关于高层建筑结构设计相关问题的探讨

摘要：近几年，随着社会的发展，一座座高层拔地而起。而高层建筑的结构设计工作是一项涉及诸多因素和问题的综合性技术工作，高层建筑对结构设计的要求非常高，因此我们的设计师一定要在准确分析计算的前提下，根据结构设计的原则性要求进行设计。但就目前的情况来看，高层建筑结构设计还存在很多的问题，因此加强对其的研究非常有必要，基于此本文分析了高层建筑结构设计的相关方面。

关键词：高层建筑；结构设计；问题；原则

中图分类号：TU318 文献标识码： A

1、高层建筑结构设计特点

高层建筑结构设计中水平力是决定性因素。水平荷载在高层建筑结构中的稳定性贡献非常大。与普通建筑相似，高层建筑结构在竖向的荷载多以重力表示，但在水平荷载方面，高层建筑与普通建筑有着极大的不同，高层建筑的自重与荷载在竖向构件可以产生一定的轴力与弯矩，在建筑结构的稳定性方面起着决定性的作用。

在高层建筑结构设计中需要严格控制好侧移指标。当建筑的高度不断增加，水平荷载下的结构侧向移动将会不断被放大，对高层建筑的稳定性造成威胁，同时也会对人的生活舒适度造成一定的影响，所以需要保持侧移能够控制在一定的范围之内，这成为结构设计的核心元素。高层建筑结构的设计对于抗震设计要求已经明显提高，随着近几年来地震现象不断频繁，任何一个等级的偏差都有可能会造成稳定性破坏；当高层建筑的竖向荷载不断增大时，柱内的轴向严重，连续梁弯矩变化让支座处的负弯矩减小，从而对预制构件的下料长度造成影响。所以在高层建筑设计时需要注意轴向变形问题；要通过一定的措施，确保建筑结构具有相当的延性，当高层建筑物遇到危险时，避免出现倒塌的问题，如果没有延性设计，将会对使用效率产生危害。

2、高层建筑设计的一般原则

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1、关于高层建筑结构计算简图的选取原则

在高层建筑的结构设计和受力分析过程当中，要进行相关的计算，而计算简图是进行结构设计计算的基础，所以计算简图的选取恰当与否关系着高层建筑的结构设计是否合理，也关系着高层建筑的使用是否安全可靠。在进行高层建筑结构计算简图的选取时，要特别的仔细认真，这样才能保证结构设计计算结果的可靠，保证高层建筑的安全建设和使用。同时，计算简图要有一定的构造措施和构造方法来保证安全，尤其是建筑节点在图纸上和实际中略有差别，必须保证计算简图的误差在允许的设计误差范围内。此外，设计工程师要仔细的分析软件计算的结果，避免因为不同计算软件的计算结果而造成比较大的计算偏差和失误。

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2、关于基础设计和建筑结构设计的方案选取原则

高层建筑的基础比较深，基础设计要考虑多种因素。高层建筑的基础设计必须参考详细的地质勘探报告，然后结合地区的地质条件进行基础的合理设计。同时，采用哪种高层建筑的结构类型也影响着基础的设计工作，不同的建筑类型的荷载不同，高层建筑的基础设计必须与结构类型和荷载分布相一致。综合考虑各种因素来确定基础的设计工作的目的是使地基的稳定性能和承载能力发挥到最大。

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3、关于计算结果正确性分析的原则

随着计算机技术的不断进步，计算机应用软件不断地加入到高层建筑结构设计的分析计算当中，但是与建筑结构设计有关的软件的品种数量众多，不同的软件品种的计算方法、流程和编程实现方法不一定相同，导致了有关结构设计的计算结果存在着许多差异。设计工程师要正确认识和分析这些计算结果的差异，充分了解所采用的计算软件的计算范围和计算条件，要在仔细审核的基础上进行仔细的判断，排除人工数据输入的错误，才能够得出所需要的正确结果。

3、高层建筑中相关问题

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1、结构的规范性问题

近年来，国家加大了对建筑行业的宏观调控力度，明确规范了高层建筑物的安全使用要求，对高层建筑结构设计进行了更多的限制，主要体现在对高层建筑工程项目中可能存在的安全隐患的防控。例如：严格要求建筑结构设计中，建筑结构嵌固端的下层和上层感度比必须控制在规范要求范围内。国家不断出台了新的建筑结构设计规范规则，并明确指出在建筑结构设计中，不能使用不规则的结构设计方案。高层建筑结构设计人员在实际的设计工作中，必须严格按照新规范进行设计，避免为高层建筑结构设计埋下安全隐患。

