高層建筑結構設計的問題及對策

陳 彪（中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌330000）

高層建筑結構設計的問題及對策

陳 彪（中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌330000）

在我國國民經濟實現迅猛發展的現階段，高層建筑逐漸成為城市現代化建設中的重要標志，其工程項目數量呈現出逐年遞增的趨勢。結構設計是高層建筑施工建設中的重要內容，其對于建筑項目的質量和安全會產生直接的影響。為此，本文首先對高層建筑結構設計的特點進行了簡述，之后圍繞高層建筑結構設計的問題進行了深入的分析，并在此基礎山提出了針對性的解決對策。

高層建筑；結構設計；問題；對策

前言

隨著現代建筑的不斷發展，逐漸向多功能方向發展，在同一建筑中，建筑的上部樓層可以將其設計為辦公用房、住宅等，而下部樓層可以設計成為商場、文化娛樂或者餐飲等設施。由于不同功能的樓層其結構形式也會不同。根據相關規定指出，超過10層的住宅建筑和超過24m的其他民用建筑被稱之為是高層建筑。在城市現代化建設進程不斷推進的現階段，受到土地資源緊缺的影響，高層建筑的數量越來越多；與普通建筑相比較而言，高層建筑具有超高性、施工難度大、跨度廣等鮮明特點，在結構設計方面也提出了越來越高的要求，因此，需要對高層建筑結構設計問題予以全面透徹的把握，并采取有效的對策，從而保證結構設計的合理性。

1 高層建筑結構設計特點

1.1 水平力設計

對于高層建筑的結構設計而言，豎向荷載對其會產生重要的影響，受到自重和樓面使用荷載的影響在豎向構件之上所產生的軸力和彎矩與建筑高度的一次方呈現出正比例關系；而橫向荷載則對其具有決定性的作用，因其而產生的傾覆力矩和豎向構件的軸力則與建筑高度的二次方呈正比；另外，在地震和風荷載的作用之下，其數值的大小也會隨著結構動力性的不同而發生一定的變化。

1.2 抗震設計

高層建筑結構設計的特點還體現在抗震設計的層面之上。對于高層建筑而言，當其結構設計中包含了抗震設防相關內容的時候，不僅要對正常使用條件下的豎向荷載和風荷載予以考量之外，還需要切實保證結構的良好抗震性能，實現“小震不壞，大震不倒”的目標。

1.3 軸向變形設計

高層建筑結構設計中最為常見的就是框架體系好框架——剪力墻體系。通常情況下，框架中柱的軸壓應力要大于邊柱，中柱的軸向壓縮變形也要大于邊柱；但是，在房屋實際高度很大的條件之下，這種軸向變形的差異值就會變得很大，使得連續梁中間支座位置處的負彎矩值得以減小，而跨中正彎矩值和端支座負彎矩值則會增加，會造成較為嚴重的后果，因此要重視軸向變形設計。

1.4 傳力體系的豎向設計

建筑空間的形態主要是由結構傳力體系所支撐的，傳力體系剖面形式能夠直接反映出建筑結構沿著豎直方向傳遞荷載的路徑，同時在一定程度上還影響著建筑物的使用功能。因此在高層建筑設計中，必須要控制好建筑的高寬比，由于建筑的使用在一定程度上會導致建筑剛度會發生變化，同時其結構布置也會發生相應的變化。對此在設計的過程中，必須要設置相應的結構轉換層，同時高層建筑還必須具有一定的錨固深度，錨固深度可以根據建筑設備用房和地下車庫的要求來進行明確，從而降低建筑的重心，提高建筑的抗傾覆能力和抗震能力。

