論高層建筑結構設計存在的不足與對策

【摘要】由于科技的持續發展及城市的快速發展，建筑市場得到了蓬勃發展，越來越多的高樓大廈，摩天大廈聳立而出，不停地有新地標涌現。人們審美眼光的提升，使之他們對建筑樓房的外觀、內在實用性和安全性提出了更多的要求。因此，影響建筑建設及建筑成果的最重要因素就是高層建筑結構的設計問題，因為建筑結構的設計就是建筑設計的重點。本文將以高層建筑結構的設計特點和設計原則為中心展開敘述，并就目前在高層建筑結構設計中普遍出現的問題提出相應觀點及解決辦法。

【關鍵詞】高層建筑 結構設計 存在的不足 對策

1 前言

隨著我國經濟的蓬勃發展，我國各式各樣的高層建筑也隨之出現在人們的視線中，關于高層建筑的設計思想層出不窮，建筑豎向體形與平面的布置發展的更加復雜，對于高層結構設計作出了更高要求。高層建筑采用的結構形式，同時進行靈活的建筑平面布置，人們往往忽視了高層建筑框架結構設計過程中的一些嚴重問題，這給工程的質量造成危害。因此，我們必須提高高層建筑結構設計的水平。

2 高層建筑結構設計特點

高層建筑的結構設計比低層建筑的結構設計更加細致，要求技術人員需要嚴謹科學的工作態度。高層建筑結構設計的特點十分廣泛，主要可以歸納為以下幾方面：

2.1 水平荷載力方面

水平荷載在建筑設計中起著重要作用，首先，樓房本身的重量以及樓層表面所需要的荷載在豎直方向的構件中產生的彎矩、軸力數值，與樓高的一次方存在正比關系；并且水平荷載會對建筑結構產生一種傾覆力矩，這樣會在豎向構件中產生一種軸力。另外，對高度范圍一定的樓房來說，豎直方向的構件中產生的荷載基本上是固定不變的，而水平方向的風荷載和地震作用則與其不同，它們的數值通常有較大變化，且隨結構動力特點的差異性而變化。

2.2軸向變形不容忽視

在一般使用框架體系或者是剪力墻的高層建筑中，邊柱的軸壓應力在通常情況下小于框架中柱的軸壓應力，邊柱的軸向變形程度往往小于中柱的軸向變形程度。如果房屋高度高出標準，這種軸向變形的差異會達到最大程度，并會造成連續梁中間的支座下陷，隨之跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大，連續梁中部的支座處負彎矩值變小。

2.3 側移方面

相比于高度較低的樓房而言，結構側移是高樓建筑結構設計中至關重要的條件。因為水平荷載下結構的側移會產生變形，并且隨著樓房高度的增加，其變形程度增大，因此要嚴格控制結構在水平荷載作用下的側移。

2.4 結構延性方面

一般在建筑施工設計中，保證建筑物結構的延性是增強建筑物實體強度的重要前提。增強結構延性是為了通過建筑物具有一定的變形能力，來避免樓房在外力作用下造成樓體震動。如果樓房缺乏延性，即使是輕微的震動，也會造成建筑倒塌事故。所以，高層建筑比低層建筑更加需要延性，從而進一步保證高層建筑的結構更柔一些，這就要求通過采取科學的措施，讓高層建筑結構具有足夠的延性。

3 高層建筑結構設計存在的問題

3.1建筑物高度過高

由于經濟快速發展，越來越多的高樓大廈出現在城市之中，但是高層建筑物在提高使用范圍的同時，也面臨著諸多挑戰。如果一味追求建筑物的高度而忽視其安全性能，這會對建筑質量和建筑的抗震性能等構成威脅。為了避免此類現象的發生，必須要嚴格管理、規范這些高層建筑物的合理高度，使其具有較強的抗震能力。同時，相關部門要高度重視高層建筑物的超高問題，對于高層建筑的施工圖紙，要求管理人員進行仔細審核，要及時發現及解決存在的問題，以防后患。必須要反復論證高層建筑的高度，以避免影響工程造價或工程進度的情況，確保高層建筑物的質量不受影響。

