高層建筑結構設計的問題及對策探討

李帥

摘要：鑒于我國經濟發展迅速，人們對高層建筑的需求越來越大，高層建筑如雨后春筍般在各個城市中涌現，與此同時，業主對建筑的要求越來越高，故結構設計人員面對的建筑日益復雜，但結構設計又關系著建筑的使用安全與使用壽命，這就需要結構設計人員對設計過程中遇到的問題進行復盤與總結，為之后的設計提供新的方法與思路。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;問題及對策

1.前言

高層建筑和一般建筑的設計不同，豎向與橫向兩個方向的力需要高層 建筑設計時考慮，比一般建筑承受更大的的荷載。一般來說地震作用和風 荷載作用對高層建筑結構的影響很大，并且由于建筑的層數逐漸加大，側 向位移的提高也會影響居民的生活舒適性和建筑的實用性。這就需要建筑 設計人員在建筑設計過程中把側向位移限制在合理范圍內，以達到建筑實 用性和舒適感。

2.高層建筑結構的設計特點

高層住宅建筑物構造有著和普通的建筑物構造不同的特性，它同時承 擔了較大的橫向荷載和豎向荷載，其橫向荷載主要有建筑外部的風荷載和 地震作用產生的，豎向荷載主要是由建筑高度的增加而產生的，而且，大 中型高層建筑結構設計對抗震能力也有一定的要求。在一般情況下，中低 層建筑物構造所受到的水平荷載比較小，豎向荷載也相對較小。但是，在 高層建筑中，由于地震作用和風荷載作用也會對大中型高層建筑形成比較 大的影響，所以它們也是對高層建筑荷載產生的主要影響。由于高層建筑 的高度增加，高層建筑的橫向荷載會引起更大的水平位移出現，而較大的 水平位移會導致建筑物內部設施的損壞，降低建筑物內人們的舒適性以及 建筑物的使用年限，所以為了避免這些問題的出現，和建筑物可以正常的 使用且滿足我國對地震作用下的抗震要求，應該把高層建筑的抗側剛度控 制在一個合理的范圍內（剛度過大會引起更大的地震作用），使建筑物在橫 向荷載的作用下的側向位移滿足使用要求。因而，可以說，在大中型高層 建筑結構設計中，其核心內容就是抗側力構件的設計。

3.高層建筑結構設計的問題

3.1 超高問題

在高層建筑結構設計過程中，標高是一項非常關鍵的問題，因為高層 建筑的標高設計一定要符合其結構與抗震特點。但就目前情況而言，我國 缺乏一種明確的、統一的建筑物結構防火、抗震、超高結合等系統的標準 劃分。一般來說，高層建筑是指二十四米高度以上的建筑物，而超高層工 程建筑則是指標高度在一百米以上的建筑物。盡管在建筑物標高、抗震規 范等設計中，對高層建筑的高度有明顯的約束，但在工程實施過程中，由 于建筑物內部構造形式的變化將引起建筑施工圖的高度變化，結果產生超 高問題，也就會影響高層建筑的設計進度和整體規劃。

3.2 地基承載力問題

對高層建筑來說，因為它的應用范圍很廣，對空間使用要求也較高，所以結構設計者很有必要事先根據大中型高層建筑的空間組成特性，從而 決定大中型高層建筑的具體構造。因為高層建筑的重力總是向下，作用于 地面，所以在高層建筑的結構設計中，考察高層建筑的構造系統，特別是 向下的受力和地面的承載力之間是否相符合，因為一旦向下受力超過了地 基承載能力的范圍，那就表明了該高層建筑的地基受力系統是不平衡的。

3.3 抗震結構設計問題

隨著我國經濟的發展與科技的進步，在城市化的進程中，人們不僅建 筑的布局與外觀有了更高的要求，還對建筑在地震的作用下的安全提出了 更高的要求，人們希望可以控制地震作用的影響，建筑可以在地震后正常 的使用且對建筑的損壞減小到最低，故此單一的設防標準（以生命安全作 為抗震設防唯一目標）已經不能滿足人們的要求了。所以在高層建筑結構 設計中抗震問題始終是關鍵，越來越復雜的布局和外觀會使建筑變的更加 復雜，常規的抗震方法已經不能滿足越來愈高的抗震設計要求了。

