高层建筑结构设计的问题及对策探讨

徐荣华

摘 要：高层建筑是目前城市建筑的主要类型，在高层建筑结构设计中，往往存在很多的问题，这些问题的的存在就会严重影响到高层建筑的建设质量，针对这些结构设计问题，要采取有效的措施进行解决，才能够有效的保障高层建筑建设的质量。为了做好高层建筑的结构设计工作，就需要了解其设计的要点，比如抗震设计的多道防线、不同结构形式的变形、结构静力分析、建筑的设计特点等。利用技术经验，融入相应技巧性的知识，为将来更好的解决各项不良的问题打下良好的基础。本文主要对高层建筑结构设计的问题及对策进行研究探讨。

关键词：高层建筑；结构设计；问题；对策

1 高层建筑结构的特点

高层建筑相对于一般的建筑而言，主要的特点就是其整体的建筑高度较高。而这一特点将会带来一系列建筑结构方面的问题。建筑的构建是由水平和竖向构建组成，高层建筑中的主要水平构件包括了梁、板，竖向构建主要包括了墙、柱、斜撑等。竖向荷载作用在楼盖、屋盖上，由楼板传至梁，再传至墙、柱、斜撑等，最后传递到基础。水平荷载由梁、柱、斜撑、墙组成的抗侧力体系抵抗，最后传至基础。高层建筑会受到水平和垂直荷载两个方向的作用，水平作用力一般是由于外界的风或者地震荷载所产生，而垂直荷载则一般是指建筑本身的重力，以及分布于各楼层的人员及设备的荷载。一般而言，在低层建筑中，其所受到的水平作用力较小，因此所带来的影响也较小。而随着建筑高度的增高，受到的水平风荷载及地震力影响将越来越大，因此会产生较大的水平侧向位移，而这无疑会对人们的居住舒适度和建筑的安全性造成较大的影响。因此，在进行高层建筑的设计时，应尤其注意对其水平荷载作用的控制，通过抗侧力结构构件合理布置减少侧向位移，保证高层建筑的经济性和稳定性。

2 高层建筑结构设计问题分析

2.1 带转换层的高层建筑抗震问题

高层建筑也具有多种类型，各种不同的高层建筑所采用的结构类型也会有所不同。一般来说，沿街的旅馆或者是办公楼、CBD高层等一些具有大空间的房屋建筑，所采用的结构类型多为带转换层框架剪力墙结构，拥有这种结构的房屋，上层部分采用的是剪力墙结构，而底层则采用的钢筋混凝土框架-剪力墙结构，在该类型的建筑房屋中，上部结构会划分出多个小空间，并且底部的大空间具有一定的经济价值。然而，一些高层建筑设计者在对这类房屋结构进行设计的过程中，往往会因为甲方过分的追求底部空间，而对建筑底部的竖向构件进行过分的削减，本来这样的结构会使得竖向传力路线不连续，尤其是底层的转换梁，承担上部所有的水平力、竖向力，然后再传给两端转换柱。而过分削减竖向构件，且不注重加强转换梁转换柱的话，在地震及风荷载的作用下，就会出现严重的结构安全问题，从而影响到高层建筑的整体稳定性和质量。

2.2 竖向体型收进、悬挑结构的问题

很多的时候，一些竖向体型收进、悬挑结构的高层建筑，结构侧向刚度沿竖向发生剧烈变化，往往在变化的部位造成应力集中和变形集中，产生结构的薄弱部位。竖向体型收进、悬挑结构在体型突变的部位，楼板承担着很大的面内应力，如果忽视对这些部位楼板的加强，就会使得上部结构的地震作用无法可靠的传递到下部结构，从而这些高层建筑在结构设计中存在严重的安全隐患问题。再如大底盘多塔楼结构，塔楼在地盘上不突然收进就已经造成结构竖向刚度和抗力的突变，如果大底盘上各塔楼层数不同、质量和刚度不同，分布不均匀等其他因素导致平面、竖向布置更加不均匀，则会加剧结构的扭转振动反应，更加不利于结构的抗震。

