高層建筑結構設計的問題及對策

張 向 前

(山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012)

高層建筑結構設計的問題及對策

張 向 前

(山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012)

在分析高層建筑特點和結構設計原則的基礎上，從超高問題、規則性問題、短肢剪力墻設計等方面，對其現存問題及對策進行了探討，目的是提高高層建筑結構設計水平，提升高層建筑的建設質量。

高層建筑，結構設計，問題及對策

隨著我國城鎮化建設進程的逐步加快，我國建筑可用地面積逐年減少。同時，建筑結構設計和科學技術的水平也在不斷提升。高層建筑由于其占地面積小、可容納人數多等特點，在我國各城市建設數量逐年增多，而且有高度越來越高的趨勢。高層建筑的結構設計復雜，設計水平直接影響建筑質量以及后期的養護工作，因此提高高層建筑的機構設計的科學性、合理性，有利于提升建筑物的居住舒適度，提高建筑物的抗震性能、穩定性、抗風性等，使建筑物安全、穩定。本文重點分析目前我國高層建筑結構設計存在的問題及對策，目的是為高層建筑工程項目提供實踐指導意義。

1 高層建筑結構的特點

1)荷載特點。高層建筑由于高度較高，需要承載垂直荷載的同時還需要承受水平荷載，其中垂直荷載是由建筑物自身產生的，在一般建筑物中也存在垂直荷載，而高層建筑的垂直荷載一般要大于普通建筑；水平荷載主要是由外界風力所造成的，高層建筑由于層高較高，會承受較大的水平荷載。此外，高層建筑對于抗震的性能也有較高的要求。地震和風力會對高層建筑產生很大的影響，是產生荷載的主要因素。

2)位移特點。在高層建筑的結構設計中，保證建筑物抗位移的設計是核心。隨著建筑物高度的逐漸增高，高層建筑的位移會以較快的速度增長。較大的位移一方面會影響人們居住的舒適度，另外還會損害建筑物主體的結構構件和非結構構件。因此，在進行高層建筑物結構設計的過程中要將位移控制在合理的程度內，保證建筑物的舒適度及使用質量。圖1給出設計方案階段

對建筑物位移曲線的繪制。

2 高層建筑結構設計的原則

1)選擇合理的計算簡圖。計算簡圖是高層建筑結構設計的依據，計算簡圖出現問題會直接影響建筑結構的合理性，進而引發安全事故。此外，要科學、合理的選擇構造方法，建筑結構設計的節點不應當局限在鉸節點或鋼節點，而應當以減小誤差為目的選擇合理的構造方法，將計算簡圖控制在規定范圍內。

2)選擇合理的基礎設計。基礎設計是建筑結構設計的基礎性工作，要在對建筑施工現場的地質條件認真勘察的情況下進行。同時要針對建筑的結構類型和荷載特點進行系統性的分析，要全面考慮建筑周邊的建筑物、橋梁等的影響。在綜合考慮上述因素的情況下，選擇科學、合理的基礎設計方案，能夠最大限度的發揮地基的潛力。

3)選擇合理的結構方案。合理的結構方案一方面能夠滿足高層建筑物結構體系和結構形式的標準化要求，另一方面還應當充分考慮經濟投入，盡量節省施工成本。高層建筑物的結構體系要求是受力明確、傳力簡單。相同的結構單元選用的應當是相同的結構體系。在綜合分析項目地理條件、施工條件、投資預算、施工材料、工程設計需求等的基礎上，確定最佳的結構方案。

4)對計算結果進行準確分析。隨著計算機和信息科學技術的不斷發展，計算機軟件被廣泛應用在建筑結構設計中。不同的計算軟件使用的計算模型和參數分析方式不同，因此可能得出不同的設計結果。因此設計人員要在充分了解軟件的適用范圍和適用條件的基礎上，選擇合適的軟件進行計算。此外，要盡量避免使用軟件過程中出現人工輸入誤差的問題，高度重視軟件本身缺陷造成的計算誤差現象。結構設計工程師應當在得到計算結構之后進行認真的復核，以確保計算結構的正確、合理。

3 高層建筑結構設計存在的主要問題及對策

1)超高問題。

對于高層建筑來說高度并不是可以無限制增高的，而是要遵守嚴格的設計規定、能夠滿足抗震的要求。我國對于高層建筑高度有著明確、嚴格的規范，新的建筑設計規范中將傳統的A級限制高度進行細化后，增加了B級高度，進一步改進了高層建筑結構的設計方法和措施。在實際施工的過程中，對于發現建筑物超高的設計圖紙，在審核階段將不予以通過，需要對圖紙進行重新設計后由相關專家進行論證。一旦出現這樣的問題，將會大大影響建筑施工項目的施工進度。

2)規則性問題。

我國對于高層建筑結構的規則性問題也有著明確的規定和限制。包括對結構嵌固端的上層與下層之間的剛度比、對平面規則性的規定等。在我國的新規范中還明確規定了高層建筑結構中禁止采用不規則的設計方案。

