分析高層建筑結構設計的相關問題與建議

王學斌

摘要：近幾年來，伴隨著我國經濟的飛速發展，高層建筑也日益增多，因而對于高層建筑結構問題的要求也越來越重視。高層建筑結構設計是一項集綜合性、技術性、安全性為一體的工作，對于建筑設計的發展有著重要的意義。因此開展高層建筑結構設計問題及對策的探討意義重大。深入研究當前我國高層建筑結構設計現狀，創新高層建筑結構設計策略，是今后設計單位在高層建筑結構設計方面的重要課題。

關鍵詞：高層建筑，結構設計，問題，原則

1 高層建筑結構設計原則

高層建筑結構設計原則，是高層建筑結構設計過程中需要注意和遵循的重要標準和準則，也是高層建筑設計單位提高高層建筑結構設計質量與效益的重要保障。只有在一定的高層建筑結構設計原則支持下，才可以進行建筑結構設計。總體來講，高層建筑結構設計原則主要包括以下幾點：

1.1 基礎方案合理。

合理的建筑結構基礎方案是高層建筑結構設計的前提和基礎，在實際的建筑結構基礎方案設計中，設計單位需要根據實際施工地質條件，根據實際建筑結構施工需求進行設計。同時建筑結構基礎方案需要配置完善的施工地質勘察報告，最大程度的發揮建筑物地基的潛力，必要的情況下設計人員還需要對地基的變形做好相應的驗算。另一方面，設計單位還需要對建筑物進行綜合性分析，尤其是對于建筑物負荷以及上部結構類型，通過對這些綜合性分析，最終選定最適合的基礎方案，從而可以在提高設計質量的基礎上獲得更好的經濟效益。

1.2 計算簡圖適當。

計算簡圖設計，也是高層建筑結構設計中需要注意的重要問題，主要原因在于高層建筑結構設計時需要對一些基本的數據進行計算分析，而這些計算分析都必須要建立在計算簡圖的基礎之上。只有通過計算簡圖基礎之上的數據分析，才可以提高高層建筑結構設計的安全性以及牢靠性。舉例來講，建筑物結構節點問題，建筑物結構節點并不是我們傳統觀念中的鉸節點或者是鋼節點，設計單位在進行計算簡圖設計時，需要對建筑物結構節點進行深入研究，提高計算簡圖計算的精確性，進而將計算簡圖的誤差控制在合理的范圍內。

1.3 結構措施完善。

除了基礎方案合理以及計算簡圖適當這兩大基本原則之外，還有一條基本原則是設計單位經常忽略的，那就是結構措施完善原則。設計單位在進行建筑物結構的設計時，需要注意結構組件的延展性，例如建筑物中鋼筋的錨固長度等。同時，設計單位還需要注意建筑物薄弱環節以及建筑物本身溫度對于建筑物組件的影響，對于這兩方面的問題，在實際的設計過程中，需要遵循“強柱弱梁、強剪弱彎以及強壓弱拉”的基本原則，只有這樣才可以提高高層建筑結構設計的安全性以及牢靠性。

2 高層建筑結構設計問題與策略

2.1 高層建筑結構設計高度問題及解決。

我國有關部門對于高層建筑結構體系的最大高度問題，出臺了一系列的規章制度，對其進行了嚴格的規定與規范，其中之一便是《高層建筑混凝土結構技術規程》。該《高層建筑混凝土結構技術規程》對于高層建筑結構體系的高度問題規定，主要是從經濟性以及適用性等方面進行規范的。《規程》所規定的結構體系最適宜高度，不僅僅與我國建筑施工技術水平以及建筑水平相關，而且還與我國國民經濟發展水平，與建筑工程規范體系相協調。但是在實際的高層建筑結構設計以及施工中，出現了許多與《高層建筑混凝土結構技術規程》規定相違背的高度。舉例來講，在有些建筑物設計以及施工過程中，甚至出現了高達四百多米的組合機構大廈以及三百多米的混凝土結構體系的廣場。尤其是近幾年來，建筑物的高度不斷增加，建筑物自身的參考系數已經超出了《高層建筑混凝土結構技術規程》的規定，例如在安全指標、荷載取值以及延性要求、材料性能、力學模型選擇等方面。為此，對于這些高層建筑結構設計高度問題，設計單位需要嚴格根據《高層建筑混凝土結構技術規程》等有關規定，對設計高度保持科學嚴謹的態度。

