高层建筑结构设计的问题与相关方法

■汤 洪 ■重庆市鹏博建筑设计有限责任公司，重庆市 402260

随着社会的发展和科技的进步，建筑结构日益多样化，随着城市化进程的不断推进和城市人口的增加，建筑物必须要有较大的容积率，所以高层建筑越来越多的出现在城市建设中，但由于高层建筑自身的复杂性和独特性，所以其结构设计具有更大的难度，因此必须对高层建筑的结构设计进行优化。首先应当了解高层建筑的结构特点，进而了解其结构设计的原则，据此探讨高层建筑结构设计中应当重点注意的问题，从而提出相关方法。

1 高层建筑结构的特点和影响因素

1.1 水平荷载是主要的影响因素

由于建筑的层数多，受水平荷载和竖直荷载影响，但是起决定作用的是水平荷载。因为在结构设计时，与建筑高度的一次方成正比的是建筑自身和楼面荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，而水平荷载所产生倾覆力和轴力则与建筑高度的两次方成正比。而且由于建筑的高度确定，所以其竖直荷载基本上是定值，但是其水平荷载会随着建筑的稳定性和外界动力原因发生变化并且水平荷载和变化也会影响到建筑的侧移。由此看来，水平荷载仍旧是主要的影响力，所以在设计中应当充分注重对于水平荷载的控制。

1.2 外界地震和风力的影响

高层建筑由于其自身的高度和荷载的问题，在外界自然力的作用下很容易受到损毁。在高层建筑中，风力作用会随着建筑层数的增高而加强，在很大程度上影响建筑的稳定性，因此在结构设计中应当充分重视风力的影响。另外，地震也是不可测因素，高层建筑中结构复杂，受力不均衡，地震的超强作用力会很大程度上损害结构的安全性，高层建筑荷载大，而且楼层高，内部结构复杂，地震发生时的人员疏散十分棘手。

2 高层建筑结构设计中应该注意的问题

2.1 抗风结构设计

高层建筑对风振作用比较敏感，抗风压是结构设计中的重点内容之一。高层建筑层数高，对于高空中的风具有干扰作用，影响风的自然对流，因此会改变风在周边建筑物的流动效应和空气的动力效应，对于高层建筑会产生动力荷载，越往高层，风压越大，危险系数也越大，很有可能造成高层结构的破坏，造成不良后果。

2.2 注重抗震的设计

我国的很多地区都处在地震带上，所以在高层建筑的设计中应当充分重视抗震设防，抗震性能不仅需要考虑竖直荷载，还需要考虑风荷。确保高层建筑在地震的影响下不会坍塌，从而保证人们的生命财产安全。

2.3 结构的消防设计

高层建筑的结构特点和功能决定了其结构的复杂性，而且高层建筑的功能各异，建筑材料也多样化，其中的很多材料都具有可燃性。另外，高层中空气的对流作用强，风力作用大，一旦火灾发生，很容易造成火势蔓延，另外，复杂的内部结构也不利于人员的疏散工作。

3 高层建筑结构设计的原则

3.1 选择科学合理的基础方案

在高层建筑的施工建设之前，应当充分考察建筑项目附近的地质地貌条件，从而选择科学合理的建设方案。应当充分掌握高层建筑项目的结构类型，荷载分布，全面分析建筑的施工条件，因地制宜，选择合理恰当的施工方法。

3.2 合理地选择计算简图

由于高层建筑自身的复杂性，在施工过程中必然会出现一些突发问题，因此其结构的设计必须要依照计算简图，对于计算简图，必须要保证其准确性和合理性，在安全的基础上选择合理的计算简图。

3.3 合理地选择计算工具

随着科学技术的发展，计算机技术越来越多的应用到高层建筑的结构设计中，并且得到了很好的应用，因此作为一项计算机辅助运算工具，操作人员必须要掌握计算机的运行操作技术，熟练运用其计算功能，从而保证计算的准确性，提高运算速度。

4 高层建筑结构设计中应当注意的问题和相关方法

4.1 结构的扭曲问题

结构中心、刚度中心、几何中心是建筑结构设计中的建筑三心，建筑三心合一是结构设计过程中的重要目标。但是在实际的建筑结构设计中存在着三心扭曲的现象，所以在长期的水平荷载作用下会出现建筑结构的扭曲震动，影响了建筑的安全系数。高层建筑在水平荷载的影响下，会产生扭转作用，其扭转的程度取决于建筑的质量分布，为减小扭转作用，建筑平面应当尽量采用方形、圆形、正多边形等平面形式，为追求美观效果，如果需要建筑采用较为复杂的平面形式，应当尽量使结构对称，三心合一，增加其稳定性。

4.2 短肢剪力墙的设置问题

按照相关标准规定，墙肢的截面的高度和厚度必须要按照以往施工情况以及结合实际经验进行高层建筑短肢剪力墙设置。因此墙的厚度必须保持在一定范围内，在墙与梁的连接处进行钢筋、短柱的加固，尽量减少间隔墙表的凹凸不平情况，部分的剪力墙可以根据厚度与较长的墙或者异形柱连接。

4.3 高层建筑的地下室结构设计

目前很多的高层建筑都会进行地下室的开发建设，地下室的混凝土外墙会受到外侧压力的控制，会对地下室外墙产生永久荷载，因此侧面压力在计算时必须与荷载分项系数相乘。

4.4 消防结构设计的优化

(1)合理控制防火间距。间距的计算依据是建筑物每栋之间的距离，从每一栋外墙突出的可燃物件边缘开始计算。因为高层建筑的结构复杂所以防火设计要因地制宜，提高防火的灵活度。

(2)安全疏散的结构功能设计。高层建筑的疏散路线成垂直状态，但是火灾时电梯会停止使用，并且在火灾发生时烟雾会阻塞通道，因此在设计的过程中应当着重注意疏散通道的设计，设置防烟区等。

5 结语

高层建筑随着经济的发展和人口的增长，高层建筑越来越多的在城市中出现，高层建筑的结构设计是其重要的组成部分。高层建筑由于其自身的复杂性，其安全性和稳定性受到很多因素的影响，主要是水平荷载和外界地震以及风力的影响，而且在其结构设计中应当注意三心合一，控制结构的扭曲与侧移问题，做好地下室的结构设计，对于消防设计遵循防护与应急相结合的原则，合理设置短肢剪力墙。

［1］赵东晓.高层建筑结构设计的问题与对策研究［J］.商品混凝土，2012(09):132 -133.

［2］王义文，冯兴传.高层建筑结构设计的问题及对策探讨［J］.城市地理，2014(12):90.

［3］王允.浅析高层建筑结构设计的相关问题［J］.中华民居(下旬刊)，2013(12):57，60.

［4］廖勇.高层建筑结构设计相关问题探讨［J］.科技致富向导，2012(15):386.