3)短肢剪力墻設計。

在我國建筑設計新規范中，規定墻肢界面高度和厚度比在5～8范圍內的墻為短肢剪力墻，高層建筑中對短肢剪力墻的使用有明確限制，應當在實際設計中盡量減少或避免使用短肢剪力墻。在必須設置短肢剪力墻的情況下，需要根據工程實際嚴格控制墻體的厚度，一般控制在0.2 m～0.3 m的厚度最為合適。同時也要注意控制墻體的光滑度，墻體過厚、過薄或凹凸不平，都會威脅墻體的安全性和穩定性。可以采用將短肢剪力墻與較長的墻體整合在一起的方式來增加墻體的安全性。剪力墻的平面長度應當保持較短且減少扭轉的問題，要盡量避免豎向布置的嚴重不規則的短肢剪力墻墻面設計。圖2中給出常見的短肢剪力墻截面柱設計。

4)嵌固端的設計。

在高層建筑中一般會配有兩層或兩層以上的人防設施或地下室，嵌固端一般就設在人防或地下室的頂板位置。設計人員要充分考慮到嵌固端設置后可能帶來的問題，包括嵌固端樓板的設計，嵌固端上層和下層的抗震等級設計，協調嵌固端位置和抗震縫隙設置的協調性、合理性。

5)箱、筏基礎底板的問題。

在高層建筑中巨大的荷載容易出現偏心的問題，從而導致箱、筏基礎底板很容易出現沉降的嚴重后果。為了解決這一問題，一些箱、筏基礎底板使用挑板，但是挑板陽角的大小等的選擇會對建筑物整體的穩定性產生影響，因此需要認真的選擇和計算。通過在箱、筏基礎底板添加挑板可以對邊跨鋼筋起到調勻的作用，從而

避免由于加大底板通長筋而造成的邊跨鋼筋問題，此外挑板還能減少基底的附加應力。在天然地基的基礎上增加和使用挑板，可以控制整體的沉降，從而對整體的傾斜和沉降差進行調整。增加挑板的位置需要認真分析，對于在地下室窗井位置排列密集橫隔墻的位置要認真進行計算，對于地下水位較高的位置，則需要考慮挑板抗浮的問題。此外，可以對箱、筏基礎地板的挑板進行科學設計，對于底面積陽角面積較小的問題，可以使用直角，而對于懸挑的陽角部分，可以保持不變或不使用輻射筋。

6)關于扭曲的問題。

建筑結構設計有“三心”的要求，即幾何中心、剛度中心、結構中心，在設計過程中要遵循三心合一的原則。然而，在實際的高層建筑設計過程中，普遍存在三心不規范的扭曲問題，無法實現真正的三心合一。在存在水平壓力的情況下，高層建筑會出現扭曲振動的問題，從而帶來巨大的安全隱患。通過使用現代化的計算機技術，可以實現三心合一。在建筑結構設計領域，可以充分利用現代化的先進計算機軟件，進行參數的優化或計算，全面實現建筑結構涉及的先進性、科學性和節約性。例如，可以使用計算機輔助設計CAD技術，提高結構設計的效率和安全性。此外，使用現代計算機和信息技術還能夠提高軟件設計方案的準確性。目前市面上用于建筑設計的軟件產品眾多，不同的產品適合的設計場景和應用模式各不相同，設計人員需要熟練掌握并深入了解不同軟件的特點，選擇最合理的軟件進行方案設計。

4 結語

隨著我國城市化進程的加速發展，以及國家經濟快速發展、科技水平的進一步提升，高層建筑必將是我國城市建筑設計的發展方向，高層建筑對土地資源的高利用率適合我國的城市發展要求。但是高層建筑設計還存在諸多問題，影響了人們的居住舒適度，也影響了居住的安全性，因此提高我國高層建筑結構設計水平，改善現存的問題，在設計過程中實施科學的管理措施，提供設計人員的技術水平等，對于解決現存問題有著重要意義，也是提高高層建筑質量的必要手段。本文重點分析目前我國高層建筑結構設計存在的超高問題、不規則問題等，并對短肢剪力墻、箱筏基礎底板、嵌固端等結構設計問題進行探討。

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[4] 楊佩琨.高層建筑結構設計的問題與對策論述[J].四川水泥,2016(12):72.

On problems in high-rise architectural buildings and their strategies

Zhang Xiangqian

(ShanxiCommunicationsPlanning,SurveyandDesignInstitute,Taiyuan030012,China)

Based on the analysis of the features of the high-rise building and the structural design principle, the paper explores the problems and their strategies from the overheight problems, problem in regulations, and short-leg shearing wall design, so as to improve the design standard for the high-rise buildings and promote the construction quality of the buildings.

high-rise building, structural design, problems and strategies

1009-6825(2017)20-0048-02

2017-04-12

張向前(1990- )，男，助理工程師

TU318

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