高层建筑结构设计的常见问题分析

屈克勇

摘要：就目前而言，在我国经济的日益发展以及城市用地不断减少的情况下，为了缓解日益紧张的人地矛盾，满足城市居民的住房需求，建筑逐渐向着高层化的方向发展。因此。做好高层建筑的结构设计工作是促进城市建设的前提。然而在高层建筑结构设计中也存在着相应的问题，下文主要就这些常见的问题进行一一分析。

关键词：高层建筑；结构设计；常见问题

前言

和其他建筑而言，高层建筑更加复杂，因此在高层建筑设计的过程中，设计着必须遵循其设计原则，同时及时发现问题，及时提出解决措施，做好高层建筑结构设计工作。

一、高层建筑结构的特点

高层建筑混凝土结构技术规程规定10层和10层以上或房屋高度超过28m的建筑为高层建筑，民用建筑设计通则规定，以高度为24m、100m的住宅和公共建筑分别列为高层及超高层建筑，其防火要求不同，实际上结构没有确切的划分低层、中层和高层的界限，对于结构设计而言影响设计的重要因素-水平荷载及其效应是随高度而渐变的，低层、中层和高层建筑都要承受竖向荷载和水平荷载、风荷载及地震作用，其结构设计原理基本相同，但控制结构设计的因素不同，竖向荷载作用下的基底轴力与结构高度成正比，水平荷载产生的基底剪力与结构高度成正比，但水平荷载产生的总体倾覆力矩与结构高度平方成正比，而顶点侧移与结构高度四次方成正比， 低层建筑有竖向荷载控制，高层建筑一般由水平荷载控制。

1.水平荷载成为决定因素

随着我国社会经济的迅猛发展以及城市化进程的不断加快，城市中的工业发展十分迅速，并且大量的人口涌入城市，在对城市发展做出贡献的同时，也对城市的发展造成了一定的压力 因为城市中的土地资源是有限的，而人口却在逐渐的增长，所以土地资源十分珍贵。为了满足人们的需求，建筑的高度在逐渐的增加，越来越多的高层建筑、超高层建筑出现在人们的视野中，在高層建筑的结构设计中就要对水平荷载进行充分的考、随着楼层的增加、水平荷载所产生的作用力也将越大、所以在考虑抗震性的同时要对水平荷载给予重视。

2.抗震设计要求更高

抗震设计是每个建筑在进行结构设计中都要考虑的问题，但是对于高层建筑而言就要提高标准，因为高层建筑无论是在高度上还是在荷载的承受力方面都具有非常高的强度，所以要比普通建筑的标准提升很多，具有良好的抗震性能。

3.高层建筑结构设计中的侧移和振动周期

结构自振周期高层建筑的自振周期（T1）宜在下列范围内：框架结构：T1=（0.1-0.15）N框一剪、框筒结构：T1=（0.08-0.12） N剪力墙、筒中筒结构：T1=（0.04-0.10）N，N为结构层数。

结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内：第二周期：T2=（1/3-1/5 ）T1；第三周期：T3=（1/5-1/7 ）T1。

共振问题当建筑场地发生地震时，如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近，建筑物和场地就会发生共振， 因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期，通过调整结构的层数，选择合适的结构类别和结构体系，扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别，避免共振的发生。

4.延性是非常关键的设计内容

比对那些层数比较低的建筑体来讲，高层的结构具有更多的柔性意义，当受到地震影响的时候，它的变形更厉害，为保证结构能够有优秀的变形水平，防止塌陷现象发生，要重点在构造上使用优秀的方法，以此来确保其有着非常好的延性特点。

