高层建筑结构设计特点及常见问题分析

周立明

摘要：城市的飞速发展，高层建筑的密集化是一个重要的标志，高层建筑越来越多象征着经济的增长和建筑技术的进步。其设计本身是一个非常复杂又庞大的体系，而结构设计则是这个体系中的重点，其要具备科学性和合理性，要能够满足高层建筑安全性能方面的需求。本文阐述了高层建筑结构设计的特点、并分析了相关的问题及对策。

关键词：高层建筑；结构设计；问题

引言：

高层建筑的结构设计关系到建筑物的整体形态，在建筑结构设计中是非常重要的。高层建筑结构的选择是一个非常复杂的决策问题，并包含大量的不确定性和未知的因素。在设计高层建筑时要注意认真按照设计原则和规范，才能建造出优质的高层建筑。

一、高层建筑结构设计的特点

1结构延性是重要的设计指标

高层建筑在地震的作用下变形要更大一些，结构上与低层建筑相比更加柔和一些。在高层建筑结构设计中，抗震性能是其所关注的要点内容，它与建筑的使用以及人员安全密切相关。为了避免倒塌，为了让在进入塑性变形阶段后高层建筑结构仍然具有较强的变形能力，为了保证结构具有足够的延性，在构造上需要特别采取恰当的措施。

2轴向的变形不可忽视

不同外部压力载荷条件下，高层建筑结构在竖向呈现差异性压缩变形趋势。竖向载荷在高层建筑中较大，对连续梁弯矩会产生影响，能在柱中引起较大的轴向变形，会造成跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大，连续梁中间支座处的负弯矩减小。另外，与考虑构件竖向变形比较，对侧移和构建剪力产生影响，会得出偏于不安全的结果。因此，设计人员应对建筑结构进行优化，避免因过大的轴向变形而形成连续梁中间支座沉陷等系列问题。

3决定因素为水平荷载

高层建筑的结构设计要考虑到水平和垂直两个方向的作用。水平方向的作用主要指的是要承受地震和风的作用，而垂直方向的作用主要指的是建筑物的自重和使用荷载。区别于层数较少的建筑，高层建筑整体结构承受的水平载荷相对较大，对于水平载荷水平的控制直接决定了高层建筑的整体稳定性。水平荷载在竖构建中引起的轴力及对结构产生的倾覆力矩，与楼房高度的两次方是成正比的；楼面使用荷载和高层建筑楼房的自重在竖构件中所引起的弯矩和轴力数值，仅仅和建筑高度一次方成正比。

二、高层建筑结构设计原则

1选择适合的基础方案

一个高层建筑项目的良好基础是关键，所以选择基本设计工程结构仍然是一个重点，要考虑很多问题，这是要结合当地的实际地质情况，周边环境，周围的建筑等等各种因素进行综合性分析，选择既合理又经济的方案，必要时要进行地基变形演算，在进行设计时要最大限度地发挥地基的潜力。在进行基础设计时，应该参考临近建筑资料和进行现场查看，要有详细的地质勘查报告，一般情况下，在一个结构单元内部适合用两种不同的类型。

2对计算结构进行正确分析

普遍在结构设计中运用计算机技术，但是，往往不同的软件会得出不同的计算结果。所以，对于程序的适用条件、范围等设计师应该进行全面的了解。设计人员在计算前必须对软件计算原理及范围有清晰的认识，并根据工程实际情况，按照“适用性、准确性、规范性、完备性”的原则，选择适合本工程的计算程序，计算方法选择不正确或是由于人为的因素导致输入有误，则会影响到计算结果的正确性。

3选用适当的计算简图

在计算简图的基础上进行结构计算时，为了保证结构的安全，要选择适当的计算简图。计算简图的选取在结构的力学分析中占有相当重要的地位，它直接影响着计算工作量的大小和分析结构与实际间的差异。在计算简图的选取时，应注意正确反映结构的实际受力情况，使计算结果尽可能与实际相符。为了减少计算简图的误差，实际结构的节点应该保证在设计所允许的范围之内，因为其不能是纯粹的刚结点。

