高層建筑結構設計的問題與對策研究

文/蔡勇 昆明市建筑設計研究院集團有限公司 云南昆明 650000楊德初 云南世紀陽光建筑設計有限公司 云南昆明 650000

高層建筑結構設計的問題與對策研究

文/蔡勇 昆明市建筑設計研究院集團有限公司 云南昆明 650000楊德初 云南世紀陽光建筑設計有限公司 云南昆明 650000

我國在近幾年的發展建設中，建筑行業的變化最為明顯，不僅是在外形上發生了重大的變化，在內部結構上也得到了進一步的改善，這其中最突出的變化要數高層建筑甚至超高層建筑的不斷涌現，但是需要注意的是，隨著建筑造型結構的愈發復雜，對于結構設計的要求就更加嚴格了，如果僅僅停留在最初的設計階段而不向前發展，那么我國建筑的整體水平就無法得到顯著的提高。

高層建筑；結構設計；問題；對策

1、高層建筑結構設計概述

1.1主要原則

首先，制定科學的基礎方案。在高層建筑中，地質條件是其結構設計的決定性因素。要提高基礎方案的科學性，需要設計人員準確把握其荷載的分布情況和結構類型，對影響其施工的各種因素進行和綜合分析。其次，明確計算簡圖。在高層建筑的結構設計中，計算簡圖必須包含結構的計算設計。如果計算簡圖存在問題，就容易導致安全隱患。因此，為了確保高層建筑結構設計的安全性，必須重視這一原則。最后，選擇合適的計算工具。隨著信息化技術的不斷發展，計算機技術在建筑結構設計中被廣泛運用，在高層建筑的結構設計中發揮了巨大的作用。

1.2基本要點

在設計高層建筑結構時，需要注意控制以下幾點:第一，遭遇暴風和地震力時，高層建筑的水平側向力；第二，對高層建筑的長度、寬度和高度比例進行嚴格控制；第三，確保高層建筑的整體不存在薄弱環節，保持其平面、體型、立面質量和剛度的對稱性和勻稱性；第四，對地震、風力、溫度變化和沉降導致的形變進行合理控制。在上述設計要點中，抗風、抗震結構、消防設計和扭轉問題需要特別注意。

2、高層建筑結構設計中出現的問題

現如今，我國高層建筑越來越多，設計人員在設計高層建筑結構中依然存在很多的問題，設計人員要及時總結這些問題，吸取經驗教訓，找到最合理的設計方案，保證建筑的安全使用。下面我們就來具體說下高層建筑結構設計中出現的問題都有哪些：

2.1設備不合理的問題

在高層建筑結構設計和施工中，設備是非常重要的一部分，是設計和施工的基本保障。然而，從目前我國高層建筑結構設計來看，采用的施工設備非常的不合理，與現場施工環境很不相稱，設備比較落后、老舊，這在很大程度上給建筑施工帶來了諸多不便，嚴重影響了施工的進度。

2.2樓層平面剛度的計算問題

在我國高層建筑結構設計中，一部分設計人員的整體設計觀念比較落后，沒有充分考慮現場實際情況，有的甚至為了節省經費，采用樓板變形的計算程序，給建筑埋下了很大的安全隱患。在樓板變形的計算程序中，經常會發生計算不準確等問題，最終使得設計出來的數據與實際存在很大的誤差，根據這樣錯誤的數據來設計建筑，可想而知肯定會影響建筑的質量和安全。

2.3縱向框架的問題

在目前我國建筑結構的抗震設計中，通常情況下，使用兩個主軸的方向來計算水平地震的作用力。同時，在對整體框架進行結構設計的時候，縱向框架的力和橫向框架的力兩者的重要性是相同的。但是，從目前我國高層建筑結構設計中來看，大部分的設計人員都忽視了地震的縱向作用，從而使得結構設計存在很大的缺陷，嚴重影響了高層建筑的質量。