二、高层建筑结构设计中常见的问题分析

1.结构选型中常见的问题。1）结构的规则性问题。由于高层建筑随着时代的发展和人们要求的不断提高，其结构规则也要不断变化，与传统的规则相比较，新的规则有许多条件的限制，并且新的规范中，有很多关于设计方案的条文，是具有强制性的，明确的说了不合理的设计方案，是不能被采用的。因此，建筑设计的相关人员，要严格遵守新的要求，以免产生不必要的麻烦，影响工程的进度。2）嵌固端的设置问题。现在的高层建筑，通常情况下，都会建有地下室，和人防通道，这就产生了嵌固端设计的问题，设计人员要充分考虑到结构的抗震性能和协调性能，在进行建筑整体设计的时候，一定要让其上下结构的抗震性能保持一致，并且在其刚度设计等方面也十分注意，一切都要从人们的安全出发，按照国家的相关规定进行设计，这样才能避免在施工中为建筑埋下不良的隐患。3）结构的超高问题。建筑物高度不断的上升，会造成其承载能力的下降，为了有效的提高高层建筑的承载能力，设计人员在对其进行建筑结构设计的时候，要全面的分析数据，从材料性能，安全指标，以及建筑周围的地质情况等众多方面进行研究。严格的控制各种不良因素对建筑质量的影响。

2.砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用。砖混结构是建筑工程中，常用的建筑结构，在这样的结构中，非承重墙与构造柱的有效结合不但提高了剪力墙的承载能力，还有效的防止了墙体裂缝的出现以及扩大，对提高建筑物的抗震性能以及承载性能，有着非常大的作用。但是在建筑施工的过程中，构造柱的使用存在以下几个问题：1）在建筑工程中，构造柱常常被用作承重柱，这样一来，构造柱在受到外力的作用时，就会出现与砌体结合不够紧密，约束力下降的情况，这种现象如果一直没有得到缓解，那么在地震发生的时候，构造柱会首先成为遭受破坏的对象，由此可见，这样的构造不但没有提高建筑物的抗震性能，反而使构造柱变得不堪一击，成了建筑结构的中弱点。2）构造柱由于具有一定特殊性，并且又没有一个可靠的固定基础，因此，如果被当作承重柱使用，在柱底受到较大的冲力以及压力的时候，就会出现因强度不够，而出现构造柱局部受到破坏的现象，如果在承重很大的情况下，其设计可以按照承重墙的设计进行。

3.悬挑梁的截面高度选用过小。如果梁高较小，在其受外外力作用的时候，截面会因为还处于正常工作的状态而出现非线性徐变，这样梁挠度会随着时间的增长，而不断增加，进而导致梁板裂缝的出现，这就会影响建筑物的正常使用，据以往的经验来看，这种形变到了最后，会形成宽度很大的裂缝，如果长时间得不到控制，裂缝就会继续扩大，进而新城斜向裂缝，使造成梁柱承载的下降，造成事故的发生。

4.连续梁按单梁进行设计。这种情况多发生在阳台边梁的设计中。由于边梁上的荷重一般较小，没有引起设计者的重视，为作图受力分析方便，设计者把实际应为连续梁的梁按单跨简支梁进行设计，致使梁在支座处上部负筋配置量过少。这样必然引起梁在支座附近上部受拉区出现竖向裂缝，进而引起梁上部栏板出现竖向裂缝。在梁内产生收缩应力，该收缩应力作用于原已产生的梁上裂缝处，引起梁的支座附近沿整个梁截面四周裂缝贯通，梁承载力降低，直接影响了使用安全。

5.连梁超筋问题。连梁超筋是剪力墙结构设计中一种常见现象。计算剪力不满足剪压比要求从而导致了连梁超筋。连梁易超筋的部位，某墙段中，在大墙肢上的连梁易超筋，由于墙肢截面高度大小悬殊不均匀所造成；平面中，当墙段较长时其中部的连梁易超筋；一般剪力墙结构中，在楼层总高度1/3处连梁易超筋。

结语

总之，高层建筑一个工期较长，施工环节较多，工序较复杂的工程，在设计之初，设计人员要结合工程的实际情况，要全面分析高层建筑的构造特点，预见可能出现的问题，并根据分析和研究的结果科学的进行方案的设计，这样才能从源头减少或者避免高层建筑中的安全隐患，为人们提高更加安全舒适的生活环境，也能给企业创造更多的经济效益。

参考文献：

[1]黄彦计.建筑结构设计的常见问题及对策[J].中国房地产业.2011 .