2.3 忽视了剪力墙平面布置的均匀性

由于高层建筑自身的高度较高，而且施工的规模也较大，其抗震设计的要求也较为严格。为了使得其抗震设计水平得到提高，就需要从两个主轴方向入手，针对两个主轴进行分别计算，应避免仅单向有墙的结构布置方式，并且宜使两个方向抗侧力刚度接近，在高层建筑结构设计中都具有重要的作用。然而，很多的设计人员会忽视剪力墙平面布置的均匀性，布置不对称、不周边化，从而不能是结构不能充分发挥剪力墙结构抗侧力刚度和承载能力，造成很大程度上的浪费或者结构的不合理，在地震发生的时候，无法从纵向对高层建筑的整体结构形成保护，造成结构的严重破坏。另外，短肢剪力墙应均匀布置，避免将短肢剪力墙集中布置在一处，否则也容易造成结构刚度不均匀而严重破坏，或者使结构产生过大的扭转导致结构破坏。

3 加强高层建筑结构设计的有效对策

3.1 合理选择计算简图及结构方案

在进行高层建筑结构设计计算时，要在计算简图基础上进行计算，所以在计算简图选择时必须合理选择，若计算简图不合理，极容易造成结构参数不准，影响正常施工，甚至导致事故的发生，合理选择计算简图是保障高层建筑结构安全设计的前提条件。在构建方法选择时应采用与计算简图相对的方法，设计构件结构节点时，要保障计算简图误差在规定范围内。另一方面，在选择结构方案时不仅要考虑外观造型，更要考虑方案经济性和可行性，方案必须满足结构形式和结构体系要求。尤其对荷载以及受力性能考虑时，必须遵循传力简单、受力明确均匀原则，避免受力过于集中影响建筑整体结构刚度。

3.2 合理设计抗风、抗震结构

为使高层建筑抗风结构设计满足结构稳定性要求，在高层建筑抗风结构设计中应做好以下优化设计工作：（1）基础优化。高层建筑基础牢固，上部结构才能牢固可靠。为此，高层建筑基础设计中要合理确定混凝土级配，最好使用级配高的砂石，控制好大体积混凝土施工方案，增加基础持力层的承载力（比如换填、合理采用复合地基等），必要时设置桩基础，提高建筑基础结构的稳定性。（2）适当增加高层建筑耗能构件。增加高层建筑结构中的承重构件，如剪力墙、柱等并且合理布置，一定程度上可抵消风荷载及地震荷载对建筑结构稳定性产生不利的影响，使结构稳定。（3）尽可能减少地震力的水平荷载和风力叠加对高层建筑结构稳定性产生的不利影响。在地震力力作用下，高层建筑可能出现水平方向的结构内力，与风的水平荷载尤其是较高处的风振作用叠加后，对高层建筑结构稳定性产生更严重的破坏。为此，高层建筑结构应使用合理的结构形式：框剪结构、剪力墙结构、筒体结构等，尽量减少地震、风等水平荷载作用导致的位移。

3.3 加强抗震设计

抗震问题，在高层建筑结构设计中的地位是不可小觑的。高层建筑本身的高度，使得其建筑要求较高，要优化设计建筑结构的构件位置，使得结构压力均匀分给每个构件，不会出现承压不均而导致地震时的严重破坏。对于非结构构件也要考虑其材料的安全性能。高层建筑的地震结构设计，最重要的是对地基的选择与设计，地基是建筑的根本，一旦发生破坏，上部结构将无所依靠。因此在进行结构设计时，必须重视地基的设计，适当考虑其上部结构传来地震作用，确保上部结构的重心盡量与基础的形心接近，设计出既节省材料又安全可靠的地基。

4 结束语

在高层建筑结构设计过程中，需要严格按照相关的规范要求进行，而且要加强实地考察，多方面的对结构进行深入分析，编制多个设计方案，通过对各个方案的比较来选择最适宜的设计方案，及时对设计过程中存在的问题进行解决，确保整体设计的科学性和合理性，使建筑物的质量能够得到有效的保障。

参考文献：

[1] 张杰，崔伟平.探究高层建筑结构设计的问题及解决措施[J].河南科技，2013（1）：173.