高層建筑結構設計難點分析

蘆凱鵬 王睿宗

【摘 要】在現在的大規模的城市建設中，高層建筑的比重正在提高。高層建筑作為建筑業的新產品，有著廣闊的發展前景，有著其他的建筑所沒有的復雜性和可變性。現在，更多的新型建筑設計方案以空前的速度出現在城市建設中。建筑物的類型越來越復雜，高層建筑的結構設計體系也越來越多樣化。這對于高層建筑結構設計者來說是一個很大的挑戰，基于此文章就高層建筑結構設計難點展開論述。

【關鍵詞】高層建筑；結構設計；難點；對策

引言

隨著城市發展速率逐步提升，城市發展資源利用效率提升，逐步成為房產開發的主要趨向。高層建筑，就是城市土地資源高效利用的代表。為了進一步發揮城市高層建筑，在城市資源高效利用中的作用，就必須準確把握結構設計環節的實踐要點。

1高層建筑結構設計指導理論

高層建筑結構設計，是指在高層建筑模型規劃階段中，設計人員結合高層建筑的相關要素，開展高層設計條件的綜合調節。一般來說，高層建筑結構設計時，設計師需結合高層建筑的地理特征、施工方法、以及建筑設計的一般特征等條件，對建筑結構設計要點的把握，因而，其實踐過程具有關聯性、基礎性的特征，設計人員在把握技術實施要點時，需從其項目具體結構設計條件整合策略。同時，高層建筑結構設計過程中，設計人員也必須保障設計創新點，與高層建筑結構的建筑方案結合在一起，確保高層建筑結構設計美觀性與可靠性的協調統一，這也是把握其結構設計的理論基礎。

2高層建筑結構設計難點

2.1高層建筑結構設計中扭轉效應的控制

2.1.1應當均勻、對稱的布置抗側力結構

堅持均勻、分散、對稱的基本原則參與高層建筑結構設計，是結構工程師須重視的。

在設計過程中，為做好扭轉效應的控制，應當確保結構質量中心與剛度中心盡可能讓的接近。如果二者偏離較大，則會造成高層建筑結構的抗側力構件布置不均勻，那么建造的高層建筑結構就會在地震作用下發生較為明顯的扭轉效應，不利于結構安全保證。

2.1.2應當確保平面剛度的均勻

平面剛度的均勻與否，決定了處于地震作用下的高層建筑結構是否出現扭轉破壞這一現象。在結構設計過程中，結構工程師要充分考慮所有影響剛度均勻與否的因素，其中如何布置剪力墻是一個重要的指標。

在設計中，并可以將剪力墻集中布置在結構的一端，這是因為在地震作用下扭轉效應會很大，不利于結構主體的安全穩固。則需要考慮對稱布置的剪力墻，確保有一個均勻的平面剛度。

2.1.3應當提升結構的抗扭剛度

在高層建筑結構設計中，遵循力學原理可知，如果構件離質心越遠，則其就具有較大的抗扭剛度。未有效提升高層建筑結構的抗扭剛度，應當在結構周邊布置剛度較大的抗側力構件或剪力墻。除此之外，可采取的措施還包括以下幾點：

（1）采取局部加強四周框架梁剛度的框架結構設計方案，即將L形剪力墻布置在高層建筑的四角部位；（2）增加剪力墻的厚度；（3）增加周邊剪力墻連梁的高度，具體是把樓面到窗下部分做成連梁，預留合適大小的窗洞，可以有效提升高層建筑結構的抗扭剛度。

2.2高層建筑結構的抗倒塌設計

對于高層建筑結構設計而言，抗倒塌設計是一項重要的工作。結構工程師往往在設計中優先選擇最經濟的辦法，其中提高結構中重要構件的延性是一個很有效的方法。對于不同類型的高層建筑結構，應當采取不同的抗倒塌設計方法，如那些結構相對簡單且剛度沿高度均勻分布的高層建筑，可以考慮提高底層構件的延性的方法；有部分高層建筑存在不規則立面，就需要在體形突變處考慮適當增強樓層構件延性的方法；很多高層建筑屬于大底盤類型，為提高其抗倒塌能力，可采取提升高主樓與裙房頂面相銜接的樓層中構件的延性的方法。

