高层建筑结构设计特点及常见问题分析

罗晓清

摘 要：近年来高层建筑得以大量兴起，已成为当前城市发展过程中主要建筑形式。高层建筑具有垂直高度较大、层数较多、结构较为复杂等特点，这就为高层建筑结构设计提出了更高的要求。文中从高层建筑结构设计特点入手，对高层建筑结构设计中常见问题进行了分析，并进一步对高层建筑结构设计中常见问题的解决措施进行了具体的阐述。

关键词：高层建筑；结构设计；设计特点；常见问题；解决措施

前言

高层建筑在当前城市发展过程中快速发展起来，其不仅有效的缓解了当前城市土地紧张的问题，而且还为人们提供了高品质的办公和住宅场所。在当前高层建筑建设过程中，需要做好结构设计工作，利用先进的结构设计手段来确保结构设计的质量，使高层建筑设计能够更好的满足大众的需求，而且风格更具多样化，使高层建筑结构更具稳固性。

1 高层建筑结构设计特点

1.1 侧移成为控制指标

高层建筑由于高度较大，这就对其稳固性和安全性有了更高的要求。在高层建筑设计过程中，建筑结构侧移问题需要重要关注。为了能够避免高层建筑结构变形的发生，则需要对位移的限制进行严格要求。特别是顶点位移限制与数值大小及振动频率息息相关，一旦层间相对位移较大时，则会导致结构变形发生，使建筑物受到不同程度的损坏。在高层建筑高度不断增加的情况下，建筑物水平荷载能力也会发生不同的变化，建筑物侧移幅度会不断增加，不仅会导致侧移附加内力加大，而且还会导致建筑结构主体裂缝发生，从而带来严重的后果。这就需要在高层建筑设计时，需要控制好结构水平区域的侧移幅度，将其控制在一定范围内，确保高层建筑物的安全性。

1.2 高度预防轴向变形

当前高层建筑多以框架结构为主，在这种结构形式中，框架的中柱轴压力会大于边柱轴的压力，这也导致中柱轴受形变形的几率增加。特别是当建筑物高度较大时，这种中柱轴变形数值会远远大于边柱轴的变形压数值，因此容易出现连续梁中间出现下沉及下陷的情况发生，从而导致跨中正弯矩值和两端支座弯矩值增大，给预制构件的下料长度带来较大的影响。由于高层建筑轴向变形的存在，会给构件的剪力和侧移力带来较大的影响，严重危及高层建筑的安全系数。

1.3 抗震性要求越来越高

在地震作用下，高层建筑的安全性低于低层建筑，其变形会更加严重。这就需要在高层建筑设计过程中，需要确保承载力和刚度要自下而上的减小，确保其变化的均匀性。通过合理对楼体结构中塑性集中变形进行设计，确保楼层建筑延能够增强，从而更好的提升建筑物的变形能力。另外，还需要在设计时考虑好地基土质，假设在地震作用下进行计算，确保结构抗震性能得以提高。

2 高层建筑结构设计中常见问题分析

2.1 高层建筑结构设计选型

2.1.1 结构设计的不规则问题。在当前高层建筑结构设计中，对于结构的规划性有了硬性的要求和限制，而且在新规范中对于严重不规范的设计方案严禁进行使用。这就需要在设计过程中，在对结构进行选型时，需要选择相对较为规划的结构，这样可以为后期施工图设计阶段的各项工作的顺利开展奠定良好的基础。

2.1.2 建筑结构的高度问题。当前高层建筑超高的现象较为普遍。由于在地震力作用下超高的建筑物发生变形及性态变化的几率较大，这就需要我们要谨慎对待建筑的高度问题。在建筑物高度增加的情况下，会对结构带来较大的制约影响，特别是一些参数如果超出了原来的指标范围，这必然会对建筑物结构的安全性和延性带来较大的影响，所以在高层建筑结构设计时，对于高度的确定需要严格按照国家的相关规范要求来进行，避免出现超高限的情况发生。

