高层建筑结构设计的问题及对策探讨

李帅

摘要：鉴于我国经济发展迅速，人们对高层建筑的需求越来越大，高层建筑如雨后春笋般在各个城市中涌现，与此同时，业主对建筑的要求越来越高，故结构设计人员面对的建筑日益复杂，但结构设计又关系着建筑的使用安全与使用寿命，这就需要结构设计人员对设计过程中遇到的问题进行复盘与总结，为之后的设计提供新的方法与思路。

关键词：高层建筑;结构设计;问题及对策

1.前言

高层建筑和一般建筑的设计不同，竖向与横向两个方向的力需要高层 建筑设计时考虑，比一般建筑承受更大的的荷载。一般来说地震作用和风 荷载作用对高层建筑结构的影响很大，并且由于建筑的层数逐渐加大，侧 向位移的提高也会影响居民的生活舒适性和建筑的实用性。这就需要建筑 设计人员在建筑设计过程中把侧向位移限制在合理范围内，以达到建筑实 用性和舒适感。

2.高层建筑结构的设计特点

高层住宅建筑物构造有着和普通的建筑物构造不同的特性，它同时承 担了较大的横向荷载和竖向荷载，其横向荷载主要有建筑外部的风荷载和 地震作用产生的，竖向荷载主要是由建筑高度的增加而产生的，而且，大 中型高层建筑结构设计对抗震能力也有一定的要求。在一般情况下，中低 层建筑物构造所受到的水平荷载比较小，竖向荷载也相对较小。但是，在 高层建筑中，由于地震作用和风荷载作用也会对大中型高层建筑形成比较 大的影响，所以它们也是对高层建筑荷载产生的主要影响。由于高层建筑 的高度增加，高层建筑的横向荷载会引起更大的水平位移出现，而较大的 水平位移会导致建筑物内部设施的损坏，降低建筑物内人们的舒适性以及 建筑物的使用年限，所以为了避免这些问题的出现，和建筑物可以正常的 使用且满足我国对地震作用下的抗震要求，应该把高层建筑的抗侧刚度控 制在一个合理的范围内（刚度过大会引起更大的地震作用），使建筑物在横 向荷载的作用下的侧向位移满足使用要求。因而，可以说，在大中型高层 建筑结构设计中，其核心内容就是抗侧力构件的设计。

3.高层建筑结构设计的问题

3.1 超高问题

在高层建筑结构设计过程中，标高是一项非常关键的问题，因为高层 建筑的标高设计一定要符合其结构与抗震特点。但就目前情况而言，我国 缺乏一种明确的、统一的建筑物结构防火、抗震、超高结合等系统的标准 划分。一般来说，高层建筑是指二十四米高度以上的建筑物，而超高层工 程建筑则是指标高度在一百米以上的建筑物。尽管在建筑物标高、抗震规 范等设计中，对高层建筑的高度有明显的约束，但在工程实施过程中，由 于建筑物内部构造形式的变化将引起建筑施工图的高度变化，结果产生超 高问题，也就会影响高层建筑的设计进度和整体规划。

3.2 地基承载力问题

对高层建筑来说，因为它的应用范围很广，对空间使用要求也较高，所以结构设计者很有必要事先根据大中型高层建筑的空间组成特性，从而 决定大中型高层建筑的具体构造。因为高层建筑的重力总是向下，作用于 地面，所以在高层建筑的结构设计中，考察高层建筑的构造系统，特别是 向下的受力和地面的承载力之间是否相符合，因为一旦向下受力超过了地 基承载能力的范围，那就表明了该高层建筑的地基受力系统是不平衡的。

3.3 抗震结构设计问题

随着我国经济的发展与科技的进步，在城市化的進程中，人们不仅建 筑的布局与外观有了更高的要求，还对建筑在地震的作用下的安全提出了 更高的要求，人们希望可以控制地震作用的影响，建筑可以在地震后正常 的使用且对建筑的损坏减小到最低，故此单一的设防标准（以生命安全作 为抗震设防唯一目标）已经不能满足人们的要求了。所以在高层建筑结构 设计中抗震问题始终是关键，越来越复杂的布局和外观会使建筑变的更加 复杂，常规的抗震方法已经不能满足越来愈高的抗震设计要求了。

