高层建筑结构设计问题及对策分析

刘有权

摘  要：在当前社会快速发展的新形势下，建筑功能日趋多样化，建设用地越发紧张，在这种情况下，高层建筑迅速发展起来。相较于普通建筑，高层建筑结构设计难度较大。特别是当前新的设计计算理念的发展及较高强材料的开发，这也给高层结构设计带来了新的挑战。高层建筑体系由于需要承担较大的垂直荷载、风荷载及震力等，当建筑高度越大的情况下，风荷载和地震力则越大。因此需要掌握高层建筑结构设计的要点，并针对高层建筑结构设计中存在的问题进行深入分析，积极采取有效的措施加以解决。

关键词：高层建筑;结构设计;原则;要点;平面布局;结构形式

中图分类号：TU2           文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）36-0094-02

Abstract： In the new situation of the rapid development of the current society， the building function is becoming more and more diversified， and the construction land is becoming more and more tense. In this case， the high-rise building is developing rapidly. Compared with ordinary buildings， the structural design of high-rise buildings is more difficult. In particular， the development of new design and calculation concepts and the development of higher strength materials have also brought new challenges to the design of high-rise structures. Because the high-rise building system needs to bear large vertical load， wind load and seismic force， when the building height is larger， the wind load and seismic force are greater. Therefore， it is necessary to grasp the key points of high-rise building structure design， and make an in-depth analysis of the problems existing in high-rise building structure design， and actively take effective measures to solve it.

Keywords： high-rise building; structural design; principle; key points; plane layout; structural form

前言

在高層建筑建设过程中，结构设计是较为关键的一个环节，其会对建筑的质量、安全和稳定性带来直接的影响。因此在实际高层建筑结构设计过程中，需要保证结构方案的优良、计算简图和分析计算结果的合理性，并针对实际结构设计中的轴向变形、结构形式、荷载及高度等问题加以重视，科学合理对高层建筑结构进行设计，进一步提升高层建筑结构设计的水平，为建筑行业的健康、稳定发展奠定良好的基础。

1 高层建筑结构设计中应该遵循的原则

1.1 结构方案的优良

高层建筑结构设计过程中，要求保证建筑设计的可行性和经济性，具体的设计方案要合理，同时结构体系和结构形式要更具可行性。在同一结构设计单元中，尽量避免出现多种类型的结构设计体系，结构体系受力要明确，并深入分析各种可能的影响因素。针对于结构方案中的一些重要问题要加强与专业设计人员进行沟通，以此来保证高层建筑结构设计方案的合理性。

1.2 计算简图的合理性

计算简图对于高层建筑结构具有极为重要的意义，其直接关系到高层建筑结构的计算公式及结构构造方式。因此在结构设计时如果选择的计算简图不恰当，必然会对高层建筑结构的安全性带来较大的影响。因此在针对于高层建筑结构设计时，需要保证计算简图的合理性和准确性，这样才能确保高层建筑结构的安全性。在具体选择计算简图时，需要保证误差在可控范围内，从而为高层建筑施工质量起到重要的保障作用。

1.3 分析计算结果的合理

目前高层建筑设计普遍运用计算机来完成，建筑设计软件种类较多，当选择的设计软件存在差异时，即使同一建筑也会存在不同之处。这就要求设计人员在选择建筑设计软件时，需要针对每一个软件的适用范围和使用条件进行仔细研究，保证计算机辅助软件的合理性。在具体设计过程中，尽量避免人为操作的情况发生，针对于输入的数据要仔细审查，确保分析计算结果的准确性和合理性。

2 高层建筑结构设计的要点

2.1 要重视轴向变形的问题

由于高层建筑竖向荷载较大，因此在施工过程中易出现轴向变形，影响建筑弯矩及连续墙结构。当建筑出现轴向变形时，其会造成连续梁支座负弯矩数值下降，建筑正弯矩值也会随之提高，构件剪力和侧移会发生较大的改变。针对于轴向变形问题，需要对变形进行仔细观察，并做好构件对比工作，针对一轴向变形结果进行计算，对构件下料长度进行预测，并对下料长度进行合理分配。

2.2 结构形式及结构延性问题

目前高层建筑设计多采用钢结构和钢筋混凝土结构。对于钢筋混凝土结构而言，其具有较好的经济性，材料来源具有多样性特点，能够针对各种复杂的断面形状进行浇筑，将各类结构体系更好的体现出来，整体结构耐久性和防火性具有一定的优势。针对于钢筋混凝土结构进行科学和规范的设计，能够更好地发挥出结构的抗震性能。但钢筋混凝土结构使用时存在构件断面大及自重大的问题。采用钢结构时，其在强度和韧性方面具有较强的优势，同时结构断面小、自重轻，具有较强的抗震性。通过在工厂中对钢结构构件进行加工，可以实现施工工期的节约。但构件用钢量较大，造价相对较高，防火性能不强，使用过程中需要大量的防火涂料，无论是施工周期还是成本都会有所增加。因此要针对建筑的实际情况来选择适宜的结构形式。另外，在高层建筑结构设计时，需要将结构的延性作为设计的重要指标，这样即使有强力的冲击影响，建筑结构也能够保护良好的变形而不会坍塌，针以于地震破坏力具有较强的抵御能力。

