關于高層建筑結構設計關鍵性問題的探討

彭寧

摘要：高層建筑對塑造城市的美麗形象具有突出貢獻，人們經常把它與現代化的大都市緊密聯系在一起。如今，隨著經濟社會的飛速發展，我國的建筑行業迎來了美好春天，高層建筑在現代建筑中越來越多。與此同時，高層建筑在結構設計方面發生巨大的變化，是現代建筑建設的核心，但是我國在高層建筑結構設計方面仍然存在某些不足以及各種問題，因此研究高層建筑結構設計的關鍵性問題就具有非常重要的現實意義。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；關鍵性問題

在一定程度上，高層建筑反映著城市的繁華和社會的進步，由我國高層建筑的發展趨勢進行分析，200米以上的高層建筑十分常見，使得高層建筑的結構設計問題逐漸引起人們的重視。隨著建筑行業的高速發展，高層建筑逐漸成為現代建筑的主角，人們在高層建筑設計方面需要作出巨大的思考和突破，研究高層建筑在結構設計方面存在的問題，并將問題盡快解決是關鍵。高層建筑結構設計就變得尤為重要，因為其直接影響著高層建筑物的質量與使用問題。

1 高層建筑結構設計的特點

高層建筑在進行結構設計時，要考慮建筑物能夠承受水平方向的荷載問題，這關系到建筑物能否抗擊地震以及暴風等惡劣的自然環境對高層整體結構帶來的影響。同時，設計人員又要考慮承受垂直方向的荷載問題。只有在水平和豎直方向兩個方面的相互協調，才能完成抗重力和抗側力工作。

2 高層建筑的結構體系

2.1 體系的分類和選用原則

按照建筑高度、使用功能要求不同，以及建筑合理安全、可靠經濟、防火防水的設計原則，將高層建筑結構體系分為框架結構體系、剪力墻結構體系和框架-剪力墻結構體系等等。在高層結構設計中主要采用鋼筋混凝土結構、鋼管混凝土結構、型鋼混凝土結構以及全鋼結構。在當今社會，我國高層建筑主要運用材料是鋼筋混凝土結構。在選用高層建筑結構體系時，人們不僅要考慮其安全和經濟性問題，還要根據建筑的高度和施工環境來進行選擇，與此同時，高層建筑結構還需要具有較強的承壓能力。

2.2 高層建筑材料的結構分析

在當今社會，我國在高層建筑設計建設中使用最為普遍和廣泛的材料是鋼筋混凝土材料，這是因為鋼筋混凝土材料不僅能夠發揮自己的性能，而且結構剛度大，耐久性較強，同時維護和保養過程中所需要的成本費用比較低，可以有效地適應高層建筑結構設計，因此在建筑行業，鋼筋混凝土材料由于其良好的性能被廣泛應用于建筑領域。為更好地發揮鋼筋混凝土良好的性能，在選擇材料時要注意材質問題。

2.3 高層建筑中結構體系的選擇

（1）框架結構體系。框架結構是由橫縱兩個方向的梁柱組成，它既可以承受水平方向荷載，又可以承受垂直方向荷載。該結構的主要優點是建筑立面處理比較方便，平面布置比較靈活，而且還具有比較大的建筑空間，在高層建筑中該結構體系應用十分廣泛。但是框架結構體系也存在一定的缺點和不足，比如說橫向剛度比較小，當建筑樓層層數超過某一值時就會發生側移，從而導致非結構性構件受到損害和破壞而影響使用。

（2）剪力墻結構體系。該體系是鋼筋混凝土構成的承重體系，剪力墻經常被稱作為抗震墻或抗風墻。該墻的優點是剛度大，整體結構性良好，而且在水平方向的荷載作用下墻體不易產生變形，同時具有較強的承載力，沒有梁柱外露，房間整體看起來比較美觀。該結構雖然在高層建筑應用比較多，但是存在某些不足和缺點，比如說剪力墻不可以被輕易地拆除和破壞，因而這對于形成較大的空間大大不利。

