高層建筑結構設計芻議

1 高層建筑結構受力分析

建筑師設計師對于一個建筑物的最初方案而言，并不是對其具體的結構進行詳細的確定，而是要重點考慮其空間的組成特點。

建筑物的空間形式，即水平方向和豎向的穩定對于一個建筑物的底面來說是非常重要的。因為建筑物的組成是由一些無論是外形還是重量都較為大的構件所組成，而建筑物的結構載荷又豎直向下作用于地面上，所以其結構本身要能將它本身的重量傳至地面，對于建筑物的設計而言，明確地基土的承載力與建筑物所選擇結構體系的作用力之間的關系是一個最為重要的，最基本的要求。所以在建筑方案設計階段，要分布作出承重柱和承重墻的總體設想。

水平向與豎向結構體系相對于高層、多層以及低層建筑物而言，其設計的基本原理一般具有相同性。但是隨著建筑物高度的不斷增加，對與設計的要求也越來越高，而豎向結構體系就成為了高層建筑結構設計的控制因素，因為，首先高層建筑物有較大的豎直載荷，而在這種情況下，就要求有較高的墻、柱或者井筒來支撐;其次，高層建筑物其側向力形成的剪切變形以及傾覆力矩比之于普通的建筑物要大很多。

側向載荷比之于豎向載荷，其對建筑物的效應與建筑物的高度呈正比，即建筑物的高度增加，那么對建筑物的效應也相應的增大，它并不是呈現線性增加的。比如，所有條件都基本相同，在風荷載作用下，建筑物高度的平方與建筑物基底的傾覆力矩成正向比例，而建筑物高度的四次方與其頂部的側向位移成正向比例，地震的作用效應會更加明顯。另外，在高層建筑中，除去抗剪的問題之外，最為關鍵的是建筑物整體的抵抗變形和抗彎性，由此可見，高層建筑與低層建筑在其建筑結構的受力性能上存在很大差異。

2 結構選型分析

在建筑物設計的結構選型上，對于高層建筑物的結構而言，工程設計師應注意一下幾個方面。

2.1 結構規則性

新舊規范在建筑物結構規則方面的內容出現了很大變動，在這方面新規范增加了很多的限制條件。如:嵌固端上下層剛度比以及平面規則性信息等，這些都是新的限制條件。而且，新規范也明確表明了強制性的規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。”所以，針對這些新規范，結構設計師必須嚴格遵循并加以注意，以免在后期的設計方面處于被動狀態。

2.2 結構超高

對于結構高度而言，在高規與抗震規范中有了很嚴格的限制，特別是在新規范中，對于超高問題除了對于原來的高度增設為A級高度外，還增設了B級的高度建筑。所以，必須嚴格控制結構的高度因素，如果確定了結構為B級高度建筑物，甚至超過了B級的高度，其處理措施和設計方法就會有很大的變化。

對于結構類型的變更，在實際工程設計中曾經出現過對該問題忽略的情況，致使施工圖在審查階段就未予通過，在這種情況下，應該對其進行重新設計或者進行專家討論、評定。但是這些對于整個工程的規劃、造價和工期而言具有很大的負面影響。

2.3 嵌固端設置

嵌固端對于高層建筑而言，其一般設置于地下室的頂板處，因為高層建筑通常下會帶有人防和地下室，那么嵌固端也有可能被設置于人防的頂板位置。而對于這個問題，結構設計師往往會忽略嵌固端的很多問題，如:上下層剛度比的限制、樓板的設計、上下層抗震等級一致性以及嵌固端位置與結構抗震縫設置的協調問題等，如果對其中一個方面造成忽視，那么就有可能為后期工程作業埋下很大的安全隱患。

2.4 短肢剪力墻

對于墻肢截面高厚度為5-8的，在新規范中規定為短肢剪力墻。對于短肢剪力墻而言，在實際經驗和試驗資料中其在高層建筑中的應用增添了很多限制性條件，因此，結構設計師應該盡量避免對短肢剪力墻的采用，以免給后期工程的進展帶來麻煩。

3 建筑結構設計質量優化措施

3.1 在結構設計概念的基礎上進行優化設計

在計算中要對建筑結構設計的經濟性在滿足技術條件的基礎上進行充分考慮。對于鋼筋配量以及大構件的截面不能隨意增加或減少，以防造成肥柱、肥梁或者瘦柱、瘦梁的后果。有些設計人員因為計算不清，所以就隨意增加鋼筋，并層層附加保險造成了超筋梁柱的現象。對于這種情況要牢記“弱彎強剪、弱梁柱以及弱拉強壓”的原則，加強薄弱部位，注意構件延性以及鋼筋的錨固長度，對溫度應力的影響多加關注，重視鋼筋的直線段錨固長度等等。另外，對于平面和立面的布置應該按照均勻對稱規整的原則來設計，對于地震的多道防線進行綜合考慮，以防止薄弱層面的出現。根據高層建筑結構設計的概念，應正常使用極限狀態的驗算。總體來說，對于結構設計而言，從其結構的選型、布置、以及分析計算上來看，每一步都要求進行詳細的處理，綜合考慮各方面的因素，力求達到最優設計方案。

在建筑方案得到確定之后，其結構設計應盡量采取最合理、最科學、最經濟的設計方案。對于各種受力部件的布置要力求達到其能承受的荷載范圍。豎向承重構件在將荷載傳到地面的同時，還要承受地震以及風的水平載荷。因此，在布置豎向承重構件時應將其放于有利于承受載荷的位置。除此之外，樓板的剛度也要考慮到，考慮其是否滿足整體工程的要求等，并限制剪力墻的間距。而對于水平承重構件的布置而言，要力求達到簡潔的傳力路徑，將樓面上的荷載以最快的方式傳遞到主梁上，再由剪力墻、柱等傳給地面、地基。另外，地基土具有不確定性，并沒有合理的模型對其精確性的具體描述，所以要根據實際總結的經驗以及現有的理論知識來設計地基基礎，并能夠預見和分析可能出現的各種問題，從而制定出較為完美的處理方案。

3.2 與相關專業人員做好溝通工作

高層建筑結構設計工作具有一定的復雜性，需要其他相關專業的配合與溝通，不能自己獨立獨行。由此可見，做好高層建筑設計工作不僅要具備扎實的專業理論基礎，還要對于此相關的一些專業有所了解。如果在設計過程中出現了其他相關專業的問題，那么結構設計師要能夠對其作出相關回應，然后組織專業協調會，力爭達成統一標準，然后確定其設計的原則，以防止設計圖出來之后因各個專業不協調而出現變更和返工的情況。

3.3 計算機輔助設計的正確運用

隨著科學技術的快速進步，網絡化的范圍越來越廣，計算機輔助設計系統也被廣泛應用于建筑設計領域。應用計算機技術可以實現工程師對結構分析的順利進行，能夠正確使用計算機輔助設計對我國建筑結構設計水平有很重要的影響。但是，隨著經濟的不斷發展，建筑物的規模日趨增大，而其結構形式也日漸復雜，對其結構的設計難度也大大增加，這就要求設計人員了解所使用軟件的特點和適用范圍，熟悉和掌握各項參數的選取條件，真正做到計算機為人服務，為工程設計服務。

[1]王永，胡凌燕.淺析高層建筑結構設計[J].中華民居(下旬刊)，2013-02.

[2]劉昊.淺析高層建筑結構設計要點[J].電子制作，2013-12-02.

[3]李博，郝戰軍.高層建筑結構選型的要點[J].門窗，2013-04-20.