4.高層建筑結構設計優化對策

4.1 合理選擇計算簡圖及結構方案

高層建筑結構設計的第一步就是根據建筑的受力特性分析，歸納出合 理的且符合實際的計算簡圖，如果計算簡圖的選擇不正確，會引起結構計 算中參數的選擇錯誤，從而影響結構的正常設計，或者造成結構設計事故 的發生，因此選擇合理的計算結構簡圖是保證高層建筑構造安全設計的重 要前提。在結構體系選用時，應當使用與計算結構簡圖相應的結構體系，同時在設計結構構件時，也要保證結構構件的具體實施的可行性。另外，在選定結構體系時不但要考慮外形形狀，更要兼顧結構體系的經濟性和可 行性，設計方法也應當符合建筑構件形態和空間要求的特點。尤其對結構 體系的傳力體系考察時，應當堅持傳力體系簡單、傳力方向明確且均勻的 設計原則，以防止部分構件受力過于集中在某幾個構件，從而影響建筑物 的整體安全。

4.2 合理設計抗風結構

（1） 基本布置。建筑物本身穩固，上層結構才能穩固安全可靠。因此 建筑物設計中要科學合理選擇抗側力構件的布置，盡量使抗側立構件設置 在外圍，加大整體的剛度的同時又有較強的抵抗扭轉的剛度，避免扭轉過 大的出現，增強建筑物自身結構的穩固性。（2）適度加大層建筑物耗能構 件尺寸。增加高層結構中的承載構件尺寸，如剪力墻、連梁等，相應程度 上可抵抗風能對建筑物基本結構安全穩定性形成不良的負面影響，使建筑 結構保持穩定。（3）按照建筑物結構穩定可靠的特點，對大中型建筑物構 造的最大承受能力和抗風性能進行科學試驗，在確認強度和抗風力后，再 在原始數據基本上相應增強工程設計，以進一步提升高層建筑構造的最大 承受能力。

4.3 注重抗震設計

在進行建筑防震結構設計過程中，必須由專門的技術人員針對建筑所 在的環境和抗震結構發生狀況進行針對性分析，以設計出符合現代抗震構 造技術標準的結構施工圖。當設計師根據建筑防震墻斷面較長的情形設計 時，將孔洞相連成為弱連梁，并合理調節建筑防震墻的高寬比，使防震墻 所受的應力均勻分散，以減少對防震墻的應力集中而產生破壞。在水平受 力下，由于剪力墻易受內力影響難以達到最大截面的設計要求，所以，為 優化建筑的防震結構設計必須針對具體情況降低連梁的強度，以減小對內 部的作用力，從而防止剪力墻出現脆性破壞。目前，復雜建筑的抗震問題 要通過抗震性能化設計來解決，性能化設計是根據計算分析與工程判斷，找出結構可能的薄弱部位及關鍵部位，針對這些部位加強抗震措施，論證 結構可以達到預期的抗震性能目標，性能設計就是在結構或構件在承載力 與變形能力之間的平衡，同時提高結構或構件的抗震承載力與變形能力來 抵抗地震作用。

4.4 確定地基承載力

地基承載力是大中型建筑結構設計中必須考慮的關鍵因素，從建筑結 構設計之初，就必須對大中型建筑的承重墻和承重梁的布置和數量等有一 個明確的估計，同時還必須根據建筑基礎混凝土特性、建筑地基土的組成 特性，測算出地基承載能力。把地面的極限強度除以相應的安全系數之后，就得到了地面的允許強度，可以比較建筑結構體系上下的受力，和地面的 允許強度相比的大小，在地基承載力范圍之內進行高層結構設計，同時還 要考慮到基礎的沉降，只有這樣才能保證高層建筑的安全性。

5.結語

高層建筑結構設計相對來說專業性更強，綜合性較大，對建筑工程有 著非常巨大的指導意義。隨著我國建筑行業的日益發達與進步，而大中型 高層建筑也在日新月異的發展中，對結構設計的需求也愈來愈高。因此本 文以高層建筑結構設計為主線，深入研究并分析了高層建筑結構的主要特 征、基本準則、以及主要的問題及措施，希望可以引發人們對這一問題的 關注，并能對實際高層建筑結構設計中起到指導作用。

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