浅析高层建筑结构设计中存在的问题及对策

林李生

摘要：随着我国经济和建筑技术的发展，建筑的结构不断变化，建筑的高度不断增加。对于高层建筑来说，其结构设计的好坏直接影响着其施工建设难度和维护质量。本文从高层建筑的结构特点出发，探讨目前我国高层建筑结构设计中存在问题。

关键词：高层建筑；结构设计；问题及对策

随着我国城市化的不断推行，高层建筑越来越普遍。不管是经济发达的大都市，还是小规模的县城，都有许多的高层建筑。结构设计作为高层建筑设计的重要内容之一，其恰当与否直接影响着建筑的质量好坏。一个好的高层建筑设计方案不仅可以满足人们的日常工作、学习需要，更可以满足抗风、抗震等要求，保障人们的生命财产安全。

一、高层建筑结构特点以及设计原则

（一）高层建筑结构设计特点

高层建筑与普通建筑的最大区别就在于它的高度：由于其高度较高，因此其承受的垂直载荷较大；由于其横截面积较大，在外界有风的情况下其产生的水平载荷也较大。所以，在进行高层建筑的结构设计时应充分考虑到所处环境的风力大小和地震等因素，进行相应地防风、抗震设计。此外，高层建筑由于其上方较高，会产生一定程度的侧移，侧移不仅会让高层建筑中的人感到不舒服，并且会对建筑的结构和使用产生较大影响。因此，在进行高层建筑结构设计时，抗侧力结构的设计至关重要，设计时应适当的控制其侧移程度，避免对建筑物的使用造成影响。

（二）高层建筑结构设计的原则

1、结构计算简图选择的合理性

计算简图是进行高层建筑设计的基础，如果计算简图选择的不合适，那么很容易造成高层建筑结构设计得不合理，进而导致安全事故的发生。因此，在进行高层建筑结构设计时，务必要保证其计算简图的恰当。

2、结构基础设计的合理性

在进行高层建筑结构基础的设计时，要根据建筑所处的地理、地质环境不同进行选择。而且还要分析其对周围建筑物的影响以及施工的条件，在综合考量各种因素之后选择一个最科学、最合适的基础设计方案，尽可能地使地基的禀赋得到发挥。

3、结构设计方案的合理性

相关建筑设计单位在进行高层建筑结构设计时，应充分考虑到高层建筑自身特点、选择合理的结构形式，保证高层建筑结构设计方案的最优化。设计人员应对建筑所处的地理环境、施工条件、材料和设计需求等作出分析，确立最佳的结构设计方案。

二、高层建筑结构设计中存在的问题及解决措施

高层建筑结构的设计过程主要可以分为实地考察、结构计算、内力计算和选择设计方案等四个阶段。目前我国的高层建筑结构设计主要存在以下问题：

（一）结构设计方案不符合实际情况

据统计表面，40%的工作人员在进行高层建筑结构设计时没有进行实地考察，只是盲目的依据理论进行结构设计，忽略了当地的自然条件以及实际施工情况，导致设计的建筑结构不符合实际要求，严重的甚至出现建筑事故。因此，高层建筑结构设计人员一定要明确结构设计的重要性，在设计时注意将理论与实践相结合，切不可纸上谈兵。相关的单位也要加强对设计人员的监督，建立严格的考核机制来督促设计进行实地考察

（二）建筑的高度设计问题

由于高层建筑对抗震能力有较高的要求，因此对建筑的高度有着严格的规定。随着实际需求的改变，我国规定限制高度为A级高度，增加了B级高度，并对A级高度进行了詳细的划分。部分建筑结构设计人员在进行结构设计时，忽略了建筑物的高度问题，对整个建筑的建设进度以及成本预计都造成了不良影响。设计人员在进行高层建筑结构设计时，要对高度规范有明确认识，对设计图纸进行严格审查，确保设计符合相关要求，如果出现问题要及时组织专家会议进行重新评估和设计，避免影响建筑的施工进度。

