高层民用建筑结构设计的探讨

史福清

前言

随着国民经济的发展和城市化进程的加快，城市人口密度增加，土地资源紧张，高层建筑成为了解决住房拥挤的最佳选择。但是随着高层建筑物功能的完善和承受压力的加大，对建筑物的结构要求也相应增加，建筑结构的设计和质量关系到建筑物的使用安全，如何解决结构设计中存在的问题，保证建筑物的整体安全，是摆在广大建筑结构设计人员面前的重要课题。

一、高层建筑结构设计应遵循的基本原则

1、结构方案最优化原则

建筑结构的方案设计是整个建筑施工的首要环节，对于整个建筑框架的构建起着宏观指导作用。在制定结构设计方案时，要对建筑所处地区的详细资料做到全面了解和掌握，从经济、技术、施工可行性等多个方面进行综合评定考虑，从而选出最佳设计方案。在设计方案编制过程中，同一结构单元设计中应尽量使用同一种结构体系，确保结构受力均匀，传力便捷。在高层建筑结构设计过程中，设计人员应进行充分讨论，最终确定符合施工现场操作的施工方案和设计施工图。

2、计算简图合理化原则

高层民用建筑在进行结构设计时，为了保证结构的稳定性和安全性，必须要进行周密的公式计算，把结构设计数字化，从细节上杜绝安全隐患的存在。选用的计算公式和计算方法，以及结构设计方案都会对计算结果产生不同程度的影响，因此，制定标准的计算规范，选择合适的计算简图是保证公式计算结果准确的有效手段。这就需要设计人员根据具体的施工条件和作业要求，结合相关的设计指标，在充分协商交流的基础上，选择最佳的计算简图。

3、结果分析精准化原则

随着计算机技术的普及应用，给数据处理带来了极大的便利。在进行建筑结构设计时，通过计算机强大的数据分析和计算能力，构件建筑模型，能够帮助设计人员更加直观的找出结构设计方案中存在的缺陷与不足，从而能够在最短时间内实现方案的优化。另外，在计算时要注意使用统一的计算机软件，防止不同软件之间的计算误差影响结果分析的准确性。

二、影响高层建筑结构设计的主要因素

1、人为因素的影响

民用建筑的结构设计，要充分考虑到居民日常生活的便利性以及可能出现的灾害性事故，从而能够有针对性的设计建筑机构。例如，民用建筑较为常见的人为因素有火灾、煤气灶或煤气管道爆炸、机械振动以及噪声等。这就要求建筑结构设计人员在进行设计工作时，要以此为出发点，结合建筑物的实际情况，设计出相应的防火、防爆、防震以及应急通道等，防止建筑物受到更严重的损失。

2、外力因素的影響

各种外力对建筑物的作用统称为荷载。荷载可分为恒荷载和活荷载两类。荷载的大小是建筑结构设计的主要依据。风荷载是高层建筑水平荷载的主要因素，高层建筑上部的风与地面的风在风力、转向等方面不同，尤其是在沿海地区，风速更大，对于高层建筑结构的要求也更高。因此，高层建筑设计必须符合有关设计规范执行。竖向荷载通常是一个定值，在建筑建设过程中随高度增加荷载逐渐增大。而高层建筑受到的水平荷载则受到诸多因素影响，如风速、地震、地表沉降等，因多数因素变化属于不确定因素，因此，在高层建筑设计中还应重点关注水平荷载作用。

3、气候条件的影响

我国国土面积位居世界第三，幅员辽阔，境内地形、地貌、地质复杂多样，不同地理位置下的环境、水文特征等各不相同，从炎热的南方到寒冷的北方，从干燥的西部到湿润的东部，气候条件有很大差异。建筑物由于长期暴露在自然环境中，受到风吹日晒和雨水冲刷侵蚀，加上气候变化等多种因素，一些建筑结构就会出现热胀冷缩、老化变形等问题。这些问题表现在建筑物外部，容易出现墙体裂缝、墙体渗水、墙面鼓胀等现象，给民用建筑的美观和使用安全都带来了不良影响。

三、高层民用建筑结构设计的技术探讨

1、重视轴向变形问题，合理分配下料长度

在高层建筑施工的过程中，因为竖向负荷比较大，会导致柱中出现程度比较大的变形，对弯矩和连续墙造成比较大的影响。一般情况下，此影响主要有下面两个方面：一是降低连续梁中间支座的负弯矩值，二是对跨中正弯矩的数值或端支座负弯矩数值进行增加。通过使用构件的竖向变形和构件进行对比，得出不安全的结果，可以参考计算轴向变形的数值对构件下料长度的影响进行预测，然后根据预测结果合理的分配下料长度。

2、保证建筑结构延性，减小地震冲击影响

高层民用建筑的机构与低层相比，在建筑结构方面更加柔和，并且其柔和度与建筑物的高度成正相关关系。我国处于环太平洋地震带附近，境内地震时有发生，因此保证高层建筑结构变形的合理性具有非常重要的安全保护意义。为了避免在发生地震时建筑物受到较大的冲击力，因此需要在建筑结构设计时做好科学的变形设置，以防止受地震危害而导致建筑物主体结构受损或坍塌。在进行该方面工作时，可以参考借鉴日本高层建筑的结构设计思路，采用新型的轻质结构材料，既能减小建筑物的对地冲击力，又能保证坚固性，确保高层建筑结构具有较大的抗冲击延性。

3、严格执行国家标准，规范制定设计安全

随着城市化进程的加快，城市建设如火如荼的开展，相应的城市建筑规范也有了较大的进步和完善，相关部门对于建筑结构安全的设计也有了一定程度的重视。但是我们也应该看到，我国现阶段的建筑市场鱼龙混杂，建筑和设计团队水平参差不齐，存在着以此充好、滥竽充数的不良现象。这就要求进行高层民用建筑结构设计时，充分考虑到国家颁布的执行标准的施工规范，将安全生产和质量施工的意识刻入每一位设计人员脑中。加强结构设计团队的专业技能培训，充分借鉴国外先进的高层建筑结构设计方案，并将其与实际建筑情况相结合，探讨出一条实用性强、质量水平高、可靠稳定的标准化民用高层建筑结构。

结语

随着层建筑市场需求量的不断增大，未来建筑设计业发展前景十分广阔，与此同时，对于高层建筑结构性能的设计要求也会更加严格，设计人员应不断更新专业知识的储备，设计出更加符合市场需求的作品，质量标准高的设计方案。

（作者单位：秦皇岛广建工程项目管理有限公司）