關于高層建筑結構設計相關問題的探討

■何認雄 ■廣州市緯綸建筑設計有限公司，廣東 廣州 510335

高層建筑的出現，一方面是為了緩解城市的用地緊張的情況，提高土地的綜合利用率，使城市規劃逐漸合理化和科學化;另一方面原因是高層建筑本身具有美學方面的重要意義，是一個城市現代發展的名片，可以作為城市重要的地標建筑。高層建筑作為一個復雜而又龐大的綜合系統，其結構設計是否合理影響著高層建筑的安全和性能，所以高層建筑的結構設計有三個方面的基本要求:不但要滿足抗震、抗風的安全性要求，而且要滿足結構合理、構造科學的專業性要求，還要滿足建設成本合理的經濟性要求。

1 高層建筑結構設計類型和特點分析

高層建筑的結構設計最開始出現的是比較簡單的框架結構，隨后又出現了鋼筋混凝土構造的剪力墻結構，由框架部分與剪力墻部分共同作用的框剪結構，由筒體體系構成的筒體結構以及不同結構相結合而形成的組合結構和一些巨型結構(巨型梁結構、巨型柱結構等等)。這些結構各有受力特點，適用于高度不同的結構體系，不同建筑結構的選擇也影響著后續的建筑結構設計。

高層建筑的結構形式與工程施工、工程造價、建筑設備安裝等諸多因素密切相關，所以結構設計時應該注意設計特點和設計要點。第一，高層建筑相對低層建筑整體上會導致受力增加，相對于豎直荷載，水平荷載地位提高，成為決定性因素，必須考慮基于水平荷載的建筑荷載能力，水平荷載主要包括地震和風荷載，高層建筑應該有更加優秀的抗震能力。第二，高層建筑的側移是結構設計的重要因素，也是重要的控制指標。第三，高層建筑的柱中容易產生豎向變形，這會造成連續梁的長度變化和預制構件的下料長度變化，忽略軸向變形是潛在的危險因素。第四，高層建筑結構設計應注意有較大的結構延性，作為一種預防措施保證整體結構在高荷載作用產生巨大變形下不至于倒塌。

2 高層建筑設計的一般原則

2．1 關于高層建筑結構計算簡圖的選取原則

在高層建筑的結構設計和受力分析過程當中，要進行相關的計算，而計算簡圖是進行結構設計計算的基礎，所以計算簡圖的選取恰當與否關系著高層建筑的結構設計是否合理，也關系著高層建筑的使用是否安全可靠。在進行高層建筑結構計算簡圖的選取時，要特別的仔細認真，這樣才能保證結構設計計算結果的可靠，保證高層建筑的安全建設和使用。同時，計算簡圖要有一定的構造措施和構造方法來保證安全，尤其是建筑節點在圖紙上和實際中略有差別，必須保證計算簡圖的誤差在允許的設計誤差范圍內。此外，設計工程師要仔細的分析軟件計算的結果，避免因為不同計算軟件的計算結果而造成比較大的計算偏差和失誤。

2．2 關于基礎設計和建筑結構設計的方案選取原則

高層建筑的基礎比較深，基礎設計要考慮多種因素。高層建筑的基礎設計必須參考詳細的地質勘探報告，然后結合地區的地質條件進行基礎的合理設計。同時，采用哪種高層建筑的結構類型也影響著基礎的設計工作，不同的建筑類型的荷載不同，高層建筑的基礎設計必須與結構類型和荷載分布相一致。綜合考慮各種因素來確定基礎的設計工作的目的是使地基的穩定性能和承載能力發揮到最大。

建筑結構的設計方案一般要滿足兩方面的要求，一是受力特性和建筑的力學性質的合理性，對于整個高層建筑的結構體系的受力和荷載要明確，力的分析與計算必須簡單。二是要滿足經濟成本合理性的基本要求，建筑結構的設計方案直接決定了后續的施工方案的選取工作和施工設計，這個過程必須考慮整體建筑施工成本合理的要求。另外，高層建筑的結構設計方案也必須考慮當地的地質條件、地理地形條件、工程施工的要求、施工方案和建筑設備安裝等具體的因素，在各種因素相互協調的情況下，確定結構設計的最優方案。

2．3 關于計算結果正確性分析的原則

隨著計算機技術的不斷進步，計算機應用軟件不斷地加入到高層建筑結構設計的分析計算當中，但是與建筑結構設計有關的軟件的品種數量眾多，不同的軟件品種的計算方法、流程和編程實現方法不一定相同，導致了有關結構設計的計算結果存在著許多差異。設計工程師要正確認識和分析這些計算結果的差異，充分了解所采用的計算軟件的計算范圍和計算條件，要在仔細審核的基礎上進行仔細的判斷，排除人工數據輸入的錯誤，才能夠得出所需要的正確結果。

3 高層建筑結構設計相關問題分析

3．1 高層建筑的基礎設計相關問題

高層建筑的地基設計既是高層建筑結構設計的前提性工作，也是建筑設計師非常重視的一個問題。地基設計的重要性不言而喻，地基設計的質量直接影響著基礎的類型選擇和工程的造價。基礎的設計工作包含了基礎的類型設計和對地基的處理工作。地基類型的選擇要考慮到上部結構的荷載、地基的承受荷載的能力以及工程的整體造價等因素，其中比較重要的是上部建筑荷載的準確計算和結構選型。另外在地基的設計和相關計算中一定要遵守國家規范和地方性規范，因為就全國來說，各地的地質條件差別很大，國家規范沒有辦法作出統一全面的規定，所以在地基的設計工作中要注意遵守地方性的設計規范的問題。

3．2 高層建筑結構設計中的剪力墻設置問題

高層建筑中的剪力墻的數量要求和位置的設置問題也是高層建筑結構設計的重要因素之一。第一，在現行的建筑規范中，具體描述了短肢剪力墻的定義問題，短肢剪力墻是指截面的高度和厚度的比在5-8的墻體，在具體的建筑應用中，短肢剪力墻的使用受到諸多限制，結構設計中應盡量少使用這種墻體結構，避免后續的設計上的諸多問題。第二，剪力墻的位置設置除了在建筑的兩端以外，在建筑的縱向中軸線還應該增加剪力墻結構，并調整剪力墻中心的位置，合理設置厚度以及截面，使建筑的結果位移保持在合理的范圍之內。

3．3 高層建筑中的結構規則性問題

關于高層建筑的結構設計的新舊質量規范在諸多問題的內容描述上都存在著一定的變化和改動，這主要體現在兩個方面，第一，新的建筑規范中針對舊的建筑規范的高層建筑結構設計的規則性問題，增加了許多的限制條件，比如建筑結構設計中的平面規則性問題和結構嵌固端的剛度比問題。第二，新的建筑規范中采用強制性的條文規定了嚴重不規則的結構設計方案是不能采用的。所以，結構設計師要注意到新舊規范的的內容改動，嚴格遵守規定的限制條件，合理的規劃自己的結構設計，避免為后續的施工設計和施工圖的設計工作帶來不必要的麻煩。

4 結語

高層建筑的結構設計工作是一項涉及諸多因素和問題的綜合性技術工作，高層建筑對結構設計的要求非常高，建筑設計師一定要在準確分析計算的前提下，根據結構設計的原則性要求，結合實際的工程條件和地質條件，設計和采用合理的結構設計方案。本文所論述的高層建筑的結構設計的類型及特點和一般原則，以及常見問題的探討分析，可以為高層建筑結構設計的具體工作提供參考的依據。

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