高層建筑結構設計要點分析

王玉菲 甄少凱 譚新 孫金輝

摘要：高層建筑物的出現，極大地改善了城市人群的居住環境，也有效地豐富了城市建筑物的類型。在高層建筑結構設計的過程中，不僅要滿足建筑物本身的各種特性，還要結合具體的使用目的、環境安全進行專業有效的設計，并對結構內部的各個要點進行可靠設計，以最大化地滿足高層建筑的優勢發揮。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;要點

一、高層建筑結構設計中存在的問題

（一）設計中計算簡圖使用問題

在高層建筑進行結構設計的過程中，存在著計算簡圖不準確的現象。高層建筑的建筑高度很高，相比多層建筑需要進行更嚴格的設計與計算，結構本身需要承受更多的荷載，但是在部分高層建筑物的結構設計過程中，對建筑物承受的外力計算不準確，不能合理地將各種外力影響因素進行分析、計算，計算簡圖與實際建筑物的結構體系有偏差，造成整體建筑物的結構計算結果有誤，影響高層建筑物的施工和使用安全。

（二）設計中嵌固端位置選取問題

在高層建筑物的設計過程中，嵌固端位置的選取問題，影響了設計的合理性和安全性。嵌固端位置的選取對整個高層建筑物的結構設計非常重要，在某些設計中，簡單地默認地下室頂板為建筑的嵌固端，這樣的設計很不合理，是當前結構設計中的主要問題。另外，并沒有對地下室頂板的剛度進行精確的計算，如存在樓板開大洞的情況，造成地下室頂板剛度損失過大，使頂板作為嵌固端的條件不足，很可能造成結構安全隱患。

二、高層建筑結構設計要點的對策分析

（一）對計算簡圖合理使用

在高層建筑結構設計過程中，要善于合理地應用計算簡圖。計算簡圖指用一個簡化的圖形代替實際結構，反映實際結構的主要性能。

高層建筑結構體系比較復雜，很難憑空想象結構的受力、傳力模式，而如果能熟練地使用計算簡圖，就能在設計之初，對整體結構有相對明確的把控，對下一步精細設計進行完善的準備，雖然是計算簡圖，但是各種設計的要素和重點應全部涵蓋，要保證從實際出發，真正地適用于該結構，以便于后期更好地進行對比和計算。

另外，在計算過程中，要對各種影響計算結果的因素進行分析，對這些影響因素可能產生的影響進行預測和計算，盡可能地準確，保證將影響因素的作用降到最低，發揮出計算簡圖的作用。

（二）對嵌固端進行合理設計

嵌固端就是預期塑性鉸出現的部位，嵌固部位應能限制結構上部構件在水平方向的平動位移和轉角位移，并將上部結構的剪力全部傳遞給下部結構。因此在選擇嵌固端時通過對結構剛度和承載力的調整，使塑性鉸出現在設計預選的位置。對于把地下室頂板作為結構嵌固端，首先，地下室的頂板標高與室外的實際地面高差，一般情況下不能高于地下1層高度的1/3。

其次，地下室頂板采用現澆梁板結構，不能開設大面積孔洞，使樓板剛度滿足設計的要求。要保證整個結構的承載力能夠得到順利的傳遞，在實際施工過程中，地下室頂板的厚度要在180 mm以上，混凝土的等級也要在C30以上，配筋率不小于0.25%才符合結構規范要求。如地下室頂板不能滿足成為嵌固端的相關要求時，應將嵌固端移至結構的最底部，即地下室底板。對于不帶地下室的結構，地震作用下結構塑性鉸一般出現在結構最底部，基礎面作為結構嵌固端。

（三）對結構扭轉進行合理設計

1、結構抗側力合理布置

在高層建筑結構設計的過程中，要依照均勻、分散、對稱的原則進行設計，尤其是在進行結構扭轉設計的過程中，更要注意嚴謹遵循這些原則。在設計過程中，為了更好地控制結構扭轉的現象，要對結構的質量中心和剛度中心之間的距離進行必要的控制，如果兩者之間的距離太大，則會出現高層建筑整體抗側力分配不均勻的問題，一旦出現如地震、強風等影響，會造成高層建筑整體扭曲的現象。

2、平面剛度均勻性增強

在高層建筑結構設計過程中，要對平面的剛度均勻性進行有效的增強，使其更好地保證設計的合理和穩定。平面剛度的設計在整個結構設計中發揮著降低扭轉破壞程度的作用，如結構平面剛度分布不均，在結構發生扭轉時，抗側剛度弱的一側就會出現很大位移，導致結構發生扭轉破壞，因此在設計過程中，要在合理的位置設置剪力墻。在剪力墻的設置過程中，要綜合分析整體建筑高層的情況，進行對稱、合理的布置，以最大限度地減小扭曲發生的程度，保證整個建筑平面剛度均勻性，發揮出最佳的設計效果。

3、抗扭剛度結構性增強

在高層建筑結構設計過程中，為最大地減少扭轉發生的不利影響作用，結構的側向剛度應均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度應自上而下逐漸增強，且應避免抗側力構件的側向剛度和承載力突變。一般情況下，增加剛度有2種途徑，第一種，對抗側力的剛度的提升，第二種，對剪力墻進行剛度的提升。其中，在進行剪力墻剛度提升的過程中，大多數設計會使用以下幾種方法。

（1）在設計過程中，對整個高層建筑的四周進行剛度的保障，并在四周設置L形剪力墻的設計，保證四周的穩定。

（2）對剪力墻的厚度進行必要的提高，提升剪力墻的剛度。

（3）增加剪力墻梁的高度，在增加的過程中，巧妙地使用樓層中窗下的位置，進行連梁的設計，能有效提升整個結構的抗扭剛度。

（四）對結構抗震進行合理設計

1、合理選擇建筑位置

要注意對建筑物的建筑位置進行合理的設計。首先，要對建筑物所在城市的地震情況進行詳細的了解，對地震帶的分布進行必要的勘測，在選擇建設高層建筑的過程中，不能將高層建筑物設計在地震斷裂帶的位置，這樣會增大高層建筑物的安全風險。要選擇在相對穩定，且地震影響較小的位置進行高層建筑物的設計。其次，要對高層建筑物的具體設計區域進行地質勘測，由于高層建筑物在長期的使用過程中，會對地層產生一定的沉降問題，要選擇有資質的專業地勘單位對土層情況進行檢測，避免高層建筑在后期的施工和使用過程中，出現大面積不均勻沉降現象，影響整個結構的安全和穩定，也限制了抗震結構的合理設計。

2、結構形式的選擇

不同的結構形式直接影響建筑的抗震性能。高層建筑常用的結構形式包括框架剪力墻結構、筒中筒結構、剪力墻結構、鋼框架結構等。根據建筑高度、平面布局、設防烈度等因素選擇合理的結構形式，盡可能地將抗震設計融合在整體設計中的每一個環節，才能使整個結構設計既安全又經濟。

三、結束語

以上就是對高層建筑結構設計中存在問題的分析，高層建筑結構設計涉及的方面很多，存在的問題也很多，隨著社會的進步和建筑技術的不斷發展，高層建筑也越來越多，希望本文能對高層建筑結構設計提供一定幫助。

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