2 高層建筑結構設計問題及對策

2.1 超高問題

我國建筑行業中的相關規范已經對高層建筑的結構高度提出了嚴格的要求，在新的規范當中，針對于高層建筑的高度問題，不僅將原有限制的高度規定能夠為A級高度，而且還在此基礎之上增加了B級高度，對于高層建筑結構的設計方法和措施等方面均提出了越來越高的要求。但是，在很多高層建筑的結構設計過程當中，對于超高問題常常采取忽視的態度，一方面使得工程項目的建設工期受到了不利的影響，另一方面還使得建筑工程的造價成本大幅度提升。因此，高層建筑結構設計中應對超高問題予以關注，立足于工程的實際高度來選擇與之相適應的結構抗側力體系，并保證不同結構抗側力構件之間的相互連結，其設計可參考表1標準。

表1 高層建筑不同高度常用結構抗側力體系

2.2 剪力墻框支梁支放問題

高層建筑結構設計問題還體現在剪力墻框支梁支放的方面。在混凝土剪力墻之上支放框支梁的時候，其實際上是給剪力墻施加了一個包括豎向、水平向、集中壓力、集中彎矩等在內的較大的集中荷載。雖然剪力墻在沿著墻長度的方向上具有一定的承載能力，但是在垂直框支梁所傳荷載作用的方向上的實際承載能力卻較弱，因此，設計框支梁直接支放在混凝土剪力墻之上的時候，因對以下幾方面加以注意：①根據底部加強部位無翼墻的要求，限制框支柱的截面高度，剪力墻厚度的確定因結合框支梁鋼筋水平段的實際錨固需求；②在不小于框支梁實際寬度的范圍當中合理設置暗柱和配筋等；③對框支梁所傳的集中荷載進行局部抗力驗算。

2.3 規則性問題

規則性是高層建筑結構設計中的另一常見問題，相關規范在這一方面提出了很多要求，且明確指出高層建筑嚴禁采取嚴重不規則的結構設計方案，因此在實際設計工作中應對其予以高度的重視。舉例來說，有一擬建39層、房屋高度為152m的高層建筑工程項目，其平面為熨斗形；為了使得人員能夠在樓內欣賞到自然海景，且當地抗震設防度為Ⅷ度，設計地震基本加速度值為0.3g；此建筑結構設計中在核心筒偏于底部和底部角的位置處設置了轉角墻，因頂部是開口設計，進而存在抗扭剛度不足的問題。為了對這一問題進行較好的解決，經過計算發現，地震作用下的平面開口位的扭轉位移要明顯大于規定限值，因此結構方案擬在該位置出增設八字形的偏心支撐，如圖1所示，最終保證了結構設計的合理性。由此可見，高層建筑結構設計應強調其規則性。

圖1 偏心支撐示意圖

2.4 扭轉問題

扭轉問題指的是在高層建筑進行結構設計的過程當中沒有實現“三心合一”的要求，即幾何形心、剛度中心和結構重心，進而導致在水平荷載的作用之下產生了扭轉振動效應，因此，高層建筑結構設計中應盡可能的選擇矩形、圓形等平面布局方式；在設計“T、L、十”形等不規則的結構形式的時候，應保證凸出部分厚度和寬度的比值在規范要求之內，對結構的自振周期實現合理的控制。

3 結束語

綜上所述，高層建筑是城市化進程中的代表性標志之一，與普通建筑相比較而言，高層建筑能夠有效的節約土地資源，在工程項目建設中已經實現了廣泛的應用。對于高層建筑而言，其結構設計和建設質量、使用壽命、效益獲取等方面均具有十分緊密的聯系；然而，從高層建筑結構設計的現狀來看，由于受到多種因素的影響，在超高、剪力墻框支梁支放、規則性以及扭轉設計等環節中還存在著一定的問題，不僅無法保證建筑工程的安全性，而且還對社會的健康發展產生了不利的影響。因此，在對高層建筑結構進行設計的時候，應對水平力設計、抗震設計和軸向變形設計等方面加以注意，并堅持具體問題具體分析的原則，切實提高高層建筑結構設計的合理性，以促進我國建筑業的健康發展。

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[3]甄慶華.廣州某超高層建筑結構設計的關鍵性問題研究[D].華南理工大學，2012.

TU973.2

A

2095-2066（2016）34-0182-02

2016-11-22

陳 彪（1984-），男，江西南昌人，工程師，本科，從事結構設計工作。