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2、抗震设计问题

我国地质情况发现，中国是较易发生地震的，再加之泥石流、山体滑坡、地面塌陷产生的概率也较大，因此，开展高层建筑的结构设计工作时，一定要把增强建筑的抗震能力作为最关键的工作。进行抗震设计时经常遭遇的困难有：首先，抗震构造柱的位置不合理。墙体的转角处，屋内的四角位置没有设立构造柱或者未对称设计；这样可以减小砖墙所承受的重量；山墙或纵墙的连接处没有建设抗震构造柱。其次，设计好结构的平面布局。不对称、无规律的平面布局，易产生较大的凹凸形变，即使是在相同的结构单元，结构的平面布局及刚度也不协调、平面的长度超过规定等。

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3、高层建筑结构设计中的剪力墙设置问题

高层建筑中的剪力墙的数量要求和位置的设置问题也是高层建筑结构设计的重要因素之一。第一，在现行的建筑规范中，具体描述了短肢剪力墙的定义问题，短肢剪力墙是指截面的高度和厚度的比在5-8的墙体，在具体的建筑应用中，短肢剪力墙的使用受到诸多限制，结构设计中应尽量少使用这种墙体结构，避免后续的设计上的诸多问题。第二，剪力墙的位置设置除了在建筑的两端以外，在建筑的纵向中轴线还应该增加剪力墙结构，并调整剪力墙中心的位置，合理设置厚度以及截面，使建筑的结果位移保持在合理的范围之内。

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4、高层建筑的嵌固端确定问题

建筑结构设计计算的可信度和准确度会受到高层建筑结构嵌固端的极大影响，所以要科学地确定结构嵌固端的具体位置，并保证它的位置与建筑整体的抗震性能相协调，这也是高层建筑设计工作中极其重要的内容。必须保证嵌固端位置的合理性，但建筑企业往往没有重视嵌固端位置可能产生的诸多不利影响，如嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题。因此，在设计嵌固端的具体位置时，一定要充分考虑各个因素，这样才能最科学地确定嵌固端的位置，防止因嵌固端位置的不合理而产生的施工隐患。

4、工程实例分析

（一）工程概况

某项目地上建筑面积为13.45万m，地下建筑面积为4.3万m，总建筑面积为17.75万m。根据岩土工程勘察报告，本工程场地地基土层为第四纪冲海积的黏土和淤泥层，基底岩性为侏罗纪熔结凝灰岩，场地内无液化土层。宾馆塔楼柱下荷载最大达3.8×104kn，商务塔楼柱下荷载最大达3.5×104kn，采用大直径灌注桩，平板式桩筏基础。

（二）主要技术及措施

1.连廊弱连接支座

在连廊的两端需要留有足够的活动空间，保证其不出现下坠的情况。可以采用抗拉铰接万向支座，使用侧面限位器将其固定，保证水平荷载能够直接传递到塔楼的主结构。支承连廊的框架柱抗震等级提高为一级，以确保安全性。

2.连廊及顶部塔楼结构抗震加强措施

在连廊之间采用空间钢结构桁架和混凝土楼板的方式，通过专门的设计，将其抗震功能得到加强。在建筑顶部的莲花座的高度由于较高，且外形较为复杂，所以采用将芯筒上当上升的方式，使用外复钢结构形成莲花座的外形结构设计，从而使得建筑的自重大大减轻，保证其结构的强度，能够有效的克服鞭稍效应，并且对于施工来说也很方便。

3.平面扭转不规则抗震加强措施

主要采取调整抗侧力构件的布置，使质心与刚心尽量重合，并加大结构的扭转刚度，以减小结构扭转效应，使结构各楼层的位移比不大于1.4。例如由于塔楼平面存在局部凸出圆弧，部分楼层的x向最大水平位移与平均层间位移比值超b级高度的1.4，最大达到1.47，最终通过适当加宽圆弧内柱子x向柱宽，并加强两柱联系梁刚度得以解决。

4.侧向刚度不规则抗震加强措施

通过适当的加大立面变化处楼层的板厚以及配筋，采用双层双向配筋的方式，使得立面变化楼层与钢筋之间加强作用，比如在25层中的局部凸出圆弧的结束，竖向构件截面变化则避开25层，并适当加强24 ～ 26层竖向构件配筋。

总之，高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。其在在每个结构设计过程中，都应该进行认真的分析和计算，并且要不断地进行优化设计，最终达到安全、适用、经济、合理的结构设计结果。