高层建筑结构设计的问题及解决措施

2021-08-30韩轶多

建材与装饰 2021年25期

韩轶多

（太原市建筑设计研究院，山西太原 030002）

0 引言

随着建设不断加快，耕地面积不断减少，在当前的城市建筑结构类型中，高层建筑已经成为主流，占据着绝大多数的比例。在高层建筑结构的设计工作中存在着很多的问题，如果不加以重视，这些问题就会影响到建筑结构的设计质量，并最终影响建筑结构的建设质量。因此这些问题必须在设计阶段妥善解决，采取有针对性的措施来保障高层建筑结构的施工质量。想要做好高层建筑结构的设计工作，就需要对图纸进行认真分析，了解设计的要点，理会设计的意图，并结合建筑物的设计特点，对结构的变形点进行分析，对结构进行静力分析。只有不断加强技术经验的积累，掌握相关的技巧，才能够为解决更多高层建筑结构中存在的问题打下坚实的基础，如图1所示。

图1 城市化

1 高层建筑物的设计

从整体上来讲，高层建筑的设计包含结构变形、荷载以及结构设计假定几个方面，需要从不同的角度进行分析。

1.1 荷载因素

在高层建筑物设计中，需要调整建筑物自身进行控制与自重调整，因此会影响竖向结构中的弯矩和轴力，这些因素与建筑物的高度成正比。在设计中实际应当综合考虑建筑物与地基的控制互相调节，再从地震作用、结构动力和风荷载等荷载角度对建筑进行控制，这样才能真正将荷载与实际相对应，在贯彻与实施中找到水平荷载的提升因素。

1.2 结构的变形

建筑的自重会对竖向构件形成荷载，然后对不同方位的应力环节都造成压缩的情况。不同的受力点受力情况与力度均不同，因此产生的压缩变形也不同。建筑竖向结构中的钢筋由于受到不同方向的压力也会结合地基的相关受力情况造成一定的楼体、楼面结构的变形。如果建筑存在施工缝，或者有裙楼，那么接缝的部位也可能在不同外力的作用下，产生不均匀沉降的现象。在这些外力因素的作用下，如果还存在水平荷载的作用，还会使结构的定点与高层建筑的总高度之间产生不协调的影响，发生位移。在设计图纸上，只有将内部结构和相关的外力都呈现出来，才能够更好地控制侧向位移的发生。

1.3 建筑结构的假定

在结构的抗侧力构件的作用下，建筑物形成一个完整的空间结构。对这个空间结构进行三维分析是比较困难的，因为图纸与实际情况有一定的差距，因此在对框架结构、剪力墙等结构的相关控制与研究中可以对结构进行基本假定，也就是弹性假定、小变形假定和刚性楼板假定。弹性假定就是把垂直的荷载与实际工作数据进行比较，提出弥补出现裂缝的弹塑性办法，并对内力与高层建筑位移的关系进行调控，提高建筑物的抗震防风能力。小变形假定指的是将图纸上的几何非线性表现出来，看顶点位移与建筑高度之间的关系，体现对比数据并进行调整。刚性楼板时将楼板的硬性指标呈现出来，使结构位移与相应的楼板承载能力进行结合，利用楼板的固定性，使设计与实际相结合，保证结构的安全稳固提升。

2 常见的高层建筑设计中的问题

2.1 高层结构中砌体挑梁开裂

不同的高层建筑采用的结构形式也不同，对于一些靠街道的旅馆或者办公楼、餐厅，需要较大的空间，因此结构类型通常都是底框架剪力墙结构，这种结构形式的建筑上部多采用砌体结构进行修剪，底层采用的钢筋混凝土框架结构。这种类型的建筑能够将空间划分为很多个小空间，这些空间的经济价值较大。不过实际使用中，一些高层建筑结构的设计人员为了追求立面效果，在对内部空间进行划分时过度划分，导致外部的挑墙悬挂在挑梁上，造成挑梁压力过大，尤其是底层的挑梁，在压力作用下出现裂缝，影响整个建筑结构的稳定性与质量。

2.2 楼板计算变形

一些高层建筑在结构设计过程中，缺乏相关的结构设计理论与布置，在结构设计中采用楼板变形的方式进行计算，这种计算在力学模型中无法有效计算楼板的变形数据，结果也不准确，因此无法有效保证结构计算的准确性，使高层建筑结构设计存在安全隐患，从而严重影响结构质量，降低建筑物的使用功能。

2.3 纵向框梁的设计

高层建筑的高度较高，且规模也较大，因此抗震设计的要求非常严格。通常在设计中为了提高建筑物的抗震性能，需要从两个主轴方向入手分别进行计算，这两个主轴代表的是框架的横向和纵向结构，在结构设计中都有着非常重要的作用。当前很多设计人员都对纵向框架的设计不够重视，只是对横向框架进行链接和设计，忽视纵向框架的连接和设计，这样设计好的结构无法保证框架结构的稳定性。还有一些设计人员对于框架结构的地震纵向力考虑不全面，因此忽略对纵向框架的合理设计与加固，框架中没有支座负筋对框架进行支撑，没有纵向钢筋配置，因此无法在地震发生的时候对结构进行保护。

3 高层建筑结构设计中出现问题的对策

当前的高层建筑是新兴的工程，也是城市建设的发展主题。根据楼层的高度来划分，定义出高层建筑，因国家而异。在高层建筑中出现的问题层出不穷，针对当前存在的问题也有一定的解决措施。

3.1 平面与立面的形式选择

在高层建筑结构的设计中，需要保证建筑物的三心汇聚一点，因此，选择平面以及立面的形式显得尤为重要。要想提高建筑物的抗震能力，需要做好软件的计算工作，还需要考虑结构体系以及布置和构造，除了需要考虑结构的安全，还需要综合考虑建筑结构的美观、结构是否合理以及便于施工等因素。

3.2 梁体设计增加负筋

在梁体的设计中增加负筋，一般应当先增加箍筋。主梁的箍筋在次梁截面的范围如果不能够增加箍筋或者短缺箍筋，就需要再次梁的两侧进行补充，比如楼板洞口的附加钢筋。在规范中有一定的定义，就是在梁体下部或者梁的截面高度范围内存在集中荷载，应当由附加横向钢筋进行承担。梁体下部集中力还应当在增加附加筋，但是高度范围的集中荷载应当根据情况而定，如图2所示。