3.2 注意嵌固端的設置。

建筑的二層或二層以上的地下室的頂板之上一般是高層建筑物中嵌固端位置，但是結構設計人員在設置嵌固端時，往往會忽視嵌固端的位置設置的這個問題，比如嵌固端的位置不夠協調，沒有注意嵌固端樓板的設計問題，結構抗震縫設置不夠合理。因為這些問題，也許就使建筑結構設計的后期工作不合格，要進行重復修改，所以我們一定要重視嵌固端的設置，以免為高層建筑的施工留下安全隱患。

3.3 重視結構規則性問題。

在高層建筑的結構設計中，需要明確規定結構的規則性。同時，不規則的建筑結構設計方案是不能使用在高層建筑中。但是很多的高層建筑結構設計在這方面仍然存在嚴重問題，直接使高層建筑物質量受到影響。因此高層建筑結構的工程師一定要遵守新出臺的相關規則及問題，將結構計算并結合分析工具的方法，對新規范中規定要做到嚴格遵守，使高層建筑物的安全性能和質量得到不斷提升。

4 高層建筑結構設計存在問題的相關對策

4.1解決嵌固端的位置設置問題

關于提高抗震性能設計的高層建筑，當上部結構的嵌固端為地下室的頂板時，應按上部結構來決定地下一層的抗震等級，同時可根據具體情況來決定地下一層以下結構的抗震等級。一般來說，如果地下室中超出上部主樓范圍且沒有地上結構的抗震等級在具體考察后采用三級或四級。關于9度抗震的設計，那么地下室結構的抗震等級不能小于二級，選用地下室的現澆頂板，其厚度要大于180毫米 ，并且不能留有較大洞口。另外，地下室柱截面的每側邊的縱向鋼筋面積不能小于地上一層對應柱每側縱向鋼筋面積的1.1倍，另外地下室的柱子的多余縱向鋼筋不能繼續向上延伸，應將其固定在地下室頂板的框架梁之中，且規定地下室剪力墻的配筋必須多于地上的一層。對于邊柱和角柱，因為它們僅有一面有梁，可以通過增大梁截面或增加梁配筋的方法，避免出現梁端截面實際彎矩承載力小于柱下端實際承載力情況的產生。

4.2解決短肢剪力墻的設置問題

墻肢截面高度與厚度的比為 5：8 的剪力墻即為短肢剪力墻。雖然短肢剪力墻結構對于住宅建筑布置存在優勢，并且可以減輕結構自身重量。但在高層建筑中，由于短肢剪力墻的抗震性能較差，所以剪力墻肢不能過短，并且在地震區范圍內的應用經驗較少，為避免意外，禁止在高層建筑結構中全部采用短肢剪力墻結構。

4.3加強結構分析與計算

目前有關結構整體計算比較通用的計算軟件有：TAT 、SATWE、YJK等，但是計算模型有著很大不同，不同軟件在采用模型時存在的差別，同樣會對每個軟件的計算結果產生一定影響。所以，在進行工程整體結構計算和分析時根據實際情況合理的選擇計算軟件，即使每個軟件中計算結果相差較大，也要能作出合理的判斷，選擇出可以作為參考的計算結果，這對結構工程師來說十分重要。

4.4嚴格控制超高建筑物

對于建筑物的超高問題，建筑規范逐漸將限制的高度設為A級，并進一步對高度規則進行了細化，增加B級。更加明細化的建筑物高度規范對高層建筑結構設計方面的更強的指導意義。此外，明細化的建筑物高度限制使得各個高層建筑工程都應該重視建筑物超高現象，可以通過對施工圖紙的審核發現超高問題，并針對問題對建筑物高度進行重新嚴謹的論證，避免對整個建筑工程的造價和工程進度造成影響，甚至對建筑的安全性造成影響。

5 結束語

隨著城市化進程的加快，城市規劃中對空間規劃有了一定的需求，高層建筑結構已越來越成為城市建筑的重點，在結構設計過程中，高層建筑結構因較多層建筑要具有較大的復雜性，因此在設計中要綜合多方面因素進行考慮，對各部位的受力情況及參數的選取要進行仔細的分析和研究，從而保證高層建筑物的結構設計安全，以免留下設計中的安全隱患，從而保證高層建筑的安全性。

【參考文獻】

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