探討高層建筑結構設計的要點分析

傅明亮

摘要：在當前社會快速發展的新形勢下，建筑功能日趨多樣化，建設用地越發緊張，在這種情況下，高層建筑迅速發展起來。相較于普通建筑，高層建筑結構設計難度較大。特別是當前新的設計計算理念的發展及較高強材料的開發，這也給高層結構設計帶來了新的挑戰。高層建筑體系由于需要承擔較大的垂直荷載、風荷載及震力等，當建筑高度越大的情況下，風荷載和地震力則越大。因此需要掌握高層建筑結構設計的要點，并針對高層建筑結構設計中存在的問題進行深入分析，積極采取有效的措施加以解決。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;原則;要點;平面布局;結構形式

前言

在高層建筑建設過程中，結構設計是較為關鍵的一個環節，其會對建筑的質量、安全和穩定性帶來直接的影響。因此在實際高層建筑結構設計過程中，需要保證結構方案的優良、計算簡圖和分析計算結果的合理性，并針對實際結構設計中的軸向變形、結構形式、荷載及高度等問題加以重視，科學合理對高層建筑結構進行設計，進一步提升高層建筑結構設計的水平，為建筑行業的健康、穩定發展奠定良好的基礎。

1高層建筑結構設計中應該遵循的原則

1.1結構方案的優良

高層建筑結構設計過程中，要求保證建筑設計的可行性和經濟性，具體的設計方案要合理，同時結構體系和結構形式要更具可行性。在同一結構設計單元中，盡量避免出現多種類型的結構設計體系，結構體系受力要明確，并深入分析各種可能的影響因素。針對于結構方案中的一些重要問題要加強與專業設計人員進行溝通，以此來保證高層建筑結構設計方案的合理性。

1.2計算簡圖的合理性

計算簡圖對于高層建筑結構具有極為重要的意義，其直接關系到高層建筑結構的計算公式及結構構造方式。因此在結構設計時如果選擇的計算簡圖不恰當，必然會對高層建筑結構的安全性帶來較大的影響。因此在針對于高層建筑結構設計時，需要保證計算簡圖的合理性和準確性，這樣才能確保高層建筑結構的安全性。在具體選擇計算簡圖時，需要保證誤差在可控范圍內，從而為高層建筑施工質量起到重要的保障作用。

1.3分析計算結果的合理

目前高層建筑設計普遍運用計算機來完成，建筑設計軟件種類較多，當選擇的設計軟件存在差異時，即使同一建筑也會存在不同之處。這就要求設計人員在選擇建筑設計軟件時，需要針對每一個軟件的適用范圍和使用條件進行仔細研究，保證計算機輔助軟件的合理性。在具體設計過程中，盡量避免人為操作的情況發生，針對于輸入的數據要仔細審查，確保分析計算結果的準確性和合理性。

2高層建筑結構設計的要點

2.1要重視軸向變形的問題

由于高層建筑豎向荷載較大，因此在施工過程中易出現軸向變形，影響建筑彎矩及連續墻結構。當建筑出現軸向變形時，其會造成連續梁支座負彎矩數值下降，建筑正彎矩值也會隨之提高，構件剪力和側移會發生較大的改變。針對于軸向變形問題，需要對變形進行仔細觀察，并做好構件對比工作，針對一軸向變形結果進行計算，對構件下料長度進行預測，并對下料長度進行合理分配。

2.2結構形式及結構延性問題

目前高層建筑設計多采用鋼結構和鋼筋混凝土結構。對于鋼筋混凝土結構而言，其具有較好的經濟性，材料來源具有多樣性特點，能夠針對各種復雜的斷面形狀進行澆筑，將各類結構體系更好的體現出來，整體結構耐久性和防火性具有一定的優勢。針對于鋼筋混凝土結構進行科學和規范的設計，能夠更好地發揮出結構的抗震性能。但鋼筋混凝土結構使用時存在構件斷面大及自重大的問題。采用鋼結構時，其在強度和韌性方面具有較強的優勢，同時結構斷面小、自重輕，具有較強的抗震性。通過在工廠中對鋼結構構件進行加工，可以實現施工工期的節約。但構件用鋼量較大，造價相對較高，防火性能不強，使用過程中需要大量的防火涂料，無論是施工周期還是成本都會有所增加。因此要針對建筑的實際情況來選擇適宜的結構形式。另外，在高層建筑結構設計時，需要將結構的延性作為設計的重要指標，這樣即使有強力的沖擊影響，建筑結構也能夠保護良好的變形而不會坍塌，針以于地震破壞力具有較強的抵御能力。

