高層建筑結構設計存在的問題及解決方案

■杜啟發 ■萍鄉市安源區建筑設計院，江西 萍鄉 337000

經濟的發展和科技的推廣，給建筑行業的發展注入了新的活力，高層建筑逐漸成為建筑的主要形式。高層建筑的施工是一項規模龐大且施工復雜的工程，對于建筑的結構設計需要有專業的技術人員根據實際施工制定正確合理的設計方案，能夠確保建筑具有滿足良好的抗震、抗風等在內的安全性要求，促進整體質量的提高。

1 高層建筑設計的原則

1.1 正確的結構計算簡圖

在計算簡圖的基礎上進行高層建筑結構的設計計算，如果計算簡圖的選擇不合理，很容易造成結構的不穩定，誘發安全事故，因此，要保證結構設計的安全可靠就要對計算簡圖進行正確的選擇，而且還要采用與之相應的構造方法確保安全，實際應用中，高層建筑結構節點不僅僅是鋼節點或餃節點，確保和計算簡圖的誤差在標準規定的范圍內。

1.2 合理的結構基礎設計

結構基礎的設計要根據高層建筑的具體地質條件進行選擇，對高層建筑的上部結構類型與荷載的分布情況以及施工條件進行綜合全面的分析，確保設計的合理。此外，基礎設計還要確保地基的潛在能力得到最大化的發揮，如果施工條件允許要進行必要的地基變形檢驗，在進行設計之前一定要有較為科學詳細的地質勘察報告，通常情況下，具有相同結構單元的可以采取相同的類型。

1.3 合理的建筑結構方案

結構設計方案不僅僅需要滿足經濟性要求，而且還要滿足結構形式和體系的要求。結構體系的要求就是要保證受力的明確以及傳力的簡單。在相同結構的單元中，要選擇與之相應的結構體系，一旦高層建筑的地基處于不穩定狀態，那么應力就需要平面和豎向的規則。在對建筑的地理狀況、施工條件以及選材等方面綜合分析的基礎上，與結構中供電、供水等的設計相協調一致狀況下，進行結構的合理選擇，進而確定設計結構方案的科學性。

1.4 對計算結果進行精確的分析

在科技的不斷進步和廣泛應用下，高層建筑結構設計采用計算機的模式已得到了較為成熟的應用。建筑工程量的不斷增多，關于結構設計的計算軟件也層出不窮，眾多的計算軟件各有各的差異，不同的應用有不同的結果。由于施工的實際狀況與計算機程序之間會有一定的誤差，難免會出現不準確的現象，因此，操作人員在得到計算結果后需要對結果進行多次的檢驗復核，最后得出準確的計算結果。

2 當前高層建筑結構設計中存在的問題

2.1 扭轉問題

在高層建筑的結構設計中，建筑的三心非常重要。建筑的三心主要是指建筑結構的中心、幾何形心以及剛度中心，在進行結構的設計時要確保三心的匯聚，保證三心集中于一點，實現三心合一。高層建筑結構設計中扭轉問題的出現會嚴重影響到三心順利的集中在一起，高層建筑的扭轉問題主要是受到水平壓力作用造成的。

2.2 受力性能問題

建筑設計者在對建筑結構的設計中要把建筑的空間組合特征作為重點內容來抓，進行建筑方案的確定時還要考慮到建筑的具體結構特點，根據不同結構的不同特點，制定出正確的與之相適應的設計方案，保證建筑的重力方向始終與地面呈向下作用。

2.3 短肢剪力墻的設置問題

根據近些年來國家對建筑行業出臺的新的標準規范來看，對于短肢剪力墻的定義是墻肢截面的高度和厚度比為5～8。在建筑結構的設計過程中，必須要根據實際的經驗數據與施工經驗要求來進行，從目前的短肢剪力墻現狀來看，主要是使用和增加存在很多的限制性因素。因為墻肢厚度較薄，一般是200mm左右范圍，在梁和墻的連接處，有很多的暗柱、端柱的影響，造成相連接的梁不能達到規定的寬度，給梁的強度帶來不利影響。

在現代社會飛速發展的環境下，高層建筑中對于地下空間的應用越來越廣泛，這對于短肢剪力墻結構來說，很多落地的墻肢直接影響了地下空間的正常有效使用，因此，需要有結構轉換層的設立。

2.4 高度超標問題

高層建筑的抗震、防火、防水結構具有規范化的體系要求。當前高層建筑結構設計規范中都對高度有嚴格的限制，但是，在實際的結構設計中往往會出現各種問題，施工的設計圖也會因為結構類型的變化而不能及時審查通過，這就增加了建筑工程的總體造價成本，延誤了工期，從而不利于整體規劃。

3 高層建筑結構設計問題的應對策略

3.1 扭轉問題的解決

在進行結構設計時，對于扭轉問題要重點關注。建筑物要最大程度的降低水平荷載作用的影響，減少扭轉性破壞，設計人員在設計時就必須要對建筑的結構進行合理的設計，在其平面布局上要保證整體的協調性，盡可能的實現三心合一。

3.2 受力性能方面

進行高層建筑的結構設計，首要的工作就是要保證設計師對建筑環境的地基荷載量有明確的把握，同時處理好其與向下作用力之間的關系。基于此，在對高層建筑的結構設計方案的初始選擇階段，一定要考慮到所涉及到的各種方面的影響，對總體結構中承重墻、承重柱的數量和具體位置設置都有合理的設計。

3.3 短肢剪力墻設置方面

保證短肢剪力墻結構設置的正確合理，就要考慮到以下幾方面內容:對于短肢墻的具體數量確定要按照抗側力和豎向荷載量的需求來選擇，要盡可能的均勻分布，軸心應力的差異范圍不能過大;如果平面的凹凸較多、風力較大，則為了滿足整體的抗震性要求就需要在凸出的部位或者是平面外的邊緣設置短肢墻，這樣可以有效確保平面剛性和整體性符合既定要求;此外，還要對各個短肢墻進行對齊和拉直，保證它和連梁形成連續跨數多且規整的抗側力片，如果不能完全的實現則可以在局部范圍內錯開進行，在對短肢墻和兩方向的梁進行連結的過程中，要把連梁盡可能的設置與墻肢平面內，同時保證連梁的寬度和墻肢厚度相一致。

3.4 超高問題方面

高層建筑的一個鮮明特征就是高度較高，因此，對于高層建筑來說，在進行建筑結構設計的初始階段就要把高層建筑的高度予以確定，有一個明確的高度限制，確保其不能影響到建筑類型的變化，把可能影響施工的成本和工期因素降為最少。

4 結語

高層建筑在現代建筑行業中是一種較為全面而又系統的工程，在對建筑結構的設計過程中需要專業人員綜合考慮施工的各方面狀況，根據規范化原則進行設計分析，針對于當前建筑結構設計中出現的問題，需要設計人員在進行設計方案的初始階段考慮到各方面影響因素，保證各個施工環節都有很好的銜接協調，采取積極的應對措施合理解決并總結問題的經驗教訓，減少類似問題的發生，從而確保建筑結構設計的科學合理。

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