2.3 荷载与高度问题

高层建筑结构的防震及防风设计需要根据其自身高度为依据，具体设计时需要以建筑安全为基点。由于相较于多层建筑高层建筑水平荷载力较为突出，高层建筑重量和产生的内力与建筑高度的一次方为正比的关系，建筑水平荷载力对结构产生的力量与建筑高度的二次方成正比，水平荷载力直接关系到防震性能和防风的设计。一旦地震发生，水平荷载力会对建筑产生巨大的作用力，因此在设计时需要精准计算水平荷载力，有效地保证建筑的安全。在实际高层建筑结构设计中，需要针对建筑超高问题给予高度的重视，一旦高度超出规定高度，必然重新设计。

3 当前高层建筑结构设计存在的问题分析

3.1 结构体系不合理

在高层建筑结构设计时，当设计人员选择结构体系不合理时，结构的稳定性必然会下降。如在钢筋混凝土结构体系设计时，设计人员需要充分的结合工程结构特点，并根据建筑所处地区抗震设防等级及风荷载情况来选择适宜的结构体系。如果设计人员选择的结构体系不合理，在一定程度上会降低结构的稳定性。特别是在选择钢盘混凝土结构体系时，一旦选择的设计指标欠缺科学性，必然会降低整体结构的性能和可靠性，易发生各种质量和安全问题。

3.2 地基与基础设计不科学

在高层建筑地基和基础设计时，当基础类型选择不合理时，建筑物易发生不均匀沉降，严重时还会整体出现倾斜。在地基基础设计不合理时，当地基斜面坡坡度较大情况下，会对地基混凝土施工时振捣质量带来影响，从而对地基结构的稳定性带来不利影响。当地下室底板配筋不合理时，高层建筑结构也易出现失稳，导致建筑物不均匀沉降量增大。另外，在实际设计过程中，设计人员对于地下水对地基和基础的影响考虑不全面，从而对地基和基础结构的耐久性和稳定性带来较大的影响。

3.3 上部结构设计存在较多缺陷

在针对高层建筑钢筋混凝土上部结构设计时，当框剪结构设计不合理时，易出现应力集中现象，导致高层建筑结构安全性下降，结构易出现裂缝或是倒塌事故。在具体框剪结构连接构件设计时，当剪力墙布置不合理时，会导致框剪连接构件设计难度增加，从而对整体结构的可靠性带来较大的影响。

4 高层建筑结构设计问题的解决策略

4.1 科学布置平面布局

高层建筑结构设计工作中易出现结构扭转问题，这就需要在实际设计过程中，建筑结构形式宜采用相对规则的图形，并保证质量的均匀分布，进一步提高建筑体的稳定性，保证建筑结构的对称性。即在实际设计过程中，具体通過科学进行平面布局，以此来保证建筑结构的稳固性和安全性。

4.2 合理计算与应用计算简图

在高层建筑结构设计中，需要以计算简图的计算作为重要依据。由于在结构设计中会涉及到配筋率、构件尺寸及建筑物高度等问题，这些问题都离不开准确的计算，在实际计算过程中还需要合理选择计算简图，以此来保证计算模型或是计算简图能够与实际工程状况相符。对于高层建筑而言，其对于结构荷载承受力、抗震能力及其他功能、性能等都具有较高的要求，因此建筑结构设计较为复杂，在实际设计过程中设计人员会受到诸多因素的影响，特别是需要合理计算和应用计算简图，从而保证计算过程和计算结果的精准度。

4.3 科学进行结构设计

相较于高层建筑结构设计理论的发展，结构设计相对滞后。计算机技术在结构设计中的应用，有效地提高了结构设计的效率，但在实际结构设计过程中还存在一定的约束因素，这也使建筑结构优化设计的难度较大。在当前部分结构设计时，设计人员往往觉得设计与规范要求相符，计算准确即可，但在实际工作中建筑结构设计方案一般需要根据工程施工变化而进行相应的调整。因此在实际建筑结构设计中，要求其要能够满足各种性能的要求，以此来保证结构设计的科学性和合理性，而且建筑在后期使用过程中的安全性和稳定性也能够得到有效的保障。同时在结构设计时还要重视结构的延性特征，这样才能保证高层建筑使用过程中变形和倒塌风险降低，提高建筑对荷载的承受力。另外，针对于建筑结构形式的选择，由于钢结构和钢筋混凝土结构各有特点，在具体选用过程中，需要考虑建筑地点的地理环境，同时还要结合建筑的实际用途，从而选择更为适宜的结构形式。虽然近年来钢结构制造水平有了大幅度的提升，但其在防火方面还存在一定的欠缺，因此在当前高层建筑结构设计过程中，通常会将钢结构与钢筋混凝土结构相结合，进一步保证结构的稳固性和安全性。

5 结束语

由于高层建筑结构设计中会受到较多因素的影响，这也导致在实际设计中往往会存在一些问题，这就需要采用科学合理的设计方法，有效的提高结构设计的质量，确保高层建筑结构的安全性和稳定性，有效的推进建筑行业的健康、有序发展。

参考文献：

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