城市高層建筑結構設計特點及相關問題

馬萬興

【摘 要】由于高層建筑規模的逐漸擴張，高層建筑也越來越多，結構設計走向復雜、形式變化多樣，本文對城市高層建筑結構設計特點進行了分析，并對其中的相關問題進行了總結，希望能夠為從事相關工作的人員提供一些理論上的幫助。

【關鍵詞】高層建筑;結構設計;設計要點

隨著我國城市人口數量的增加，對居住要求也逐步提高。近些年來我國對于高層結構建筑的修建專注度高近，但發現在設計結構中，會出現一些比較棘手的問題，本文對城市高層建筑結構設計特點進行了分析，并對其中的相關問題進行了總結，希望能夠為從事相關工作的人員提供一些理論上的幫助。

一、高層建筑的概述

高層建筑，指超過一定高度和層數的多層建筑，在美國的高層建筑為24.6m或7層以上;在日本的高層建筑為31m或8層及以上;英國視不小于24.3m的建筑為高層建筑，然而2005年起中國規定高層建筑的標準為，超過10層的住宅建筑或大于24m高的公共建筑物及綜合性建筑。高層建筑擁有縮短公共設施、節省用地面積、減省政府投資、快速建設城市等特點，進而帶來社會和經濟效益。

二、結構設計原則

（一）計算簡圖

計算結構的工作是按照簡圖計算為基礎展開的，如果簡圖計算的不當選擇，會頻繁產生結構安全問題，所以保證結構安全的必要條件，是計算簡圖的正確選用。并且為了保證簡圖在實際中適用，計算簡圖的構造應有一定的措施。當實際的節點不是鉸結或剛結，則實際上簡圖誤差技術需控制在一定范圍內。

（二）基礎方案

基礎設計需要按照現場施工地質條件，綜合整理分析上層結構的類型、載荷的分布情況、施工條件和相鄰建筑的影響等，挑選出經濟適應的基本方案，發揮地基最大限度的作用，地對基進行變形驗算。

（三）結構方案

完善的結構體系需要做到受力清晰，傳力簡單，不同結構的體系混合不適用于同一簡單的結構單元里，比如處于地震區就須考慮豎向和平面規則。根據工程角度來說，就是對其所有情況進行分析，并協調各方面的供應商，進而進行設計適當的結構方案，確定對應的方案。

（四）計算結果分析

目前我國在進行結構設計過程中會采用計算機技術的形式，但由于計算軟件眾多，且不同的軟件會導致層出不窮的計算結果。所以，工程設計師需要對軟件有足夠了解，這樣才不會在使用軟件輔助計算時，對計算結果造成影響。

（五）采取構造措施

結構設計不僅要注意構件各方面的性能，還需要牢記原則，增強部位薄弱處的受力性，注鋼筋錨固的長度、力度等。充分考慮溫度應力對結構材料的影響。

三、結構設計要點與難點

高層建筑結構的設計有以下重要的要點：嚴格把控高層建筑體型的高寬比值，確保穩定性;考慮高層建筑遭受強擊時所產生的水平側向力;保持建筑體型、剛度勻稱性，減少整體結構的薄弱環節;考慮如何在重量大、基礎深的地質情況下確保設計技術安全可靠。

（一）抗震結構

高層結構設計過程中的難點便是抗震結構，在結構設計過程中，設計人員靈活性不夠，導致忽略科學合理的設計規劃地震。往往復雜的高層結構，會使設計人員對抗震計算不精確，進而導致不完善的結構設計，導致在地震災害中高層建筑的強烈破壞。

（二）抗風結構

導致風在建筑表面的空氣動力效應和流動性，原因在于高層建筑樓層多而高。所以會對高層結構的薄弱部分產生靜力、動力形式的震動，特別是動力震動對高層支撐構架、裝飾結構等具有重大影響，所以必須設計抗風結構設計，減輕破壞建筑物結構。

（三）扭轉問題

建筑結構的建筑依據：結構重心、剛度中心、幾何形心，在設計高建筑結構時，需將建筑三心做到三心合一。若未做到三心合一，在水平力的作用下，扭轉問題會在建筑中產生，將會破壞建筑結構。

（四）消防設計

在我國相對應的規范中明確要求，合理科學的消防設計是高層設計必須進行的。但是其消防設計存留一些設計難點，如使用易燃性高的材料、高層構架易蔓延火勢、高層結構較難的疏散性、高層結構較難設計的排煙系統難設計、高層結構居住人口較多等。

四、解決對策

（一）合理平面布局

高層建筑在設計結構過程中，出現扭轉問題原因是由于三心未合一導致分布不勻稱的建筑物質量。因此在設計時，設計人員應該對高層建筑采用有規則圖形，避免采用復雜的平面形式。例如：正方形、長方形、正多邊形等。特別的環境與結構情況下，設計需要進行規范處理，避免過大的建筑結構突出，保持結構的對稱性。

（二）優化抗風結構設計方案

優化高層建筑結構，首先是基礎優化，確保高層建筑結構良好的抗風性以及基礎牢固，其次是增加設計高層建筑耗能結構。在高層建筑結構設計進程中，對應利用相等的非承重構件對建筑的影響。再者是減弱高建筑中的風力疊加、作用在水平方向力的影響。在風力的作用下，結構內力很大程度上會在高層建筑上生成。在兩個影響因素作用下，巨大的水平作用力會在結構內力中形成，大程度的影響建筑物。因此，設計過程中要管控水平力相對建筑的程度影響，并且施工利用高性能混凝土，進而減弱出現結構內力。驗算高層建筑的相關承載力、抗風力，進一步確保高建筑物結構的抗風性。

（三）優化抗震結構設計方案

布置合理的抗側力構件，在高建筑設計過程中，為了高效地降低地震過程中建筑被破壞需要保證對稱的水平方向，從而升連續和穩定的結構，提高有效的抗震能力;增加地基抗震能力，在地震過程中，高層結構的地基容易遭到破壞，通過對樁基增加埋深，基礎的抗震能力得以增加。通過設計剪力墻的高性能，從而高效率的提高在地震發生中，建筑內力的吸收能力，控制建筑中的位移，達到抗震的目的;簡化、一體化的高層結構構件，設置簡單的扶壁、筒口、簡腳，完成建筑物相對稱的目標。

結束語

雖然在建設方面高層建筑的迅速發展，但僅分析設計的質量方，結果卻不盡人意。因此，相關結構設計師不能只是重視計算結構準確性的同時，而忽視實際施工情況，而是需要設計能被選擇的合理的結構方案。根據實際的情況，結構設計工程師進行具體的分析，并且利用自身所擁有的理論知識結合已有經驗適當處理實際設計建筑過程中遇到的問題。

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（作者身份證號碼：410521198407050053）