探讨高层建筑结构的设计问题及对策

陈 敏

（湘潭市规划建筑设计院有限责任公司，湖南 湘潭 411100）

现代化建筑的建设，除了对施工质量有着很高的要求外，对建筑使用的安全性和效益也提出了新要求。若想保证建筑的使用性能达标，做好结构设计研究和把控，对设计建设高稳定性和安全性水平的建筑，推动建筑持续化发展，有着重要的意义。

1 高层建筑结构的设计问题

基于过往的设计实践经验，高层建筑结构设计，常见的问题如下：（1） 剪力墙。设置在建筑结构中的剪力墙，发挥着承载水平力以及竖向重力的积极作用。若布局不合理，强度和刚度不达标等，都很容易造成结构破坏，影响着结构性能发挥，当发生地震时无法有效吸收冲击力。（2） 建筑结构超高。现行的高层建筑设计规范，对建筑结构高度做出了明确具体的规定。不过部分企业为了获得更多的经济效益，存在着随意增加高度的行为，使得建筑存在很大的安全隐患。若遇到强风或者地震情况，很容易出现破坏的情况。基于此，开展结构设计时，要严格按照现行的规定和标准，做好高度设计的把控。（3） 嵌固端的设置。一般来说，嵌固端设计常见的问题为位置选择和刚度大小。具体体现为：将嵌固端布置在人防地下室顶板位置，增加了结构整体的安全风险；刚度设计比例不合理，影响着结构的稳定性。

2 高层建筑结构的设计实例分析

2.1 案例概述

以某建筑项目为例，总建筑面积为6.85 万m2。整个建筑设计为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，选择6层位置设置转换层，建筑地下室设计为停车库。建筑抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，按照50年一遇风压设计，即0.85 kN/m2。现结合具体设计进行结构设计分析。

2.2 结构选型和布置

此项目建筑平面比较复杂，保证塔楼体形、平面以及刚度相同，进而减少耦联振动。各塔楼之间设计用喇叭形布置，布置参数如表1所示。设计的连接体转换结构，使用的钢骨混凝土梁，用作连接体的支撑。通过设计计算，整个钢骨混凝土梁的断面最大值是900 mm×3 000 mm，会增加施工作业的难度。出于安全和经济性考虑，建筑主体结构和连接体结构设计，选择刚性连接的方法。连接位置连接主梁，选择各层设置的混凝土梁，梁的尺寸大小设计为500 mm×1 800 mm，进而保证连接位置的刚度达标。

表1 布置参数 /m

因为连体的结构振型比较丰富，同时扭转振型和平动振型采取耦合形式，运用平扭耦联方法，开展结构扭转效应的计算，并且基于双向地震的影响做充分分析，做好相应的把控。因为连接位置很复杂，所以运用弹性楼盖开展计算。除此之外，连体结构的两个塔楼体型很像，所以，选择风荷载数值时，考虑相邻建筑物之间的相互影响，用体形系数和干扰系数相乘，获得的计算结果如表2所示。通过结果分析，建筑自振周期处于合理范围内，能够达到规范要求。除此之外，在地震影响下，楼层最大层间位移也能够达到规范要求。

表2 建筑结构周期和振型（部分数据）

2.3 连接体结构设计

因为塔楼相互连接位置的高度大约为50 m，所以开展连接体结构的设计时，要最大程度上保障连接体结构位置的施工安全。 选择在48 m位置设置1个钢结构， 用作施工平台[1]。因为连接体梁板自身的重量很大，若想确保施工作业的安全和经济效益，选择混凝土浇筑振捣作业方法，进而减少自重范围，用梁承担相应的荷载。为了满足施工方案的基本要求，对连接体进行设计优化，根据施工作业顺序，开展混凝土浇筑内力的计算，选择下层连接体梁板，当作上层连接体的作业平台，用于承受施工荷载，同时开展配筋计算。经过计算，部分梁的配筋通过施工控制，进而达到建设标准。

3 高层建筑结构的设计策略总结

3.1 优选设计方案

从高层建筑设计实践来说，结构设计方案为关键内容，要做好科学性以及合理性的把控，做好剪力墙和嵌固端布置等的优化设计，保证建筑工程建设的质量[2]。结构设计的方案，提出的各类参数必须要能够满足结构实际需求，同时还要达到设计规范以及技术标准。开展结构设计，要考虑到后期施工活动的开展，做好结构设计，为后期施工作业的进行，提供安全保障。除此之外，加大对现场环境的调查，结合结构方案设计的特点，优选设计方案，确保整个方案具有科学性以及可行性。