4合理选择结构方案

高层建筑结构设计核心工作就是应该选取适合建筑的结构方案，只有结构方案选择准确才能够保障其整体的高层建筑结构设计水平达到理想的要求，而对于这种结构方案的选择来说，其需要考虑的问题和要点是比较多的。在结构设计时，应通过适当增加或减少剪力墙厚度、长度、位置等方法，减小结构质心、刚心的距离。要选择一个切实可行的结构体系与结构形式，一个经济合理的结构方案是一个合理设计的保证。总之，必须综合分析工程的材料、施工条件、设计要求、地理环境等，并且要与水、电、建筑等专业进行充分的协商，以此为基础确定结构方案，为结构选型，最好進行多方案比较后选用较为优秀的。

三、高层建筑结构设计的问题及对策

1短肢剪力墙的设置问题

在当前的高层建筑结构设计中存在的问题是比较多的，并且很多问题的存在甚至会对于高层建筑产生致命的影响。相关设计人员往往很容易出现增设短肢剪力墙的现象，这一现象的出现必然会影响到高层建筑的稳定性和安全性，并且对短肢剪力墙在高层建筑中的应用根据实际经验和实验数据增加了众多限制，所以，在设计高层建筑中时，为了避免给后期的设计增加不必要的麻烦，结构工程师应该尽可能地不用或者是少用短肢剪力墙。

2结构的规则性问题

为了避免高层建筑结构出现位移现象，为了避免后期施工图的设计阶段工作变得被动，在遵循新规范的各种限制条件上结构工程师必须要严格注意。需在设计时严格规定高层建筑的施工参数规则，比如做高层建筑结构设计时，要设定好上下刚度比、平面规则性等一系列参数，同时要尽量避免使用不规则的设计参数，如果在施工过程中需要更改参数，就需要做好科学的分析。

3结构超高的问题

对结构的总高度在高规范以及抗震规范中着非常严格的限制，特别是针对以前超高的问题，例如限制高层建筑设计的高度需在A级高度范围内，部分建筑还必须在B级高度的限制内，这种规定使我国在设计高层建筑时，有一定的高度安全保障，建筑设计人员要在高度允许的范围内设计好其它的参数，使高层建筑的设计能满足施工的实际需求。一味的增加高度对于高层建筑的结构会产生不利的影响和经济性差，最主要的就是会影响高层建筑的抗震能力，在产生强风或者地震等自然灾害是为产生不舒适感，甚至危及安全。

4嵌固端的设置问题

嵌固端是高层建筑结构设计中较为重要的一个组成部分。在高层建筑中嵌固端有可能设置在人防顶板等位置，也有可能设置在地下室顶板。这主要是由于一般高层建筑都带有两层或两层以上的人防和地下室。进行嵌固端的上下层刚度比较，保证上下层刚度比的合理性，要使嵌固端的设计具有较强的合理性，要多方面考虑嵌固层的各项指标的比较和分析，任何一个方面漏掉都可能会埋下安全隐患或者给后期的设计工作带来大量的修改。

5提高建筑结构稳定性

在高层建筑结构设计过程中，其最为主要的一个目标就是应该尽可能的满足各方面性能的要求，只有这样才能保障其结构有助于高层建筑后期的长期安全使用。对于结构的抗震性、牢固性以及相应应力的处理上，在这些方面的问题也必然会影响到高层建筑结构设计的效果，最终导致其整体的高层建筑建设受损。为了保证高层建筑的刚度，在设计高层建筑时，要尽量避免使用短肢剪力强结构同时在做建筑设计时，要对建筑混凝土墙的开孔个数、位置、方法作限制，以免出现建筑结构稳定性的隐患在作建筑结构设计时，还需要严设计材料的使用规格，以免因为材料问题引起建筑结构稳定性的隐患。

四、结语

高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这个过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。因此，针对这些问题进行必要的控制，恰当准确的选择最佳的设计方案，确保其相关计算的准确性和合理性也是极为必要的。当然，对于整个的结构设计环节来说，提高设计人员的设计水平也应该是当前需要解决的一个重要问题。

参考文献：

[1]路明洁.高层建筑结构设计中的若干问题及对策[J].中外企业家，2015，

[2]庄金宏.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].江西建材，2014endprint