探析高層建筑結構設計

【摘要】本文對于高層建筑結構設計過程中的問題，指出了相應的處理方法，進一步完善高層建筑的結構設計方案，以顯著提升高層建筑的安全性。伴隨城鎮(zhèn)化的深入發(fā)展，城市中高層建筑的數(shù)量將會逐漸增長，需要在現(xiàn)有基礎上繼續(xù)完善高層建筑的結構設計，以適應時代快速發(fā)展的步伐。

【關鍵詞】結構設計；高層建筑工程；抗震性；抗風；消防

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)性發(fā)展與城市建設步伐加快，各地高層建筑工程的數(shù)量不斷增多，以解決城市人口密集、土地資源缺乏的問題。與底層建筑的結構設計相比，高層建筑的結構設計較繁瑣，影響的原因也較多，一方面需要對建筑的外型比例進行慎重思考，另一方面，還需要使建筑結構的穩(wěn)固性得到保證，兼顧防范建筑物地基沉降、風力因素、溫度轉變、地震災害等因素，可能對建筑結構造成的危害。

1、高層建筑結構設計的要點與原則

1.1計算簡圖和結構體系的合理設計

高層建筑工程建設質量與其結構設計方案有著直接的關系，高層建筑工程的結構設計是否合理，將決定并影響到建筑工程的最終質量與整體性能。合理的結構設計方案，對于工程來講是十分關鍵的：優(yōu)秀的設計方案，一方面能夠滿足結構形式，穩(wěn)固建筑基礎，另一方面還能夠降低和控制造價成本，確保工程經(jīng)濟效益的最大化。

在相同的結構單元中，高層建筑結構體系應當統(tǒng)一。如果高層建筑工程項目所在地區(qū)地震頻發(fā)，那么在應力的設計上，應該滿足平面和豎向的設計規(guī)則。在進行高層建筑的結構計算時，需要用到相關的計算簡圖，在選取計算簡圖時，應正確反映結構的實際受力情況，使計算結果盡可能與實際相符。

1.2高層建筑的抗震設計要點

抗震方面的合理設計，在建筑工程設計中是十分重要的。建筑結構設計時，應考慮設計多道抗震防線，結構應具有一定數(shù)量的內部、外部贅余度，用延性較好的結構構件連接延性較好的分體體系，使各延性分體體系協(xié)同工作。在發(fā)生地震時，結構可以吸收和耗散大量的地震能量，保證結構的安全。在進行設計時，需要結合建筑物的基本體型和建筑物所處的抗震設防烈度要求。在重視抗震設計計算設計的同時，還應當重視結構抗震概念設計。建筑體型和布置，依據(jù)抗震概念設計原則，劃分為規(guī)則和不規(guī)則兩大類。一般在地震多發(fā)地段，宜選用規(guī)則結構，即平面和立面規(guī)則，結構平面布置均勻、對稱并具有較好的抗扭剛度；結構豎向布置均勻，結構剛度、承載力和質量分布均勻。

1.3計算結果的科學分析

計算結果分析是對整體結構設計結果進行分析的過程。在整個高層建筑項目的結構設計過程中，計算機是非常方便的，也是重要的輔助工具，但當今的計算機軟件有很多不同的種類，而且每一種軟件所計算出來的數(shù)據(jù)結果都會有所不同。因此在計算前，設計人員必須對軟件計算原理及范圍有清晰的認識，并根據(jù)工程實際情況，選擇適合本工程的計算程序，計算方法選擇不正確或是由于人為的因素導致輸入有誤，則會影響到計算結果的正確性。在計算完成后，應以力學概念和豐富的工程經(jīng)驗為基礎，從結構整體和局部兩個方面，對計算結果的合理性進行判斷，確認其可靠性后，方可用于工程設計。

2、高層建筑結構設計的注意事項及解決方法

2.1位移限值的注意事項

在高層建筑中，決定其定點位移的限值因素，包括數(shù)值大小和振動頻率兩個方面。一般人對高層建筑振動頻率感知是很敏感的，而對震動幅度的大小感知相對較弱，因此只要結構的擺動頻率不是過高就能滿足建筑的應用舒適度。為了避免由于結構的變形過大而產生的層間相對位移現(xiàn)象，現(xiàn)有規(guī)范中對限值的規(guī)定標準是較嚴格的。再加上各種計算程序在算法中的區(qū)別，同一個結構若采取不同的程序計算，會造成層間位移數(shù)值的較大差異。最主要原因是，每個軟件對層間位移的定義各不相同，有些是考慮樓層在經(jīng)過轉動后其最大角點的位移狀況，有些則單指樓層的形心位移情況。

2.2抗風構件設計的注意事項

為了讓高層建筑的抗風構件符合結構設計的牢固性需要，在抗風設計當中需做好下面幾項工作：首先，高層建筑的基礎結實，上部分的結構才可以穩(wěn)固，所以要明確混凝土的級配標準，運用級配高的砂石是最佳的選擇，以加大基礎持力層厚度，加置抗拔的錨桿構件，提升建筑基礎的牢固性；其次，增加高層建筑的構件，例如剪力墻、樓板等，可抵消風能對結構造成的不利因素，確保結構的牢固；最后，降減風力的水平負荷與風力相加對高層所造成的影響。

2.3超高設計的注意事項

基于抗震性能以及質量安全的考慮，高層建筑設計時要遵守一定的高度限制要求。建筑設計人員要在高度允許的范圍內，設計好其它的參數(shù)，使高層建筑設計能滿足施工實際需求。對于不能通過審核的圖紙，應該重新進行設計，避免由于超高現(xiàn)象造成的安全隱患。

2.4剪力墻設計的注意事項

在新的高規(guī)中，對斷肢剪力墻有了全新的定義，指墻肢的截面高度和厚度比在五到八之間剪力墻。在建筑工程中所使用的短肢剪力墻，會因為建筑材料質量的問題而產生安全隱患，為了保證高層建筑的剛度，高層建筑要盡量避免使用短肢剪力強結構，同時對建筑混凝土墻的開孔個數(shù)、位置、方法作限制，以免出現(xiàn)建筑結構穩(wěn)定性的隱患。在作建筑結構設計時，還需要嚴設計材料的使用規(guī)格，避免因為施工材料質量不合格，造成高層建筑質量及安全隱患。

2.5其他注意事項

首先，必須加強對于結構延展性的設計。這主要是針對高層建筑容易出現(xiàn)的變形、倒塌等問題而言的，尤其是對于地震災害來說，這種延展性更是極為關鍵，必須要在結構設計中體現(xiàn)出這種柔和度特點來。其次，要加強高層建筑結構的水平力設計。所謂的水平力，指高層建筑在同一平面內的各種力學載荷特點，其對于高層建筑結構的影響也是比較明顯的，必須在設計過程中加強控制。最后，應當確保高層建筑結構設計的穩(wěn)定性。比如對于短肢剪力墻設置的控制，就是較為典型的一個方面。

綜上所述，上文對高層建筑結構設計中經(jīng)常出現(xiàn)的問題實行了研究分析，同時提出了一些自己的想法和建議，期望提升高層建筑的結構設計水平。

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作者簡介：

許魯東，六環(huán)景觀（遼寧）股份有限公司，遼寧大連。