城市高層建筑物結構設計問題分析

摘 要：近些年來，高層建筑在大城市如雨后春筍成為樓層建筑的主流，高層建筑是利用有限的土地資源，結合安全性、經濟性、合理性等設計的。本文主要簡單的闡述了高層結構設計的原則，以及在城市高層建筑結構設計時要注意的一些問題。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；原則

隨著我國社會的不斷發展，城市土地的利用率不斷加大，導致越來越多的高層建筑拔地而起。特別是受到國外發達國家早在上世紀就開始興起的摩天建筑的潛在影響，我國的高層建筑建設事業也在不斷取得突破，整體看來，可以說是蒸蒸日上。自古以來，我國在建筑設計方面就有很多舉世矚目的佳作，有許多建筑設計在今天看來仍然具有很大的借鑒意義。但是，以往我國的建筑設計以低層建筑為主，高層建筑的起源時間并不久遠，也是從上世紀末才開始逐漸興盛起來。所以，在高層建筑物的設計方面，我國的相關設計人員可以借鑒的經驗并不豐富。高層建筑物的設計有其自身原則可依，特別是在某些方面，不能將低層建筑物的設計方法拿來即用，需要完全遵循高層建筑設計上的某些原則。

一、高層建筑結構設計的主要原則

1. 確定合適的基礎方案

在進行總體設計之前，設計人員對于基礎設計方案的選擇，應該做好充分的準備工作。通過對施工現場的地質條件、建筑結構類型、荷載分布、周圍建筑以及施工條件等多種影響因素進行全方位掌握，并進行綜合分析，然后確定一種既經濟又合理的設計方案。同時，設計人員應該根據詳盡的地質勘測報告進行基礎設計，充分發揮地基潛力，必要情況下可以進行地基變形驗算，以確?；A設計既合理又能符合設計原則。對于同一個結構單元，設計人員應該避免使用兩種不同類型的基礎設計，以免造成基礎結構不穩定。

2. 選用合適的計算簡圖

由于在建筑設計中所有的結構計算式是在計算簡圖上展開的，計算簡圖如果選擇不當，就會得到錯誤的計算結果，最終導致施工方案的錯誤選擇，建筑物的結構安全受到很大影響，嚴重的可能會發生很多安全事故。所以，在高層建筑結構設計中必須要保證選擇合適的計算簡圖，這是保證建筑結構安全、穩定的前提條件，也是重要條件。在設計中所選用的計算簡圖還應該有相應的構造措施來給予相應的保證。理論計算與實際操作總會存在一定誤差，但是不能存在錯誤，并且誤差應該在允許范圍之內，不能超過最大的限度。在實際結構中，各個部位的節點不肯能是純粹的某一類型的節點，所以應該將這些差異性充分考慮在內，進行設計。

3. 結構方案的設計要合理

高層建筑的結構設計方案應該進行合理設計。合理的結構設計方案應該做到穩定、簡捷、經濟、規范，在具體操作中應該選擇能夠切實可行的結構設計方案。整個結構體系的設計應該使受力明確，傳力簡捷，避免不必要的累贅的力學設計。在結構設計中，還要充分考慮所選材料性質、性價比、用量等方面，通過綜合考量，選擇在各個部位能發揮最佳作用的材料。在具體的應用中還要充分考慮材料之間的力學穩定性和連接性能，以及對地質條件的綜合考量等等，將所有方面系統、全面的分析，以便選擇最合理的結構設計方案。

4. 構造措施要合理選擇

合理的構造措施能夠在很大程度上提高結構強度，因此在選擇構造措施應該充分考慮結構設計方案，通過對構件的延伸性能、薄弱部位、鋼筋錨固程度等等，來選擇相應的構造措施。在這一過程中應該始終牢記強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉原則，此外還應該考慮溫度應力對結構內各部件的影響。

二、高層建筑結構設計面臨的主要問題

1. 建筑過高

由于高層建筑物除了需要滿足使用功能外，還涉及到抗震功能的需求，因此，建筑物的高度在設計中都需要根據有關規定嚴格執行。目前，我國有關部門出臺的關于建筑物的新規范中，就建筑物的超高問題，比以往有了更加嚴格的規定，除了將原來的限高設定為A級高度以外，又增加了B級高度，并且對于超標準高度的建筑設計的處理措施和設計方法要求上都有了不小的變動。在實際建筑設計中，常有一些結構類型改變而忽略了建筑高度的問題，而導致設計內容矛盾重重，沒有通過審查，這樣給工程的正常進行帶來了嚴重影響。

2. 短肢剪力墻的設計

剪力墻是指在高層建筑物的設計中為了提高房屋結構的抗側力剛度，在其內加置的鋼筋混凝土墻體，短肢剪力墻為墻肢截面高厚比例為5～8 之間的墻。在新規范中，對短肢剪力墻在高層建筑物中的應用增加了更多的限制。所以，短肢剪力墻在高層建筑中的應用并不具有很大優勢，不僅耗費人力、物力，還需要其他設計在很大程度上對其給予配合，所以，為了減少不必要的麻煩，高層建筑結構設計中應該盡可能少采用短肢剪力墻。

3. 結構設計規則問題

由于我國高層建筑的有關標準規范隨著高層建筑的大量施工而逐漸變得更加規范，所以新規范中許多內容相較于舊規范都更加細化、完善。特別是對于高層建筑的結構設計規則方面，新規范中就增加了非常多的要求和限制條件。比如，高層建筑物的平面規則性信息、嵌固端上下層的剛度比信息等等，應該嚴格遵照新規范來進行相關設計。另外，新規范中還采用了強制性條文明確規定，“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案”，這樣一來，就要求設計人員必須嚴格執行新規范的所有條例，以這些條例為基本準則展開合理的高層建筑結構的設計工作。

4. 嵌固端設計所面臨的問題

在高層建筑物的具體施工過程中，由于實際情況千差萬別，所以嵌固端的設置方式也有多種選擇。設計人員在進行建筑結構分析之前，應該先確定結構嵌固端的位置，以免在后期施工中產生不便。高層建筑物的嵌固端可以設置在人防頂板或者地下室頂板等位置，因為高層建筑物通常都帶有二層或二層以上的地下室和人防設施。但是在此設置嵌固端，設計人員往往會忽略某些相關問題，因為嵌固端的設置需要處于一個非常穩定的環境，而如果設計人員在這些地帶沒有采取合理的外加設計，非常容易帶來安全隱患，或者為后期設計帶來大量修改工作。

高層建筑物由于其具有一定特殊性，在結構設計中，要總體把握基礎設計與各部件設計之間的協同關系，使各個階段的設計工作融為一體，并且能夠呼應。在具體的設計過程中，設計人員應該嚴格按照相關標準規范操作，在此基礎上，選擇最佳的設計方案，以提高高層建筑結構的穩定性，避免一系列問題發生。

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作者簡介

孫秋苓，女，1979年10月，現工程師聘高級工程師。

（作者單位：中建三局集團有限公司建筑設計院）