3.2 运用计算简图

从结构方案设计的角度来说，运用计算简图，能够有效保证设计的质量和准确性，减少设计误差的出现[3]。若产生设计误差，比如配筋误差等，将会引发系列问题，影响着建筑建设的质量和效益。基于此，开展结构设计时，运用计算简图，综合分析各类因素，做好全面的把控。需要注意：要结合实际需求，选择适宜的结构设计计算软件，辅助结构设计作业的开展，保证设计方案参数计算结果的真实性和准确性，提高结构设计工作的质量和效率。

3.3 满足性能需求

从建筑结构设计实践来说，若想获得不错的成效，必须要保证满足各项性能需求。设计时做好以下性能指标的把控：（1） 延展性。结构设计的开展，要做好延展性的把控，进而保证当楼体出现变形和受到地震作用时能够保持安全状态。（2） 结构的水平力。结构设计环节，做好结构水平力的高效。通过分析相同水平面内力学载荷分布特征，把控好结构水平力，进而保障结构设计质量达标。因为水平力因素能够给建筑结构造成很大影响，需要高度重视。（3） 稳定性。开展建筑结构设计时，做好稳定性能的分析，强化对关键环节的控制，比如短肢剪力墙，保证建筑建设的质量[4]。

3.4 把控好抗震设计

高层建筑结构的抗震设计，需全面把控，做好设计要点的把控。具体实践中采取以下措施：（1） 合理设计抗震结构。建筑结构设计是否合理，将会给建筑抗震性能造成直接影响。目前来说，高层建筑建设选用的结构形式，主要包括框筒体系、筒中筒与框架体系、支撑体系。近年来，钢结构被广泛应用，增强了建筑抗震能力。开展抗震设计，要积极采用软性模式，通过消减地震条件下的作用力，保障建筑的安全性。（2） 优选建筑材料。材料的质量水平，影响着建筑的抗震性能。基于抗震设计层面选择建筑材料，要做好整体分析，有效把控建筑物延性，实现材料的优选，保证建筑物整体性能。（3） 合理设计抗震防线。若想增强建筑整体的抗震能力，采取增加抵御路线的方法，增强抵抗力。发生地震时，综合发挥各类防线的积极作用，形成强有力的保护，避免建筑出现大规模倒塌破坏的情况。在进行抗震设计时，选择设置多肢节和框架式结构等，来增强抗震性。一般来说，设计的框架结构，拥有多层次防线，剪力墙作为重要构成部件，发挥着重要的抗震作用。若想实现抗震功能，要控制好数量设置。当剪力墙被破坏后，每个楼层的框架的地震剪力，其超过了结构底部的剪力，进而实现了保护的目的。

3.5 做好超限设计的把控

从建筑结构设计角度来说，现行的各类规范，提出了计算要求以及构造措施，难以有效保证超限结构在地震条件下的安全性以及可靠性，在进行建筑结构设计时，需严格控制。采取以下措施：（1） 做好结构全面计算。使用有限元程序，开展模拟分析和计算。做好地震作用下的建筑结构分析，除了运用振型分解反应谱方法外，还可以进行弹性时程分析，结合使用力学模型，开展对比分析。一般来说，超限结构具有很强的复杂性，对软件性能的要求较高，可使用SAP2000等进行实际分析，获得高质量的计算结果。不过需要注意的是，软件的先进性越高，精准度就越高，由于软件使用者的熟悉程度不高，加之操作复杂，需要消耗很多的分析时间。除了上述方法外，在进行结构抗震设计时，可以运用静力分析法或者动力弹性分析法，分析结构的性能，依据计算结果，开展配筋设计，保证结构整体的性能。（2） 采取相应的措施，增强建筑整体性能，保证建筑的安全性。在进行计算分析之前，要提高设计标准，高于现行的规范标准，同时对结构重要位置进行强化设计。运用软件分析，明确薄弱点，进行优化设计，增强建筑的性能，保证结构设计达到安全性和可靠性目标，推动建筑结构设计工作的高质量落实。

4 结语

综上所述，高层建筑结构的设计，要做好全面的把控，提出高质量的设计方案，保障建筑结构性能达标。设计工作的开展，从多个方面入手，做好结构水平力和稳定性等指标的把控，优化结构设计，为建筑施工提供高质量方案。