高層建筑結構設計的現狀及對策分析

段黎明（大同市建筑設計研究院　山西大同　037009）

高層建筑結構設計的現狀及對策分析

段黎明
（大同市建筑設計研究院山西大同037009）

高層建筑與一般建筑不同，考慮到安全性、穩定性以及牢固度等各個方面的因素，所以對結構設計要求很高。本文分析了高層建筑結構設計的現狀，并針對這些問題提出相應的對策。

高層建筑；結構設計；對策

1　前言

近20年來，城市建設步伐的加快、經濟的崛起，使我國的高層建設發展取得了舉世矚目的成績，出現了金茂大廈、深圳平安國際金融中心等超高層建筑。這對高層建筑的結構設計來說是一個更大的挑戰。文中主要介紹了我國高層建筑結構設計的現狀，并針對一些問題提出了相應的對策。

2　高層建筑結構設計的現狀

高層建筑有利于節約用地，縮短開發周期，從而減少各方投資、加快城市建設，帶來較好的經濟效益和社會效益。當建筑的高度超越一定程度的時候，它的建造在結構設計、技術應用等都發生了質的變化。同時，高層建筑在設計、技術上也有許多不同于一般建筑的問題需要加以考慮和解決，下面就我國高層建筑結構設計的現狀，包括需要注意的幾個問題進行討論：

2.1高層建筑結構設計的原則

目前，我國高層建筑結構設計的原則主要包括四個方面：①結合實際情況，科學合理選擇基礎方案；②選擇恰當的計算簡圖；③選擇合適的、高效的計算工具；④統籌各方面的可行性，選擇科學合理的設計方案。

2.2結構體系

現在我國高層建筑結構體系主要分為六大類，包括框架結構體系、剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系、框—筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系，其中前三者較常應用于低于250m的一般高層建筑中，而后三者常見于超過250m的超高層建筑中。

2.3結構材料

高層建筑所采用的材料可分鋼結構、混凝土結構和鋼-混凝土混合結構。鋼結構抗震性能較好，但造價高，而且防火性能差；混凝土結構可塑性強，但也存在諸如質量大、構件尺寸大等缺點；鋼-混凝土混合結構則是將鋼與混凝土組合在一起的結構類型，可以充分發揮鋼與混凝土兩者的優點，這使這種結構應用相對較為廣泛。

2.4高層建筑結構設計要點

控制好高層建筑的高寬比例，確保其穩定性；注意考慮高層建筑在遇到風力和地震力時所產生的水平側向力；設計要使建筑體型、平面、立面的質量和剛度保持勻稱，保證整體結構沒有薄弱環節；注意地震、風力、溫度變化和基礎沉降帶來的變形節點構造；注意考慮周圍實際環境以及施工條件。

2.5高層建筑結構設計常見問題

2.5.1扭轉問題

建筑結構的剛度中心、幾何形心和結構重心為建筑三心，在建筑結構設計時，尤其是在高層建筑設計時，要盡量使建筑三心匯于一點，實現三心合一。如果沒有達到這個要求，三心發生扭曲，高層建筑由于其自身的特點，很可能會產生扭轉的問題，在水平力的作用下，使高層建筑的結構遭到破壞，影響建筑質量。

2.5.2抗風結構

由于高層建筑的高度原因，使得風在建筑表面的流動性和空氣動力效應很容易就發生改變，因此很可能會對高層建筑結構中相對柔軟部分產生動力或者靜力形式的震動，這對于高層建筑的支撐結構和裝飾結構等都會產生較大的影響，所以在具體設計時要注意抗風結構的設計。

2.5.3抗震結構

在當今高層建筑結構的設計中，抗震結構一直都是一個的難點，往往由于各種各樣的原因，忽略對抗震結構的科學設計。由于高層建筑結構本身較為復雜，使設計人員在抗震性能計算時，常常不是很精確，導致抗震結構設計存在缺陷，使高層建筑在地震中很容易遭受到強烈的破壞。

2.5.4高層建筑結構嵌固端的設置問題

現在有很多高層建筑都有人防地下工程或者地下室，這就需要在地下室或者人防工程的結構頂板處設置嵌固端，但是由于對嵌固端設置缺乏足夠的重視，設計人員在進行結構設計時，常常忽略其細節問題，使高層建筑后期，在嵌固端設置上進行大量修改，給建筑質量帶來了重大隱患。

2.5.5短肢剪力墻設置問題

短肢剪力墻是墻肢的截面的高度和厚度比在5～8之間的墻，在高層建筑中，其設置應當要按照施工經驗并結合實際實驗來進行，而且在其設置時往往有著眾多的限制因素，如某些墻肢僅有0.2m厚，而且在梁與墻的結合處，受鋼筋、暗柱以及端柱的影響，不但使設計的寬度難以實現，而且可能造成梁的強度不足。而在較短的墻肢上設置短肢剪力墻，很可能會由于墻肢與異形柱在受力性能上的接近，致使截面抗扭性能不高。

3　高層建筑結構設計常見問題的對策分析

3.1合理平面布局

高層建筑結構設計過程中，水平荷載對建筑的重大影響、扭轉問題的出現一般都是由于三心未合一，使建筑物質量分布不均勻。為避免這種情況的發生，就要求設計人員對高層建筑的設計應當選用相對規則的簡單圖形，同時盡量避免使用L形、T形、十字形等平面圖形，避免建筑結構突出部分過大，盡量確保結構的對稱性。

3.2做好抗風結構設計方案

針對高層建筑結構抗風結構進行優化。①基礎優化。基礎牢固是抗風性能的保證。在基礎設計時可選用級配高級的砂石，在基礎持力層中加設抗拔錨桿；②增加耗能結構設計。在高層建筑結構設計時，對一些非承重構件可利用耗能構件來抵消風力對建筑的影響；③設計時要注意控制風力引起的水平結構內力與風力自身的疊加形成的更大的水平力，選用高性能混凝土進行施工，抗衡這種疊加力；四是提高結構承載力和抗風力。首先對高層建筑結構承載力、抗風力進行驗算，然后以此為基礎，制定出一個放大系數，進一步確保高層結構的抗風性能。

4　總結

高層建筑結構設計作為一項復雜的綜合性技術工作，對于高層建筑的發展有著基礎性的指導意義。隨著科技技術的不斷進步，高層建筑結構設計也將會獲得更好的發展前景，要求也會越來越高。

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TU973

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1673-0038（2015）51-0054-02

2015-12-1

段黎明（1980-），男，工程師。