2.1.3 嵌固端的设置问题。当前高层建筑为了能够最大限度的确保空间的使用率，通常都会向地下部分延伸，通过建筑一至两层的地下室和人防使空间使用率达到最大值。在建筑有地下室的高层建筑中，嵌固端会对整体结构某些部件内力分配的准确性带来较大的影响。通常在地下室的顶板或是人防的顶板位置处来进行嵌固端的设置。这就需要在设置嵌固端时准确进行分析和计算，避免对上下层刚度和抗震等级带来不必要的影响，从而给工程留下安全隐患。

2.2 高层建筑的扭转结构问题

高层建筑结构稳固性需要确保其几何形心、刚度中心和结构重心要达合一的标准要求。否则在水平荷载作用下建筑物不可避免的会发生扭转振动效应，从而导致建筑物受到不同程度的破坏。这是我们在结构设计时需要重要关注的问题，通过合理的结构形式和平面布局，确保建筑物结构达到三心合一，避免高层建筑扭转问题的发生。

2.3 高层建筑的地基和基础设计问题

在高层建筑设计过程中，地基和基础设计作为其中非常重要的一个环节，需要在设计过程中给予充分的重视。在高层建筑设计工作中，地基和基础设计的好坏不仅关系到后期结构设计能否順利进行，而且对工程造价及建筑质量都会带来决定性的影响。所以需要在地基和基础设计时注意设计的合理性和科学性，避免为工程质量留下安全隐患。

2.4 高层建筑结构的计算和分析

能否高效准确的对工程进行内力分析并按照相关规范来进行设计直接决定这个工程设计的质量好坏。在结构计算和分析时，首先要选定结构体系，借着就是高潮结构设计的关键部分。由于新规范对整个结构计算和分析内容进行了调整和改进，所以对这一部分比较常见的问题就要有一个清晰的认识。接着根据选好的结构体系，运用准确的结构母性和正确的结构设计软件开始计算。

3 高层建筑结构设计中问题的解决措施

在设计高层建筑时，为了让楼层水平力作用沿着平面均匀分布，较少扭转振动效应，建筑平面应该尽可能采用方形、圆形、正多边形、矩形等简单的平面形式。如果在不能使用简单平面形式，而要采用不规则的L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时，要将突出部分的厚度和宽度控制在允许的范围内。在结构平面布置时，应尽可能是结构处于对称状态。

我国地域较为辽阔，各个地区地质情况存在较大的差异，这就使国家标准的设计规范在具体实施过程中需要与地方的地方性设计规范有效进行结合，确保高层建筑的设计能够与当地的具体情况相适宜，从而提高施工设计的准确性。特别是在地基基础设计上，更需要对地方性建筑规范进行深入的了解，有效的避免可能会对施工带来不利影响的因素，确保施工设计的准确性和科学性。

一来用于高层建筑计算的计算机软件有SATWE＼TAT＼TBSA等。在开始计算前，设计人员应该根据规范要求和工程的实际情况对结构参数和特殊构件进行正确的设置。各端架在计算模型上会存在着一定的差异，因此导致各软件的计算结果也会有所不同。这个时候就需要工程师根据软件的特点来选择合适的软件，避免给工程留下安全隐患。

4 结束语

在高层建筑结构设计过程中，需要严格按照相关的规范要求进行，而且要加强实地考察，多方面的对结构进行深入分析，编制多个设计方案，通过对各个方案的比较来选择最适宜的设计方案，及时对设计过程中存在的问题进行解决，确保整体设计的科学性和合理性，使建筑物的质量能够得到有效的保障。

参考文献

[1]刘大海，杨翠茹.高楼结构方案优选[M].陕西：陕西科学技术出版社，2008.

[2]何广乾，陈祥福.高层建筑设计与施工[M].北京：科学出版社，2007.

[3]赵西安.高层结构设计[M].中国建筑科学研究院结构研究所，2008.