高層建筑結構設計常見問題分析

林慧

摘 要：近年來，高層建筑在我國得以快速的發展，在建筑中所占比例越來越大。隨著高層建筑技術的發展，其建筑結構處于不斷的變化中，而且越來越復雜，同時建筑類型和功能也開始向復雜化方向發展，這就給高層建筑結構工程的設計工作帶來了較大的難度。在這種情況下，高層建筑結構的設計方案發展得越來越快，很多新興的方案呈現在人們面前，這就給結構設計人員提出了更高的要求，需要在高層建筑設計時，將結構設計放在首要的位置，對結構總體布置、高度、材料選用結構、扭轉、剛度和設計要點等進行具體的分析，確保設計出優質的高層建筑結構。

關健詞：高層建筑；結構；設計

前言

城市建設進程的加快，大量人口涌入到城市當中，城市用地呈現非常緊張的局面，在這種情況下，高層建筑項目得以快速發展起來。高層建筑由于其垂直高度較大，而且結構較為復雜，需要具有良好的承載力和抗震性，所以對于建筑材料、施工技術和結構設計具有越來越高的要求。特別是目前高層建筑結構開始向復雜化和多樣化的方向發展，這就給結構設計師帶來了更大的挑戰。

1 結構總體布置問題

高層建筑結構的總體布置主要包括對高層建筑的高度、平面、立面和體型等方面進行選擇，確保總體布置能夠完全滿足建筑、施工和結構的具體要求。同時還要對建筑使用功能進行充分的考慮，確保各項服務設施、開間、進深、層數、層高以及平面關系和體型等都能夠滿足使用功能的需求。對于使用過程中的便利性、經濟和美學需求也要進行考慮。另外還要確保后期的維護費用具有較好的經濟性。在選擇先進的施工技術，提高工業化程序，有效地實現對工程造價的控制。高層建筑結構設計與其他工程存在著很大的不同，所以需要將結構體系進行確定，確定了結構體系后，則需要將總體布置與建筑設計有效地進行結合，確保高層建筑的造型和傳力路線具有合理性。高層建筑中，建筑物的布局和結構直接影響著建筑物的動力性能，所以在高層建筑設計時就需要對地震、房屋體型、結構體系和剛度等進行全面的分析設計。

2 建設的高度問題

目前我國對于高層建筑混凝土結構開始向超高層方向發展，對于高層建筑的高度，我國的根據當前我國的經濟發展水平和施工技術水平進行了全面的規定，但在實際設計中出現許多超高度的情況。國家并不提倡超過高度限制的高層建筑，因為在高度不斷升高的情況下，對建筑整體的抗震性能會帶來一定的影響，一旦發生地震，對超高層建筑具有較大的危害性。特別是在建筑不斷升高的情況下，建筑會有更多的質變發生，使建筑本身各項性能受到較大的影響，不利于建筑的安全性。

3 材料的選用結構體系問題

近年來地震發生的較為頻繁，對于處于地震多發區的高層建筑，對其結構進行設計時建筑材料和結構體系更是需要考慮的關鍵。目前對于超過150米的高層建筑，在結構選擇上多以框-筒結構、筒中筒結構和框架-支撐結構為主。對于高層建筑，在發達國家地震多發區，其多以鋼結構為主，而在我國，由于鋼筋混凝土內筒對于地震作用剪力具有更好的承受能力，所以結構多數以鋼筋混凝土和混合結構為主。

在結構以鋼筋混凝土核心筒為主時，就應該以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準來控制結構變形。但鋼筋混凝土具有較大的彎曲側移變形，如果依靠很小剛度的鋼框架協同工作來降低這種側移，不僅會對鋼結構造成負擔，也起不到較好的效果。因此，也可采用加大混凝土筒的剛度或者設置相應的伸臂結構，從而形成一層加強層，來減少側移量。此外，當柱距發生變化或結構體系發生變化時，需要設計有效的結構轉換層。而加強層與轉換層的共同作用，會對結構剛度產生壓力，使與加強層和轉換層相鄰的構件剪力突增，這種情況下加強層伸臂構件或轉換層構件與外框架柱連接部位很難形成強柱弱梁。

所以在結構設計時，如果需要設置加強層和轉換層，應該選擇合理的結構模式，以降低結構本身的剛度為主要考慮內容。建議在高層建筑結構設計過程中，應該盡可能的采用鋼骨混凝土結構、鋼管混凝土或者鋼結構，可通過減少柱斷面尺寸的方法來提高結構的抗震能力。當建筑超過一定高度后，通常可選擇鋼骨混凝土來減小風振。

4 扭轉的問題

在結構設計時，建筑結構的三心（幾何形心、剛度中心、結構重心）要盡可能的匯集在一點上。所謂的結構扭轉問題，就是結構設計時三心沒有做到合一，使水平荷載下結構產生扭轉振動效應。為了避免建筑發生扭轉破壞，在結構設計時應該選擇的合理的形式及平面布局，盡量做到三心合一。在水平荷載作用下，高層建筑的質量分布是其扭轉作用大小的決定性因素。建筑的平面應該盡量設計成方形、矩形、圓形或正多邊形等簡單的平面形式。很多情況下高層建筑由于各種因素干擾，不可能全部采用相對簡單的平面形式，當需要采用較為復雜的平面形式時，需要控制好凸出部分的厚度與寬度比值，保證其在允許范圍內。另外，結構的平面也應該盡量設計成對稱形狀。

5 結構的剛度問題

在對高層建筑剛度設計時，由于設計人員理念的不同，所以在設計上也存在一定的差異，這就導致結構在設計過程中存在著較大的經濟指標差異。高層建筑的抗震性能受其抗側移剛度影響較大，在土地較好巖基埋深較淺的地區，基礎多以樁基為主，這樣整體建筑的持力層就會落在微化的巖層當中，地基具有較好的穩定性和強度，這種情況下在對抗需剛度進行設計時就可以稍微低一些，其控制標準可以以結構極限變形能力為主。在進行結構剛度設計時，確保其在符合變形限值的情況下，結構剛度盡可能設計得要小，這樣對于抗震性和減少共振的發生具有極其重要的作用。

6 高層建筑結構設計要點

長期以來在高層建筑結構設計時，較多的注意水平荷載的控制作用，在設計時對于側面位移的控制更為關注。而對側移影響最大的因素則是軸向變形，這就要求在結構選型時需要進行全方位的考慮。特別是當前高層建筑的高度不斷增加，在這種情況下，對柱、墻和井筒具有較高的要求，所以在設計時對于豎向結構體系的控制則更為關鍵。在高度增加的情況下，側向力所產生的剪切變形和傾覆力矩也會有所提高，這都是在設計時不能忽視的重要問題。

7 結束語

近年來隨著高層建筑發展的速度不斷加快，對結構設計提出了更高的要求，這就需要結構設計人員需要不斷的強化自身技術水平的提升，具有高度的責任心，加強自身實踐經驗的積累，能夠在實際設計工作中對每一道設計工序都能夠做到有效的處理，對存在的問題進行全方位的考慮，確保高層建筑各項性能都能達到相關規范的要求，確保其具有良好的安全性和穩定性。

參考文獻

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