2.2 鋼筋混凝土梁承載力問題及解決。

一般來講，城市高層建筑主要是以寫字樓以及其他辦公場所為主，因此，在實際的高層建筑結構設計過程中，設計單位需要著重考慮到空調、消防等設備。這些設備不同于其他設備，它們往往是布置于樓層的梁底之下的，如果沒有梁底開洞，就沒有辦法進行設備的安裝。因此，在設備安裝之前，設計單位需要對梁的承載力進行分析以及計算，避免出現由于梁底承載力不足而出現安全結構問題。對于梁底開洞之后的承載力，設計單位可以通過孔洞周邊補強筋以及開孔梁撓度、裂縫寬度等數據進行分析。對于鋼筋混凝土梁腹部開孔，國家出臺了有關政策，例如《高層建筑混凝土結構技術規程》《混凝土結構構造手冊》等，對于鋼筋混凝土梁腹部開孔的位置、流程、環節以及大小等進行了科學的規定。設計單位在進行鋼筋混凝土梁承載力計算時，還需要參考不同種類腹部開孔方式，提高鋼筋混凝土梁承載力計算的精確度，這對于提高建筑物的穩定性以及安全性意義重大。除此之外，還可以對鋼筋混凝土梁承載力進行有效地計算。在計算過程中還需參考不同種類的腹部開孔方式。

2.3 抗震構造與框架梁設計問題及解決。

為了進一步提高城市高層建筑結構設計的安全性以及穩定性，建筑結構設計單位在高層建筑結構設計方面做出了重大的努力，取得了重大的突破，高層建筑結構安全性以及穩定性水平得到進一步提升。但是由于我國的建筑物抗震標準較低，在抗震與構造方面，很難處理好結構設計與抗震烈度之間的關系。為此，在實際的高層建筑抗震與構造設計中，抗震與構造設計需要有一定的彈性，這樣才可以滿足高層建筑結構設計安全性以及穩定性要求。舉例來講，中震烈度的重現期是475年，被超越率是10%；大震的重現期約為2000年，被超越率是2%。我國建筑構造規定的安全度及抗震計算方法也相對較低，且在軸壓比、配筋率以及梁柱承載力匹配程度等抗震延性的相關規定也不夠嚴格。結構設計造價在建筑整體投資之中比例的減少也應給予重視，尤其是在高烈度區域應有嚴格的抗震方法以及構造措施來保證建筑物結構的穩定性與安全性。另一方面，在實際的高層建筑結構設計過程中還需要進一步解決與框架柱和剪力墻相連的框架梁設計問題。就高層建筑結構的截面設計而言，豎向變形差過大通常會導致與框架柱和剪力墻相連的框架梁出現超筋現象，進而影響到框架梁截面設計。

框架梁端部豎向變形差所引起的剪力和固端彎矩的計算函數式如下：

其中，MAB/MBA為框架梁固端彎矩；QAB/QBA為框架梁端剪力；Δ為框架梁端部豎向變形差；Ib為框架梁截面慣性矩；I為框架梁計算長度。

針對與框架柱和剪力墻相連的框架梁超筋問題，可以從優化結構的軸壓比以及提高計算方法的合理性兩個方面進行解決。

3 結語

改革開放以來，伴隨著國民經濟的快速發展，加上科學技術的不斷進步，我國高層建筑行業取得了重大的突破。高層建筑結構設計是否合理，不僅僅影響到高層建筑實施施工，而且還直接影響到高層建筑建設以及后期養護的順利開展。本文主要研究高層建筑結構設計原則，探討高層建筑結構設計問題與策略，為設計單位在高層建筑結構設計方面的進一步開展提供借鑒。