却是十分有限的，这个时候采用高层建筑，使人口集中，利用建筑内部横向和竖向的交通缩短各个单元之间的联系距离，大幅度减小建筑用地面积，并带来明显的经济效益。对高层建筑而言，结构的优化设计是一个重要环节，结构的安全性是设计的重中之重。

一、高层建筑结构的特征

高层建筑的结构设计要考虑到水平力和竖向力两个方向的作用。水平力主要指的水平地震力和水平风力，而竖向力主要指的是建筑自重和使用荷载。高层建筑要格外注意结构抗震能力。随着建筑高度增加，建筑所受的地震作用和风力作用也有所增强，结构位移也会加大。若不能控制好高层建筑设计的指标，不仅在其中活动的人会感觉不适，还会造成结构构件受损，影响建筑的正常使用。

二、高层建筑结构设计的原则

（一）选择合理的设计方案

设计之前，结构专业与建筑专业应密切配合，重视结构选型和平面、立面的布置，择优选用抗震及抗风性能好且经济合理的结构体系，使建筑不仅要安全适用，也经济美观。在抗震设计时，应保证结构的整体抗震性能，使整体结构具有必要的承载能力、刚度和延性。

（二）选择精密的计算工具

当前，对高层建筑结构的设计已经不仅仅依靠人工，快速发展的科技水平也对设计有一定的帮助，可以选择在高层建筑结构设计中以计算机程序为帮助，这无疑是结构设计现代化的一项重要进步。但是计算机的程序是固定的，有时可能无法对一个十分具体的问题给出针对的方案，因此工程师在利用软件分析之余，还要进行人工的校对，找出最优的解决办法。

（三）建筑前期合理计算

計算是高层建筑结构设计中必不可少的环节，如果在计算中出现了差错，会对后期的工作造成很大的影响，例如增大工作量，造成返工，延误工期。若不能及时发现，还会对建筑这造成一定的安全隐患。因此，一定要对建筑采用合理的计算简图，这是原则之一。

三、高层建筑结构设计的问题

（一）高度问题

为了预防可能出现的地震等灾害，建筑物的高度是一个重要、突出的问题，必须纳入需要重点考虑的范围之内。一定高度的建筑需要有完善的结构设计和施工体系来保障建筑安全施工和后期使用。

（二）结构体系不够合理

结构设计的重点在高层建筑本身、结构体系以及建筑材料。借鉴发达地区的经验，他们在地震多发地区使用钢结构。而我国大多数使用混合结构和钢筋混凝土结构。考虑到钢筋混凝土结构自重大，在结构设计的时候就要严格控制结构的侧移的和扭转，可以考虑采用加大核心筒、外筒刚度或是加设加强层的措施来减小结构的侧移。

四、对高层建筑结构设计的建议

（一）灵活使用多种结构形式

建筑的规模不断扩大、建筑的外型越来越多样化，是当下高层建筑发展的主要特点。在这种形式下，以往在设计中使用的单一形式的结构设计就不能满足高层建筑的结构布置和受力，例如框架、剪力墙及筒体结构。所以在设计时，一般需要将多种结构形式融合在一起； 同时使用多种，或以一种形式为主并且辅以其他的结构形式，来使得高层建筑能满足预期的使用和受力功能。例如，珠江新城西塔在设置了内筒和外筒之外，还使用支撑框架进行补充； 天津津塔在基本的钢管混凝土柱的基础上补充钢板来形成钢板剪力墙，还加设了伸臂桁架和腰桁架。

（二）加强对抗侧力结构的灵活运用

高层建筑的受力特点决定了其结构对于抗侧能力的高要求。随着科技发展，抗侧力结构形式也越来越灵活。广州新城西塔的外筒就辅有钢管混凝土斜交组成的网格筒体。一般筒中筒结构，外筒侧向变形以剪切型为主，内筒侧向变形以弯曲型为主，内外筒通过楼板协同工作抵抗水平作用，其外筒提供的刚度相对较小。广州新城西塔以斜交形成的巨型网格筒体（ 外筒） ，主要借助的是构件之间的轴力，而钢管混凝土构件受力合理，可承载巨大轴力，使结构获得更大的侧向刚度，使得整栋建筑具有很好的抗侧能力。另外，天津津塔中使用的各种桁架也是抗侧能力较好的一种结构，且明显地优于框架。在设计桁架时，尽量加大杆件尺寸，提高刚度，这样可以使抗侧能力进一步提升。

（三）巧妙提高高层建筑的结构稳定性

短肢剪力墙是指各肢横截面高度与厚度之比的最大值大于4 但不大于8 的剪力墙，这在普通的建筑中常常被利用，但是在高层建筑中却不一定适用，有可能对建筑的稳定性造成一定的隐患。所以在高层建筑的设计过程中，要尽量避免短肢剪力墙的使用。

（四） 使用不同材料组合而成的结构构件

在结构形式不断变化的过程中，结构构件材料形式也有一定的发展。较为常见的为钢管混凝土，由于其抗压能力较强，一般用于受压构件设计。随着各种新造型的高层建筑的出现，钢管混凝土经常被应用于其中。钢板剪力墙也是一种比较新的构件形式。这种构件形式在津塔的设计中被充分运用，主要承担水平的剪力而不承担重力负荷。具有重量轻、占用空间少、抗剪能力优异的优点，但在应用中要配合节点的设计来解决不承担重力负荷的缺陷。此外还可以设计使用各种组合而成的构件，例如压型钢板与混凝土结合、钢梁与混凝土楼板结合。在常见的钢筋混凝土结构中也可以使用钢板来对钢筋进行替换以改善受力比较复杂的部位不便布置钢筋的问题。

五、结束语

高层建筑是现代都市建筑中必不可少的部分，要使它有效地发挥最大的价值，离不开工程师们合理的设计和精密的计算。这也是对高水平设计人才的迫切需求。具体问题具体分析是解决问题的最好办法，可以通过对结构构件的新组合和对结构形式的灵活运用，来将时尚前卫的设计图纸变为真正的建筑物。本文就高层建筑的发展和其中的问题提出了一些观点和建议。因篇幅有限不便详细描述，只期待我国高层建筑设计的发展能更上一层楼。

参考文献：

[1]孙凯.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].价值工程，2011（ 25） ： 88 - 89.

[2]张秀丽.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].中国建材科技，2014（ S2） ： 62.

[3]王玉虎.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].中国高新技术企业，2015（ 25） ： 90 - 91.

[4]赵华琪.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].江西建材，2015（ 17） ： 18，24.

[5]钱冬江.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].中国新技术新产品，2016（ 22） ：139 - 140.