3、對于高層建筑結構設計出現問題的對策

3.1高層建筑結構計算簡圖的選擇

在對高層建筑進行結構設計的時候首先要進行結構計算，而結構計算一般需要選擇一種計算簡圖，在選擇的計算簡圖上進行高層建筑結構設計的計算。如果在一開始的時候就選擇了不合理的簡圖，那么在高層建筑結構設計的時候就容易出現結構不合理的問題。因此，如果能在一開始就選擇了一個合理的高層建筑結構計算簡圖，那么對于高層建筑結構設計會是一個重要的保障，同樣的，合適的構造方法應該和相應的計算簡圖的方法匹配。重要的是，在實際高層建筑結構設計中，計算簡圖的結構節點不應只是鋼節點或者鉸節點，需要保證計算簡圖的誤差在相應規范的規定范圍內。

3.2平面及立面的選擇

在進行高層建筑結構設計中，“三心合一”是一個重要的概念。“三心合一”指的是高層建筑整體的幾何形心、剛度中心、結構重心盡可能地在空間中交匯于一個點。如果不能在高層建筑結構設計中做到“三心合一”，那么整個高層建筑的結構設計就會出現扭轉問題。扭轉問題會在風載等水平載荷的作用下對高層建筑的相應結構造成嚴重危害，繼而影響到整個高層建筑的結構設計。為了防止扭轉問題對于整個結構的危害，設計人員在設計時應該盡可能的使高層建筑整體達到“三心合一”的狀態，要選擇合理的結構形式和平面布局。因此，在選擇平面和立面形式的時候，對高層建筑的平面要選擇比較簡單的形式，便于設計人員在進行計算和設計的時候條理清晰、不易混淆。大量的資料表明，對稱結構更穩定，更容易在地震中保持安全，因此，選高層建筑的平面形式時要多選結構簡單、線條規則、更加對稱的平面形式。

3.3剪力墻的優化

在其它建筑中，原來框架結構中起承受水平和豎直兩個方向的力的構件是梁柱，而在高層建筑中取代梁柱來承受水平和豎直兩個方向的力的是剪力墻體系結構。剪力墻體系結構是一種混凝土材質的土墻結構，不僅可以直接承受水平和豎直的力，對于其它結構的水平載荷也可以起到調節作用。因此，不斷優化剪力墻的結構對于整個高層建筑結構設計的進度和安全性都有著巨大的影響。在進行剪力墻結構體系優化的時候，需要注意剪力墻設計中的連梁的設計是很重要的一部分。高層建筑設計人員可以把連梁之間的各個墻體連接起來而形成聯肢墻。這種設計可以使得墻肢的約束條件增加，從而使墻體的各個部分都得到了更多的內力，十分有效的提高高層建筑的抗震能力。但是這種做法的缺點在于對于投資商來說造成了不必要的浪費，然而對于整個高層建筑結構的安全性來說絕對是利大于弊的。

3.4優化抗震結構的設計方案

首先，對抗側力構件進行合理安排。設計高層建筑結構時，如果能確保水平方向中的對稱性，就可以有效預防并控制地震對其造成的破壞。通過調整抗側力構件的位置，能夠促進應力分布系統在水平方向上的形成。假如能夠同時增強測力構件在垂直方向上的性能，可以形成一套比較良好的應力分布系統，提高建筑結構的穩定性和連續性，增強其抗震性能。其次，加強地基的抗震性能。一旦發生地震，高層建筑結構的地基最容易遭到破壞。為了預防這一問題，可以在地基的基礎施工中增加樁基的埋深深度，增強它和上部結構的聯動性。再次，提高剪力墻的性能。采取這一措施的主要目的是為了增強剪力墻在地震中吸收建筑內力的功效的功能，這樣就可以通過墻體和樓板剛度的增強來對建筑的移位進行控制，滿足抗震需求。最后，實現高層建筑結構構件的一體化設計。通過對扶壁、筒口、筒腳的簡單化設置，達到相應建筑物的對稱。另外，可以將相應的柱子、樓板進行一體化設計，有效加強整體結構的連續性和剛度，增強建筑物的抗震能力。

結語：

高層建筑的結構設計是一項設計難度大、技術要求高、設計工作繁瑣的工作。從事高層建筑結構設計的設計人員應綜合考慮實際施工和相關技術要求，不斷提高專業素質，保證結構設計的科學合理性，提高對結構設計質量安全問題的辨識能力，多分析不同案例，從不同工程中吸收經驗，從而判別出問題所在及選用最優的處理方案。

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