（三）抗侧力结构设计的问题

上文已经说过，高层建筑由于其高度较高的问题，对结构的抗侧力要求很高。随着高度的增长，建筑的位移和弯矩等都会发生变化，而且是呈现指数上升的非线性变化。所以建筑物的层数越高，水平荷载的控制就显得越重要。因此设计人员在设计时一定要充分考虑材料使用量和水平荷载，优化建筑的整体结构。

（四）侧移的控制问题

据有关资料显示，侧移是造成建筑装饰和填充墙开裂、损坏的主要因素。而高层建筑由于其自身特点，侧移的影响更加明显。侧移会给建筑构件带来巨大的附加应力，使建筑主体结构出现裂缝或损坏，严重的甚至可能导致整个建筑物的坍塌。因此，设计人员在设计时一定要考虑如何控制其侧移程度，以此来保证高层建筑的安全性，避免建筑物开裂而引起人们的恐慌。

（五）建筑物抗震能力的设计问题

2008年发生的汶川地震给我国人民的生命财产安全造成了重大损失，建筑物的抗震能力越来越被人们关注。高层建筑由于其高度导致的垂直荷载较大，地震对其的危害更加显著。尤其是在一些地震频发区，地震发生时，高层建筑随着高度的增加上层会显得较“软”，产生较大变形，造成建筑的倒塌。因此，在高层建筑的结构设计时，设计人员务必要采取合理有效地措施，使得建筑的结构具有较强的可塑性和承载变形的能力，提升高层建筑的抗震性能。

（六）高层建筑结构的扭转问题

建筑的刚度中心、几何中心和结构重心的不统一容易造成高层建筑在荷载作用下产生扭转振动，进而导致建筑物的损坏。因此，结构设计人员在设计时应尽量使高层建筑物的刚度中心、几何中心和结构重心汇于一点，避免由扭转振动导致的建筑物破坏情况。

研究表明，高层建筑的扭转作用和质量的分布有关，质量分布不均匀的建筑物扭转作用力很大。结构设计人员在建筑设计时可通过矩形、正多边形、圆形等简单平面形式使各楼层的作用力均匀分布，以减小建筑结构的扭转振动效应。实际情况中，可能会出现不得不用T形、十字形等复杂平面形式的情况，这时应控制好凸出部分宽度与厚度的比值，使其处于合理的范围之内，尽量使结构处于一种对称的平衡状态，从而减轻建筑结构的扭转作用。

（七）梁、板跨度的计算问题

通常，高层建筑设计教材上所讲的计算跨度，如净跨的1.1倍等，在宽扁梁中是不适合的。许多设计人员在工作中没有注意这一点，结果导致设计出来的方案不符合实际施工要求。比如在扁梁结构中，由于梁的高度和板的厚度相差不多，在计算长度时应取到梁的中心位置，选取梁中心处的弯矩和梁的厚度中的较大值来配筋。由于柱子也已被看做超大截面梁，因此在梁配筋时取柱边弯矩并进行削峰。总之，设计人员应不局限于书本理论，要根据实际情况灵活变通，保证设计的合理性。

（八）筏和箱基础底板的挑板问题

在进行箱、筏基础底板挑板时，设计人员要注意是否涉及挑板问题。若取消挑板，利于柔性防水；若出挑板，则可以降低建筑整体的沉降，调整建筑的整体倾斜。此外，窗井部位在计算时不按挑板进行计算，而是被作为挑板上的砌墙，在实际设计中，应根据横隔墙的密度和地下水位进行具体分析考虑。设计时，还要注意挑板的阳角问题，若基础底面积较小，则可直接使用直角。

结束语

随着我国经济和技术的发展，人民在生活质量日益提高的同时对高层建筑的设计要求也越来越高。高层建筑的结构设计作为一项综合性很强的技术，对整个建筑的设计有着十分重要的作用。在进行高层建筑结构设计时，应结合其自身特点，注意设计方案的合理性，同时对设计中的各方面问题进行分析，找出相应的解决措施，从而保障高层建筑的安全性和舒适性。

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