4.高层建筑结构设计优化对策

4.1 合理选择计算简图及结构方案

高层建筑结构设计的第一步就是根据建筑的受力特性分析，归纳出合 理的且符合实际的计算简图，如果计算简图的选择不正确，会引起结构计 算中参数的选择错误，从而影响结构的正常设计，或者造成结构设计事故 的发生，因此选择合理的计算结构简图是保证高层建筑构造安全设计的重 要前提。在结构体系选用时，应当使用与计算结构简图相应的结构体系，同时在设计结构构件时，也要保证结构构件的具体实施的可行性。另外，在选定结构体系时不但要考虑外形形状，更要兼顾结构体系的经济性和可 行性，设计方法也应当符合建筑构件形态和空间要求的特点。尤其对结构 体系的传力体系考察时，应当坚持传力体系简单、传力方向明确且均匀的 设计原则，以防止部分构件受力过于集中在某几个构件，从而影响建筑物 的整体安全。

4.2 合理设计抗风结构

（1） 基本布置。建筑物本身稳固，上层结构才能稳固安全可靠。因此 建筑物设计中要科学合理选择抗侧力构件的布置，尽量使抗侧立构件设置 在外围，加大整体的刚度的同时又有较强的抵抗扭转的刚度，避免扭转过 大的出现，增强建筑物自身结构的稳固性。（2）适度加大层建筑物耗能构 件尺寸。增加高层结构中的承载构件尺寸，如剪力墙、连梁等，相应程度 上可抵抗风能对建筑物基本结构安全稳定性形成不良的负面影响，使建筑 结构保持稳定。（3）按照建筑物结构稳定可靠的特点，对大中型建筑物构 造的最大承受能力和抗风性能进行科学试验，在确认强度和抗风力后，再 在原始数据基本上相应增强工程设计，以进一步提升高层建筑构造的最大 承受能力。

4.3 注重抗震设计

在进行建筑防震结构设计过程中，必须由专门的技术人员针对建筑所 在的环境和抗震结构发生状况进行针对性分析，以设计出符合现代抗震构 造技术标准的结构施工图。当设计师根据建筑防震墙断面较长的情形设计 时，将孔洞相连成为弱连梁，并合理调节建筑防震墙的高宽比，使防震墙 所受的应力均匀分散，以减少对防震墙的应力集中而产生破坏。在水平受 力下，由于剪力墙易受内力影响难以达到最大截面的设计要求，所以，为 优化建筑的防震结构设计必须针对具体情况降低连梁的强度，以减小对内 部的作用力，从而防止剪力墙出现脆性破坏。目前，复杂建筑的抗震问题 要通过抗震性能化设计来解决，性能化设计是根据计算分析与工程判断，找出结构可能的薄弱部位及关键部位，针对这些部位加强抗震措施，论证 结构可以达到预期的抗震性能目标，性能设计就是在结构或构件在承载力 与变形能力之间的平衡，同时提高结构或构件的抗震承载力与变形能力来 抵抗地震作用。

4.4 确定地基承载力

地基承载力是大中型建筑结构设计中必须考虑的关键因素，从建筑结 构设计之初，就必须对大中型建筑的承重墙和承重梁的布置和数量等有一 个明确的估计，同时还必须根据建筑基础混凝土特性、建筑地基土的组成 特性，测算出地基承载能力。把地面的极限强度除以相应的安全系数之后，就得到了地面的允许强度，可以比较建筑结构体系上下的受力，和地面的 允许强度相比的大小，在地基承载力范围之内进行高层结构设计，同时还 要考虑到基础的沉降，只有这样才能保证高层建筑的安全性。

5.结语

高层建筑结构设计相对来说专业性更强，综合性较大，对建筑工程有 着非常巨大的指导意义。随着我国建筑行业的日益发达与进步，而大中型 高层建筑也在日新月异的发展中，对结构设计的需求也愈来愈高。因此本 文以高层建筑结构设计为主线，深入研究并分析了高层建筑结构的主要特 征、基本准则、以及主要的问题及措施，希望可以引发人们对这一问题的 关注，并能对实际高层建筑结构设计中起到指导作用。

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