高层建筑结构设计常见问题分析

林慧

摘 要：近年来，高层建筑在我国得以快速的发展，在建筑中所占比例越来越大。随着高层建筑技术的发展，其建筑结构处于不断的变化中，而且越来越复杂，同时建筑类型和功能也开始向复杂化方向发展，这就给高层建筑结构工程的设计工作带来了较大的难度。在这种情况下，高层建筑结构的设计方案发展得越来越快，很多新兴的方案呈现在人们面前，这就给结构设计人员提出了更高的要求，需要在高层建筑设计时，将结构设计放在首要的位置，对结构总体布置、高度、材料选用结构、扭转、刚度和设计要点等进行具体的分析，确保设计出优质的高层建筑结构。

关健词：高层建筑；结构；设计

前言

城市建设进程的加快，大量人口涌入到城市当中，城市用地呈现非常紧张的局面，在这种情况下，高层建筑项目得以快速发展起来。高层建筑由于其垂直高度较大，而且结构较为复杂，需要具有良好的承载力和抗震性，所以对于建筑材料、施工技术和结构设计具有越来越高的要求。特别是目前高层建筑结构开始向复杂化和多样化的方向发展，这就给结构设计师带来了更大的挑战。

1 结构总体布置问题

高层建筑结构的总体布置主要包括对高层建筑的高度、平面、立面和体型等方面进行选择，确保总体布置能够完全满足建筑、施工和结构的具体要求。同时还要对建筑使用功能进行充分的考虑，确保各项服务设施、开间、进深、层数、层高以及平面关系和体型等都能够满足使用功能的需求。对于使用过程中的便利性、经济和美学需求也要进行考虑。另外还要确保后期的维护费用具有较好的经济性。在选择先进的施工技术，提高工业化程序，有效地实现对工程造价的控制。高层建筑结构设计与其他工程存在着很大的不同，所以需要将结构体系进行确定，确定了结构体系后，则需要将总体布置与建筑设计有效地进行结合，确保高层建筑的造型和传力路线具有合理性。高层建筑中，建筑物的布局和结构直接影响着建筑物的动力性能，所以在高层建筑设计时就需要对地震、房屋体型、结构体系和刚度等进行全面的分析设计。

2 建设的高度问题

目前我国对于高层建筑混凝土结构开始向超高层方向发展，对于高层建筑的高度，我国的根据当前我国的经济发展水平和施工技术水平进行了全面的规定，但在实际设计中出现许多超高度的情况。国家并不提倡超过高度限制的高层建筑，因为在高度不断升高的情况下，对建筑整体的抗震性能会带来一定的影响，一旦发生地震，对超高层建筑具有较大的危害性。特别是在建筑不断升高的情况下，建筑会有更多的质变发生，使建筑本身各项性能受到较大的影响，不利于建筑的安全性。

3 材料的选用结构体系问题

近年来地震发生的较为频繁，对于处于地震多发区的高层建筑，对其结构进行设计时建筑材料和结构体系更是需要考虑的关键。目前对于超过150米的高层建筑，在结构选择上多以框-筒结构、筒中筒结构和框架-支撑结构为主。对于高层建筑，在发达国家地震多发区，其多以钢结构为主，而在我国，由于钢筋混凝土内筒对于地震作用剪力具有更好的承受能力，所以结构多数以钢筋混凝土和混合结构为主。

在结构以钢筋混凝土核心筒为主时，就应该以钢筋混凝土结构的位移限值为基准来控制结构变形。但钢筋混凝土具有较大的弯曲侧移变形，如果依靠很小刚度的钢框架协同工作来降低这种侧移，不仅会对钢结构造成负担，也起不到较好的效果。因此，也可采用加大混凝土筒的刚度或者设置相应的伸臂结构，从而形成一层加强层，来减少侧移量。此外，当柱距发生变化或结构体系发生变化时，需要设计有效的结构转换层。而加强层与转换层的共同作用，会对结构刚度产生压力，使与加强层和转换层相邻的构件剪力突增，这种情况下加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接部位很难形成强柱弱梁。

所以在结构设计时，如果需要设置加强层和转换层，应该选择合理的结构模式，以降低结构本身的刚度为主要考虑内容。建议在高层建筑結构设计过程中，应该尽可能的采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土或者钢结构，可通过减少柱断面尺寸的方法来提高结构的抗震能力。当建筑超过一定高度后，通常可选择钢骨混凝土来减小风振。

4 扭转的问题

在结构设计时，建筑结构的三心（几何形心、刚度中心、结构重心）要尽可能的汇集在一点上。所谓的结构扭转问题，就是结构设计时三心没有做到合一，使水平荷载下结构产生扭转振动效应。为了避免建筑发生扭转破坏，在结构设计时应该选择的合理的形式及平面布局，尽量做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑的质量分布是其扭转作用大小的决定性因素。建筑的平面应该尽量设计成方形、矩形、圆形或正多边形等简单的平面形式。很多情况下高层建筑由于各种因素干扰，不可能全部采用相对简单的平面形式，当需要采用较为复杂的平面形式时，需要控制好凸出部分的厚度与宽度比值，保证其在允许范围内。另外，结构的平面也应该尽量设计成对称形状。

5 结构的刚度问题

在对高层建筑刚度设计时，由于设计人员理念的不同，所以在设计上也存在一定的差异，这就导致结构在设计过程中存在着较大的经济指标差异。高层建筑的抗震性能受其抗侧移刚度影响较大，在土地较好岩基埋深较浅的地区，基础多以桩基为主，这样整体建筑的持力层就会落在微化的岩层当中，地基具有较好的稳定性和强度，这种情况下在对抗需刚度进行设计时就可以稍微低一些，其控制标准可以以结构极限变形能力为主。在进行结构刚度设计时，确保其在符合变形限值的情况下，结构刚度尽可能设计得要小，这样对于抗震性和减少共振的发生具有极其重要的作用。

6 高层建筑结构设计要点

长期以来在高层建筑结构设计时，较多的注意水平荷载的控制作用，在设计时对于侧面位移的控制更为关注。而对侧移影响最大的因素则是轴向变形，这就要求在结构选型时需要进行全方位的考虑。特别是当前高层建筑的高度不断增加，在这种情况下，对柱、墙和井筒具有较高的要求，所以在设计时对于竖向结构体系的控制则更为关键。在高度增加的情况下，侧向力所产生的剪切变形和倾覆力矩也会有所提高，这都是在设计时不能忽视的重要问题。

7 结束语

近年来随着高层建筑发展的速度不断加快，对结构设计提出了更高的要求，这就需要结构设计人员需要不断的强化自身技术水平的提升，具有高度的责任心，加强自身实践经验的积累，能够在实际设计工作中对每一道设计工序都能够做到有效的处理，对存在的问题进行全方位的考虑，确保高层建筑各项性能都能达到相关规范的要求，确保其具有良好的安全性和稳定性。

参考文献

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