关于高层建筑结构设计的若干问题探讨

莫承品

【摘要】随着经济的快速发展，高层建筑已经成为我国建筑业的主要设计结构，在今后的城市化进程中一定会有更加良好的发展态势。文章主要阐述了高层建筑的常见的问题，并提出了一些解决对策。

【关键词】高层建筑；结构设计；问题；对策

1.高层建筑结构设计选型

高层建筑结构体系作为抵抗水平和垂直方向荷载的传力途径，借助抗侧力体系及配套的水平构件与竖向构件向基础部分传递荷载。从建筑材料特点来看，高层建筑结构主要有钢结构、钢筋混凝土结构、钢混组合结构三种结构。其中，钢结构高层建筑除了强度高以外，还具有良好的抗震性能，施工技术简易，但是造价相对较高，耐火性能差。钢筋混凝土结构耐火耐腐蚀，造价低，但自重大，施工流程繁琐，质量管理极易出现漏洞。钢混组合结构高层建筑虽然巧妙规避了二者的缺陷，但节点处施作流程繁琐，钢筋与钢材的连接方面有技术缺陷，不能大面积推广应用。高层建筑结构体系有剪力墙结构、框架结构以及框架-剪力墙组合结构。其中，框架结构的承重部件是梁柱结构，结构体系会产生大的侧向位移，因而建筑物高度一般不能超过50m。剪力墙结构靠高层建筑墙体承重，可有效防止水平方向的形变，保证整体结构的性能符合建筑要求，因而常被用在高层建筑施工中。框架、剪力墙组合结构则整合了二者的比较优势，并且针对二者的技术缺陷进行改进，因此也是高层建筑常用结构。

2.高层建筑结构设计常见的问题

2.1 楼层平面刚度

楼层平面刚度一直是高层建筑结构设计环节比较棘手的问题。设计人员对高层建筑楼面平面刚度没有一个直观的认识，在设计上只是根据数学力学模型设计楼板变形计算程序，计算后所得数据往往差强人意。鉴于此，要采用结构设计的方式来设计建筑结构，前期必须妥善处理一些问题，稍有不慎就可能产生不安全因素，严重者还可能破坏建筑结构的安全性能。

2.2 抗震结构设计问题

对于高层建筑来说，在对其结构设计的过程中最为重要也是最难实施的环节就是其抗震结构的设计，因为高层建筑特点，使得其在地震发生过程中可能会存在很多不确定的因素，而在目前建筑结构设计的过程中，也没有对当地震发生时如何有效的进行避震以及其可能带来的破坏性进行足够的考虑。而如果在设计的过程中没有对高层建筑的相关抗震数据较为精确的分析，且不能够根据地震发生原理为依据进行相应的设计，则很有可能由于高层建筑抗震性能的不足而存在一定的安全隐患，从而对人们的生命财产安全造成严重的威胁。

2.3 嵌固端设置问题

目前，大多数高层建筑物设有两层或两层以上的人防或者地下室。高层建筑物的人防及地下室的顶板上都要设置嵌固端。此时，高层建筑结构设计就要考虑嵌固端设置可能造成的问题。在进行结构计算时，要考虑嵌固端设计对计算参数的影响，全面考虑其可能造成影响的多种可能，有效协调高层建筑结构抗震缝的宽度及缝隙与嵌固端的位置，并将嵌固端的上层和下层对应的刚度比值控制在规范要求的范围内。此外，在进行高层建筑结构设计时，要为嵌固端楼板设计合理的位置。在进行嵌固端的设计时，要综合考虑各方面因素，选择最优的设计方案，尽可能避免其在高层建筑结构使用过程中出现安全问题。这样，在确保结构安全的前提条件下，有助于促进建筑工程项目的顺利完工。

2.4 底层框架一剪力墙砌体结构挑梁裂缝问题

底层框架剪力墙砌体结构系一类高层建筑。它的上部是多层砌体结构，底层为框架剪力墙结构。在城市建筑中，分布在市区主干道上的大型商场、写字楼和住宅小区多采用高层建筑设计，以提高土地资源利用率，降低空间成本。但设计人员追求建筑使用面积，使二层往上的部分横墙采用了悬挑梁设计，使得底层框架一剪力墙砌体结构梁开裂。

2.5 高层建筑结构设计扭转问题

在建筑设计中，有一“建筑三心”的概念。“建筑三心”即为几何形心、刚度中心和结构重心。设计师应秉承三心合一的原则设计建筑结构，就是使这三点归于一点。如果建筑结构存在结构扭转的问题，就说明“建筑三心”未能归一点，使得整体结构承受水平荷载而产生扭转振动现象。

3.高层建筑结构设计问题应对策略分析

3.1 主梁若有次梁则增设附加筋

高层建筑结构中主梁需要增设附加筋。附加筋分为箍筋和吊筋。附加筋按照设计和施工要求来增设，建筑结构梁截面、下部集中荷载处由横向钢筋荷载力负担，将一附加筋装于梁上部，水箱下部则须先施作垫梁，再安装附加筋。如果主、次梁截面无较大差距，但次梁荷载较大，也需要设置附加筋。但是如果次梁截面小，主梁又高，受力满足计算要求，可无需另设附加筋。

3.2 平面与立面选择

上文提到，应该秉承建筑三心合一的原则设计高层建筑结构。施工时，如果无法满足这个要求，结构将会产生扭转的问题，处理起来相当棘手。建筑结构扭转系一种结构设计缺陷，其危害不言而喻。选择立面和平面时需要注意几个问题。首先，平面力求简单、规则、对称。对完全对称高层建筑结构，则要按设计要求调节一些重要节点的比例。切记一点：比例不宜过大过小，出现问题要尽快补救。在竖向布置上，注意刚度均匀、连续，以防结构出现软弱层，刚度突变。在建筑设计中，切莫为了达到审美效果而将剪力墙切断，降低建筑物的刚度，否则将可能产生严重的安全事故。

3.3 水平位移控制

水平位移现象在高层建筑设计中极为常见。设计高层建筑结构时，应根据结构的安全要求设计水平位移数值，同时要兼顾周期与地震因素。应按弯曲型设计剪力墙位移线，切忌设计成剪切型。相对而言，框架结构位移曲线则是剪切型。假设是混合式建筑构造，那么位移曲线也应是相结合的。

3.4 高层建筑结构设计扭转问题

水平荷载能使建筑物产生扭转破坏现象。设计建筑结构时，为规避这一现象，必须按“三心合一”的原则对建筑物的结构、平面布局进行周密的布置。水平荷载的质量分布在一定程度上决定了它对高层建筑结构造成的扭转破坏程度。为了确保水平荷载沿楼层平面均勻分布，最大限度规避扭转振动破坏，建议多使用矩形、方形等平面设计。当然，必须兼顾城市道路景观规划。因此，高层建筑不可能全部是方方正正的平面构造，也要根据城市规划和道路景观布局适当采用十字形、T 形或L 形等复杂建筑形式。但至少要明确一点，就是凸出部分的厚度与宽度的比值不得超限，并且尽量采用对称的平面结构。

结束语

高层结构设计可以说是一个与实际紧密结合的过程，决不能脱离实际而进行，在设计过程中，要综合考虑建筑工程所在地的地理环境、水文土质、抗震等级等，在参考规范的基础之上，通过借鉴其他成功案例的经验，合理安排建筑体从地下到地上，从主体到部分的结构，使建筑结构设计既符合外观的视觉享受，又达到主体的结构安全实用性。

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