（3）框架-剪力墻結構體系。毋庸置疑框架-剪力墻結構是將框架和剪力墻的優點結合為一體，在這種情況下高層建筑結構不僅增強了其自身的抗震性能，而且還滿足了高層建筑布局的靈活性以及不同建筑功能的需求，但是剪力墻的大量存在也產生一些弊端，會影響建筑的經濟性和使用性能，若減少剪力墻的使用，建筑物側墻的壓力會增大進而出現變形現象。

3 高層結構設計的相關問題

3.1 高層建筑的超高問題

超高問題是目前高層建筑結構設計中普遍存在的問題，我國對于高層建筑的抗震性能要求十分嚴格，這就對高層建筑的高度問題提出了新的規定和要求。在進行高層建筑結構設計時，我們要防止由于結構類型的改變而致使超高問題出現的情況發生，杜絕類似的問題出現。設計人員在設計過程中要仔細認真地設計和審核高層建筑設計中的結構設計方案，及早有效地解決在設計過程中存在的超高問題。

3.2 高層建筑的扭轉問題

高層建筑結構設計中三個比較核心的問題是幾何形心、剛度中心以及整體結構的中心。而高層建筑扭轉問題的關鍵在于設計的時候能否將這三個核心進行重合，如果未將其重合，造成建筑物在水平壓力下將出現扭轉問題。設計人員在進行設計時要合理地對平面進行布局，在一定程度上不但要避免，而且還要預防建筑物出現的扭轉問題，在高層建筑設計中要保證幾何中心、剛度中心以及整體結構中心三個核心的重合。

3.3 嵌固端設置問題

在當今高層建筑物中，進行結構設計時都會配置地下室，因而在地下室頂板的位置設置高層建筑的嵌固端。高層建筑嵌固端的使用對建筑基礎提出了一定的要求，即該基礎需要具有一定的埋置深度，這樣做的目的是既保證整體結構的穩定性，又能對減弱地震帶來的強烈反應，起到一定的緩沖作用。設計人員在進行高層建筑嵌固端設置時一定要保持認真細致的工作態度，避免由于設置嵌固端而修改設計方案，在今后工作中造成不必要的麻煩。

3.4 受力性能問題

設計人員在準備高層建筑物的設計方案時，一般對建筑的具體結構特征很少考慮，考慮比較多的是高層建筑物的空間結構問題，這樣導致高層建筑物的受力性能存在著某些問題和不足。因此設計人員進行高層建筑的結構設計時，不僅要明確選用的結構體系中向下作用力與地基承載力兩者之間的關系，而且在方案選擇階段時，還需要對主要承重部位的數量和布局進行總體設計

3.5 高層建筑的基礎設計問題

在進行高層建筑設計中，最基礎、最關鍵的設計就是基礎設計問題，這是因為高層建筑物所受到的各種各樣的荷載都需要通過基礎后再傳至到地基，即基礎起到一個“承上啟下”的作用。高層建筑的特點是層數較多，上部載荷較為集中并且較大，因此基礎必須埋置足夠的深度，其埋置深度必須要滿足于地基穩定和變形的相關要求，這樣做才能提高建筑物的抗震性能，防止建筑物出現坍塌、傾斜的情況。

4結束語

綜上所述，隨著經濟社會的高速發展，建筑行業得到空前的發展和提高，隨之而來的高層建筑的數量越來越多，其高層建筑的安全問題已經受到了大部分人的重視。然而高層建筑結構設計的合理性與建筑本身的安全和質量有著千絲萬縷的關系，為此，設計人員不但要明確高層建筑的結構特點，而且還要在熟悉可能使用的結構體系類型的基礎上，對設計中的一些關鍵環節進行分析，比如選擇比較適合的抗側力結構體系，從而避免超高問題的出現，與此同時，還要加強地震荷載的計算和重力載荷的計算，這樣不僅保持了結構整體的穩定性，有提高了抗震性能，因而高層建筑的整體質量得到了有效地提高。同時，在面對高層建筑結構這一關鍵性問題時，相關研究人員要投入大量資金，加大對高層建筑結構設計的研究，還要加強對專業技術人才的培養，從而促進我國高層建筑行業向著又好又快的方向發展。

參考文獻：

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（作者單位：上海三益建筑設計有限公司）