在高層建筑設計中做到“強柱弱梁，強剪弱彎，強節點弱桿件”，有助于結構在地震發生時快速進入彈塑性狀態，有效的吸收地震所發散出的能量，增強結構主體抗御更高烈度地震的能力。地震發生時，受強震作用，高層建筑結構的內力分配有著一定的規則，是依據結構框架中各構件的實際承載力進行受力分配的，而構件截面的實際配筋決定了構建承載力大小。

因此，在高層建筑結構的抗倒塌性設計時，要格外重視構件截面縱向鋼筋的配置情況。需要注意的是，過多配置構件的配筋會出現“強梁弱柱，強桿件弱節點”的問題，直接的結果是導致在地震作用下出現構件“小震不壞”，但由于延性結構缺乏會導致大震倒的問題。

3更好的實現高層建筑結構設計的具體方法

3.1做好高層建筑結構不良地基處理設計

從高層建筑結構設計的整體觀點來看，在此基礎上需要完善設計的需求，滿足不良的處理，使得在整體的設計上保證重要的過程和內容。認真認識高層建筑基礎設計中不良地基處理的主要要求和技術要點，形成更規范的控制，更準確地控制地質和基礎。為了完善和提高地基的穩定性，就要保證在此的安全性能，堅持以高層建筑結構設計的方案來實現技術和工作及其組織，同時還要嚴格實現高層建筑設計的標準，在此階段需要強化及基本原則，把握好各項基礎設計中最中心的參數和規則。同時在此基礎上，還要保證設計的質量，對于高層建筑結構設計上來說，不斷的強化基礎設計和應用程序，全面掌握了高層建筑的基本要點，形成了高層建筑基礎的處理的多樣化設計方案。以在安全可靠的基礎上保證經濟合理的原則，確定了高層建筑不良地盤處理的最終設計方案。

3.2做好高層建筑結構穩定性設計

為了完善高層建筑的結構穩定性，就要堅持以科學的設計和計劃。高層建筑的結構穩定性計算分析了高層建筑主體結構系統和局部系統的關系，提高了高層建筑的協調性和連續性，避免了高層建筑框架設計中的結構性失穩和承載力不足。高層建筑結構在進入主體結構部分設計時，強調結構的穩定性和連續性，通過合理的概念設計和科學的計算，形成系統、科學的主體和其他結構的連接關系，提高高層建筑結構的穩定性。在高層建筑框架的附屬部分設計中，需要分析和利用剪力墻、框架結構和梁柱結構的細節，設計和計算高層建筑結構的應力和有負荷條件的平衡和穩定。在優化和強化高層建筑結構的穩定性，結合不同的剪力墻和墻柱穩定位置和使用，使得各梁柱上的高度保持一致，在此階段上，堅持以提高高層建筑的連續性和穩定性來完善，使得高層建筑結構的功能上穩定化。

3.3做好高層建筑材料應用結構設計

材料的應用和設計是高層建筑結構設計的關鍵。在材料的應用設計中，根據由基礎工程、主體結構和相關層所連接的重要部位，確定了鋼筋和混凝土的受力范圍，在確定部件和主題構造上，堅持以參數和類型來實現高層建筑結構的額設計和材料，考慮高層建筑結構的特征，從結構功能的角度來看材料應用設計的合理性，不斷的走科學性和優化方案，使得在此操作上完善設計方案。在材料的應用和設計過程中，必須建立基礎技術和參數系統，堅持以高層建筑材料和配送的工作，以完善優化和應用結構，使得在建筑材料商和施工上更加穩定。

結語

隨著各地越來越重視高層建筑的建設，對其結構進行科學合理的設計也就成為了結構工程師重要的工作。而高層結構設計工作較之于多層結構有著更復雜、更繁瑣的計算和分析過程，任何一個環節的遺漏或錯誤，都有可能導致高層建筑結構在安全穩定性上的致命缺陷，給高層建筑施工帶來安全隱患，無法達到國家或行業相關標準規定的質量安全。因此，為了完善高層建筑結構設計就要堅持以現代建筑設計與發展理論為主，對現代城市高層建筑結構設計創新具有指導作用。所以，設計過程中要仔細分析高層建筑結構設計的難點，以便更科學的進行設計。

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（作者單位：1河南省醫藥設計院有限公司；

2甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院）