高層建筑結構設計的問題及對策分析

龔俊

（貴州省銅仁市建筑勘察設計院 貴州 銅仁 554300）

高層建筑結構設計的問題及對策分析

龔俊

（貴州省銅仁市建筑勘察設計院 貴州 銅仁 554300）

主要討論了高層建筑結構設計中的問題與對策的相關問題，以求為未來高層建筑結構設計提供理論支撐。先簡單討論了高層建筑結構設計的特點，并簡單分析了當前在高層建筑結構設計中存在的問題；再根據問題提出幾點解決措施，最后對高層建筑結構設計中的關鍵性問題進行討論。從相關措施的應用情況來看，其處理措施能有效解決當前高層建筑結構設計中存在的質量問題，具有良好的應用價值。對相關工作人員而言，在開展高層建筑結構設計中，要重視對建筑結構設計過程的分析，通過對其進行有效分析，正確認識到影響建筑結構設計質量的因素，并采取相應處理措施，確保建筑結構設計的合理性。

高層建筑；結構設計；問題與對策

建筑結構設計是建筑工程施工的初始環節，其設計質量對整個建筑產生深遠影響，做好建筑工程工程結構設計質量控制工作，在強化建筑未來運行能力中具有重要意義。高層建筑是當前工程建設中的主要形式，但從其建筑結構設計過程來看，其中依然存在多方面質量問題，對建筑后期運行產生影響。本文將以此為背景，對高層建筑結構設計的相關問題進行簡單分析。

1　高層建筑結構設計的特點與存在的問題

1.1高層建筑結構設計的特點

從高層建筑結構設計內容來看，其對技術水平、專業技能的要求更高，不同的建筑結構體系對建筑樓層高度、平面布置等產生影響，其結構設計特點主要包括：

1.1.1水平力荷載影響建筑質量

在當前建筑結構設計中，一般會重視以重力為代表的豎向荷載設計，但就高層建筑而言，重力設計雖然對建筑性能產生影響，但相比之下，水平荷載對建筑的影響更加明顯。導致出現這一現象的主要原因為：高層建筑的樓面與結構的自重在結構數據豎向構件中的軸力和彎矩數據，并且與建筑結構高度之間存在正比例關系；建筑結構的豎向構件的軸力等，與建筑高度呈二次方正比關系。

1.1.2容易出現軸向變形顯現

一旦高層建筑豎向荷載數值過大時，會導致其柱中出現軸向變形顯現，進而影響連續梁彎矩中間支座處負彎矩值減小，端支座負彎矩值在呢高達，并且對預制構件的下料長度產生一定影響。

1.2高層建筑結構設計問題分析

1.2.1抗震設計問題

抗震設計是高層建筑設計中的重點問題，再加之我國是一個地震災害頻發的國家，若不能有效處理建筑結構設計中的質量控制問題，將會對居民的生命財產安全產生影響。同時，高層建筑在結構設計中還存在多方面的不確定因素，并且在結構設計中葉沒有有效開展避震分析，缺乏對地震破壞性的認識，導致在建筑結構抗震分析中無法有效控制其質量。

1.2.2抗風設計問題

由于高層建筑在受力面積上具有特殊新，導致在建筑結構的抗風設計上具有特殊要求，風速大小、建筑高度是影響建筑抗風設計的重要問題，一般在分析過程中通常會采用下列公式：

式中：H代表建筑標準高度（該高度為某一具體點；而不是建筑總高度）；V1代表建筑標準高度位置的風速；α帶代表地面粗糙系數。

由上述公式可知，受建筑自身高度的影響，風速對建筑結構產生重要影響，但在設計過程中若不能正視抗風問題對建筑質量的影響，則可能導致建筑主體結構出現破壞等不良現象。

2　高層建筑結構設計優化措施

2.1優化抗震結構設計

考慮到建筑結構抗震性能對建筑后期運行產生重要影響，因此在建筑結構優化中要重視對抗震結構設計的分析，其常見的優化處理措施主要包括：

（1）選擇抗震性能良好的場地。選擇抗震性能良好的場地是建筑抗震設計的首要環節，其注意規范主要包括：①避開危險地帶，包括斷裂帶、褶皺帶等；②重視多種結構的聯合應用，避免單一結構出現在不同性質地基上，若受到工程實際要求的影響，無法對其進行優化時，則需要采取局部深基礎的方式，盡量保證建筑物基礎處在同一面層上；③在單一結構單元設置中，不能采取天然地基、部分采取樁基處理方法，可通過設置沉降縫，將其劃分為多個單元；④若在施工之前發現施工地區屬于不良土層（包括軟弱土、黏性土等），需要考慮不良地基沉降在地震中的變化顯現，并增強其整體性。

