关于高层建筑结构设计探讨

段付珍　张松林

【摘要】在我国经济发展较快的城市中，由于用地紧张等多种因素，都大量兴建高层住宅楼，根据前面所述的几种基本结构形式，结合一般高层住宅房间比较多，分隔墙多的平面特点，结构可以充分利用这些隔墙的位置布置剪力墙，这样可以满足结构上承受水平、竖向荷载的要求，同时也可以减少填充墙的用量。剪力墙的厚度一般不太大，甚至可以做到厚度与填充墙相同，从而隐藏在隔墙内，不像框架结构的柱那样凸出在房间里影响使用，从而能够保证房间的规则性，整体美观，居住也很舒适。文中对高层建筑结构的特点及常遇到的一些问题进行阐述。

【关键词】高层建筑；建筑结构；结构设计；

一、高层建筑结构的特点

在高层建筑结构中，结构承受水平荷载和竖向荷载的共同作用，随着建筑物高宽比的增大、高度的增加，尽管竖向荷载对结构设计仍产生重要的影响，但水平荷载对结构产生的内力越来越大，成为结构设计时的主要控制因素，成为确定结构体系的关键性因素。在水平荷载中，地震作用是动力作用，而风力作用则包含静力作用和动力作用，其静力部分称为稳定风，动力部分称为脉动风。脉动风的作用会引起高层建筑的振动（简称风振），这在高层建筑结构抗风设计中必须加以考虑的。在地震区，高层建筑基本上是受地震作用控制，所以计算地震对结构的作用是高层建筑设计的重要内容。高层建筑结构的设计中，通常采用钢和钢筋混凝土两种材料。

二、高层建筑结构相关问题分析

1、高层建筑结构设计中的消防结构设计

高层建筑结构因其结构本身特点，决定了建筑结构在进行设计时具有一定的繁复性，而为了保证满足高层建筑结构复杂多样功能需求，需要在进行功能结构设计时，选用不同的建筑功能材料，其中所选用的材料多为可燃性材料，这一定程度上增加了火灾情况发生的可能性，且高层建筑之间空气流动性较强，风力大，一旦高层建筑发生火灾，极有可能在一定程度上造成火灾的扩张。另外，高层建筑的层数越多，在进行建筑结构设计时，应将火灾线路设计成垂直形态，在这样的情况下，高层建筑人员在进行火灾疏散时可能会耗费更长时间。在消防结构的设计中，对高层建筑进行排烟结构设计也是关于建筑结构相当重要的方面，在进行设计时，应注意将排烟结构进行合理设计，保证烟气正常排出，降低火灾发生时灾情的蔓延。

2、高层建筑结构设计中的抗风结构设计

在高层建筑的设计中，其建筑的抗风性是相当重要的。笔者认为实现抗风结构优化四个步骤：第一，进行基础设计，保证建筑结构的抗风结构，需要建筑结构具有一定的稳定性，在设计选材时，可选用级配高的砂石，保证建筑结构的填充材料密度，同时可有效防止水平方向上产生对结构倾覆性威胁；同时在结构底部进行设置时，使用抗拔锚杆，提高其应用功能，保证地基的稳固，对风力起到一定抵抗性；第二，设计耗能减振系统，在进行高层建筑结构设计时，可采用耗能减振系统，减少风荷载力对建筑物的作用力，系统的构成主要有楼板、梁柱、剪刀墙、耗能支撑等构成，减振系统的设置选材可使用具有较强粘弹性的阻尼材料，可有效提高减振系统的耗能减振作用；第三，高层建筑结构设计时，应对水平力、风荷载力以及可能发生的荷载力叠加问题进行有效解决。第四，抗风结构设计中，同时也应提高建筑物的刚度和建筑物的承载力，根据风荷载的复杂性、多变性，对建筑物的风荷载以及承载力进行精确的计算，严格按照相关施工规范，对建筑物的抗风结构进行设计。

3、高层建筑结构设计中的抗震结构设计

在对高层建筑结构进行设计时，其抗震结构始终是整个设计中较难实施也是最为薄弱的环节，因高层建筑本身的复杂特点以及地震发生时会造成的种种不确定影响，而且建筑结构设计人员在进行建筑结构设计过程中，并没有充分考虑到地震发生所造成的破坏性以及如何有效避震原理。在设计工作中，设计人员没有对抗震数据进行精确的研究分析。如果在高层建筑进行结构设计时，不能根据相关地震灾害发生的原理进行有效设计，对其进行总体的规划，可能造成建筑结构在抗震设计方面会缺乏其有效可用性，无一定的灵活性，而且不能有效建筑结构的持久耐用性，无法有效保证高层建筑居民的生命健康和财产安全。

4、短肢剪力墙的设置问题

在新规范中，对墙肢截面高厚比为 5：8 的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

5、结构的优化设计

随着生产的迅速发展，新兴科学技术的不断涌现，新的设计思想冲击着传统的设计观念，人们对“设计”的理解更加深刻。设计这一概念，从根本上说是和分析不同的。设计常常表现为重复的分析。例如，对于静定结构，要设计得能满足一组给定的容许应力，只进行一次分析就已经足够，设计者选择的截面就能使结构重量为最轻。设计超静定结构时，则是先假定截面特性，再进行结构分析，然后用分析结果来选择一组新的截面特性。通过这样反复循环的运算，得到一个可行的设计。反复修改设计是传统设计的特点，对于实际的超静定结构，这种方法是很繁琐且需要求解联立方程。如图1所示：再者，最后得到一组截面，在很大程度上取决于最初假定的误差程度。所以只是做到分析结构是远远不够的，而更重要的任务还在于要设计结构。通过设计，不仅要使产品具有良好的性能，同时还要满足生产的工艺性、使用的可靠性和安全性，且达到费用最省、消耗最低和误差最小等目的。这就是一切设计活动的最终目的。

过去的结构力学研究，主要着眼于分析和计算各种结构在外界因素作用下的受力和变形等力学反应，现在则迈出一大步，把结构优化设计也作为研究的目标和任务，结构的优化设计与传统的结构设计有一样的设计过程，也要经过设计（拟定各部分尺寸）、校核（是否满足规范等要求），修改设计、再校核，如此反复进行，直到找到理想方案为止。所不同的是，传统设计过程的安全性、经济性缺乏衡量的标准，而最优设计是在一个明确特定指标（如结构的体积最小、重量最轻、造价最省）下来说明结构的经济性与安全性。传统设计的设计、校核关系是松散的，且一般仅反复进行一两次即停止，而最优设计则是按一定的数学模式将两者紧密地联系在一起，即将设计问题转化为严格的数学规划问题求解，可利用计算机连续快速做出方案比较，从数百个方案比较中，找到最优设计方案。此外，只要在最优设计的电算程序中稍加补充（增加前后处理功能）就很方便地实现计算、设计绘图全过程的自动化。从输入数据到图形输出，只需要少量的时间，这是传统设计所不可比拟的。

结束语

对于高层建筑结构设计的相关问题，要遵循高层建筑的设计原则和设计理念，选择最为经济合理的高层建筑结构体系，做好高层建筑的建设工作，同时也保证我国的高层建筑行业得到更健康的发展。

参考文献：

[1]王力学.某高层建筑结构设计及相关问题探讨[J].建筑设计，2010，0）：132—137.

[2]陈壮善，赵静，王士奇.谈高层建筑结构设计的几个控制指标阴.建筑與结构设计，2007，（2）：35—37.

[3]钱稼茹，罗文斌.静力弹塑性分析—基于性能/位移抗震设计的分析工具[J].建筑结构，2010，30（6）：23-26.