2.3荷載與高度問題

高層建筑結構的防震及防風設計需要根據其自身高度為依據，具體設計時需要以建筑安全為基點。由于相較于多層建筑高層建筑水平荷載力較為突出，高層建筑重量和產生的內力與建筑高度的一次方為正比的關系，建筑水平荷載力對結構產生的力量與建筑高度的二次方成正比，水平荷載力直接關系到防震性能和防風的設計。一旦地震發生，水平荷載力會對建筑產生巨大的作用力，因此在設計時需要精準計算水平荷載力，有效地保證建筑的安全。在實際高層建筑結構設計中，需要針對建筑超高問題給予高度的重視，一旦高度超出規定高度，必然重新設計。

3當前高層建筑結構設計存在的問題分析

3.1結構體系不合理

在高層建筑結構設計時，當設計人員選擇結構體系不合理時，結構的穩定性必然會下降。如在鋼筋混凝土結構體系設計時，設計人員需要充分的結合工程結構特點，并根據建筑所處地區抗震設防等級及風荷載情況來選擇適宜的結構體系。如果設計人員選擇的結構體系不合理，在一定程度上會降低結構的穩定性。特別是在選擇鋼盤混凝土結構體系時，一旦選擇的設計指標欠缺科學性，必然會降低整體結構的性能和可靠性，易發生各種質量和安全問題。

3.2地基與基礎設計不科學

在高層建筑地基和基礎設計時，當基礎類型選擇不合理時，建筑物易發生不均勻沉降，嚴重時還會整體出現傾斜。在地基基礎設計不合理時，當地基斜面坡坡度較大情況下，會對地基混凝土施工時振搗質量帶來影響，從而對地基結構的穩定性帶來不利影響。當地下室底板配筋不合理時，高層建筑結構也易出現失穩，導致建筑物不均勻沉降量增大。另外，在實際設計過程中，設計人員對于地下水對地基和基礎的影響考慮不全面，從而對地基和基礎結構的耐久性和穩定性帶來較大的影響。

3.3上部結構設計存在較多缺陷

在針對高層建筑鋼筋混凝土上部結構設計時，當框剪結構設計不合理時，易出現應力集中現象，導致高層建筑結構安全性下降，結構易出現裂縫或是倒塌事故。在具體框剪結構連接構件設計時，當剪力墻布置不合理時，會導致框剪連接構件設計難度增加，從而對整體結構的可靠性帶來較大的影響。

4高層建筑結構設計問題的解決策略

4.1科學布置平面布局

高層建筑結構設計工作中易出現結構扭轉問題，這就需要在實際設計過程中，建筑結構形式宜采用相對規則的圖形，并保證質量的均勻分布，進一步提高建筑體的穩定性，保證建筑結構的對稱性。即在實際設計過程中，具體通過科學進行平面布局，以此來保證建筑結構的穩固性和安全性。

4.2合理計算與應用計算簡圖

在高層建筑結構設計中，需要以計算簡圖的計算作為重要依據。由于在結構設計中會涉及到配筋率、構件尺寸及建筑物高度等問題，這些問題都離不開準確的計算，在實際計算過程中還需要合理選擇計算簡圖，以此來保證計算模型或是計算簡圖能夠與實際工程狀況相符。對于高層建筑而言，其對于結構荷載承受力、抗震能力及其他功能、性能等都具有較高的要求，因此建筑結構設計較為復雜，在實際設計過程中設計人員會受到諸多因素的影響，特別是需要合理計算和應用計算簡圖，從而保證計算過程和計算結果的精準度。

4.3科學進行結構設計

相較于高層建筑結構設計理論的發展，結構設計相對滯后。計算機技術在結構設計中的應用，有效地提高了結構設計的效率，但在實際結構設計過程中還存在一定的約束因素，這也使建筑結構優化設計的難度較大。在當前部分結構設計時，設計人員往往覺得設計與規范要求相符，計算準確即可，但在實際工作中建筑結構設計方案一般需要根據工程施工變化而進行相應的調整。因此在實際建筑結構設計中，要求其要能夠滿足各種性能的要求，以此來保證結構設計的科學性和合理性，而且建筑在后期使用過程中的安全性和穩定性也能夠得到有效的保障。同時在結構設計時還要重視結構的延性特征，這樣才能保證高層建筑使用過程中變形和倒塌風險降低，提高建筑對荷載的承受力。另外，針對于建筑結構形式的選擇，由于鋼結構和鋼筋混凝土結構各有特點，在具體選用過程中，需要考慮建筑地點的地理環境，同時還要結合建筑的實際用途，從而選擇更為適宜的結構形式。雖然近年來鋼結構制造水平有了大幅度的提升，但其在防火方面還存在一定的欠缺，因此在當前高層建筑結構設計過程中，通常會將鋼結構與鋼筋混凝土結構相結合，進一步保證結構的穩固性和安全性。

5結束語

由于高層建筑結構設計中會受到較多因素的影響，這也導致在實際設計中往往會存在一些問題，這就需要采用科學合理的設計方法，有效的提高結構設計的質量，確保高層建筑結構的安全性和穩定性，有效的推進建筑行業的健康、有序發展。

參考文獻：

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