（2）強化建筑整體結構的規則性，合理分配不同側力構件位置，使建筑結構具有良好的承載力分布體系。綜合分析建筑垂直方向的結構關系，在建筑設計過程中要進一步強化建筑構件的強度，使其具有良好的穩定性。若建筑具有相應要求，則可以在建筑平面的基礎上對其進行簡化，并控制統一平面范圍內的平面設計情況，使建筑施工設計的剛度條件良好。

（3）要正視剪力墻截面設計的問題，在對高層建筑結構進行設計時，可采取連續梁的方式對其進行優化，使其具有良好的延續性，其相關參數標準如表1所示。

表1　框架梁端相關參數設定

2.2抗風結構設計

從當前高層建筑結構設計內容來看，在抗風結構設計中需要重視以下幾方面問題：①保證建筑結構具有良好的穩定性，在設計過程中藥盡量選擇級配良好的砂石，并控制回填過程中的密實程度，確保建筑在水平作用力下不會出現傾覆現象；②在持力層設計中，要在其底部設置抗拔錨桿，使錨桿的作用能得到進一步增強，也有利于保證建筑結構整體強度；③在建筑結構非承重構件設計中，需要重視對耗能減震系統的設計，通過設置耗能減震系統，進一步降低風力對建筑整體結構的影響；④考慮到建筑上層往往會受到更大的風壓，在這種情況下所產生的風壓會對建筑構件內力產生重要影響，一旦兩者之間的差值過大，則會導致建筑出現不同情況的損傷。因此在結構設計中，需要對建筑所承受的實際風壓大小進行確定，并對水平荷載內力進行加強，其計算公式為：

式中：y代表基本風壓值；β代表風振系數；μ1代表風壓高度變化系數；μ2代表風載體形系數。

3　高層建筑結構設計中的關鍵性問題

就高層建筑設計的實際情況來看，抗側力結構設計是其中的重點內容，而一般在結構體系設計中，需要重視以下幾方面內容：

3.1選擇結構抗側力體系

在某工程項目中，設計人員根據本工程中建筑結構體系的特點，選擇框架——核心筒的主樓結構模式，外框架結構為鋼梁+鋼管混凝土結構柱結構。由于該建筑的首層到第八層屬于建筑物的裙房樓層，因此在主塔樓結構設計中，要將豎向構件延伸到地下室，并采用內置型鋼的鋼筋混凝土核心筒與鋼管的形式對其進行優化。但考慮導致該建筑的地下室與裙樓部分除主塔樓范圍外，可以采用鋼筋混凝土框架——剪切力墻體系，使樓面整體具有良好的剛度性能。因此，在高層建筑結構設計中，要在主塔樓范圍內對采用鋼筋混凝土對水平構件進行優化。

3.2結構彈性分析計算

為保證建筑具有良好的抗震性能與抗風荷載新能，需要在結構彈性分析計算的基礎上，對建筑結構進行不屈服計算分析。在數據處理過程中，建議使用中國建筑科學研究院編制的SAWE軟件（又被成為墻元模型）與廣東省建筑設計研究院編制的GSSAP軟件進行數據對比分析。在開展結果計算中，所獲得的計算模型分為兩種，分別體現了不同情況下的建筑結構情況。對相關工作人員而言，在開展結構彈性分析計算中，需要正確認識兩種技術的特點與優點，使其處理措施具有良好的應用價值。

4　結束語

主要討論了高層建筑結構優化設計的相關問題，并重點沖抗震、抗風兩方面對其具體問題進行討論。對相關工作人員而言，在高層建筑結構設計中，需要正確認識到高層建筑結構設計的特殊性，在充分認識到建筑結構設計特殊性的同時，采取相應的處理措施，為進一步提高建筑整體質量奠定基礎。同時，抗側力結構設計是高層建筑結構設計中的重點內容，為保證設計質量，需要重視對具體技術數據的采集與分析，以進一步提高建筑結構設計效果。

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TU973.3

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1673-0038（2015）36-0033-02

2015-8-17