高层建筑结构设计探究

高层建筑结构设计探究

刘琳

刘琳

陕西省现代建筑设计研究院陕西西安710048

摘要：不同于普通的低层建筑，高层建筑在建设过程中，必须重点加强对结构的设计，因为它关系到建筑物的牢固度、安全性与稳定性，科学的结构设计也能够为日后的养护等工作打下坚实基础，进而影响到人们的生命健康安全、以及建筑物功能与作用的发挥。本文针对高层建筑结构展开讨论，分析了其结构设计原则以及设计中存在的问题，并对应提出了解决对策。

关键词：高层建筑；结构设计；问题措施

引言

城市建设步伐的加快推动了高层建筑物的产生，高层建筑具有高度高、层数多等特点，在实际的建设施工中，要重要考虑其结构设计问题，因为结构设计的科学与否直接影响到日后高层建筑物的养护与维护，高层建筑物的结构设计要本着科学、合理、安全、高效等原则，不仅能够为人们提供使用上的便利，而且也要体现出一定的安全性能，发挥抗震、抵风等方面功能与作用，只有这样才能体现出高层建筑物的优势和优点，才能有效发挥其功能和作用。

一、当前城市高层建筑设计的基本原则

高层建筑结构的设计是一个融合多学科、多领域的复杂科学问题。针对高层建筑功能性、美观性、经济性、综合性等具体实现目标，设计人员应制定不同的机构设计方案。但是，结构设计作为高层建筑设计的核心内容，其设计过程遵循根本设计原则大致相同：

1.1充分考虑高层建筑所承载的垂向负荷和横向负荷，以及其可能遇到风力和地震应力等各项不可抗力；

1.2严格控制高层建筑高宽比例，以保证其结构稳定性及美观性；

1.3高层建筑的平面或立面的质量和刚度应尽量保持对称和匀称，使整体结构中不存在薄弱环节；

1.4提前考虑风力、地震、温度变化或基础沉降对建筑结构带来的影响，并制订相应的平衡措施。

二、高层建筑物结构设计重点

1、重点加强结构延展性设计

由于高层建筑物高度较高，地震发生时更容易受到影响，可能出现变形、倒塌等问题，因此，结构设计方面必须加强其结构柔和度，在设计过程中需要着重对结构实施特别的工艺和方法，使结构能够发挥良好的延展性、弹性功能，这样才能有效克服地震灾害后的变形等问题。

2、积极重视轴向变形问题

由于高层建筑物是在竖直方向较大，因此其所承受的竖向载荷也较大，这难免会对连续梁弯矩带来巨大负担，容易造成柱中轴向变形类似问题，可能引发跨中正弯矩与端支座负弯矩值上升，同时，也可能对侧移、构建剪力等带来不良危害，引发诸多结构不安全的问题，特别是预计的下料长度要参照轴向变形的数值范围来科学加以计算、变化和调整。

3、科学设计水平力

对于高度较高、楼层数较多的高层建筑，必须将水平力设计纳入特殊考虑范围，虽然这类建筑的竖向载荷力与结构密切相关，然而，水平载荷的影响却也是不可忽视的，甚至可以说是这种影响是决定性的，这是因为水平载荷能够对结构带来某种倾覆力矩与轴向力，而且相对已经确定下来、静态的竖向载荷，水平载荷则会根据建筑物结构的变化而变化，可见水平力设计的重要性。

二、高层建筑结构设计问题与对策

1、不合理增设短肢剪力墙

一些高层建筑物结构设计中增设了短肢剪力墙，从多年的高层建筑建设工作来看，此类剪力墙的设置对建筑结构的牢固度、稳定性以及抗震能力产生不利作用，因此，井盖尽量减少对这种墙体的使用，只有这样才能有效提升高层建筑结构质量。

2、不科学的嵌固端设置

一般来说，现代高层建筑都设有多层地下室以及人防，而且通常习惯将嵌固端修筑在地下室，以及人防顶板地区，然而，这样的设计实质上并不完全稳妥，相关设计工作者必须细致深入地分析嵌固端位置布局欲将引发的诸多问题，容易造成的不良影响等等，而且要重点思考嵌固端的楼板设计等重要方面，重点综合、精细、全方位地分析嵌固端上下层的刚度比例，而且要将嵌固端的方位布局纳入高层建筑计算运算工作中，特别引起注意的是，嵌固端的布局需要同抗震缝隙保持和谐，注重二者之间的平衡。

3、建筑结构超高问题

高层建筑在建设施工过程中容易出现高度超标的问题，凡是超过规定科学标准的高层建筑，无论在结构稳定性、建筑安全度，还是抵御自然灾害能力方面都会受到负面影响，一些建筑施工企业无视高层建筑超高问题，对高层建筑实行无限度增高，面对这一问题，相关部门必须出台一套科学的法规制度，科学规范高层建筑的高度，当前的高层建筑高度从起初的A级上升到了B级，而且对应的高层建筑的设计模式也得到了发展和更新，当前的高层建筑高度设计必须严格依照国家相关法律法规规定进行科学控制，同时也要将其抗震性能、防火性能等纳入考虑范围。

4、不科学的高层建筑结构设计

高层建筑物由于具有特殊的性质和功能，要重点加强对其结构设计，然而，客观现实条件下，很多高层建筑设计者不是专业水平不合格，就是不了解相关的技术法规规定，在设计过程中没能将高层建筑物的抗震性、安全度、牢固度等纳入结构设计考虑范围，一些不负责任的设计人员甚至盲目听从业主的指导，无视技术规定胡乱设计建筑结构，这样无疑会影响高层建筑的安全度与稳定性。对于高层建筑结构布置与设计不科学这一严重问题，必须有效把握、积极控制、全面加强，因为只有打造出科学、合理的结构设计，才能从整体上维护高层建筑的建设质量，在实际的布置与设计过程中，要重点从建筑物抗侧力、平面大小、结构质量、抗震能力等方面出发，进行优化布置与设计，从而全面维护高层建筑的设计水平，提高其安全度与稳定性。

5、高层建筑防火安全问题

随着现代高层建筑高度的不断增大，一旦发生火灾，往往导致涉及范围较广，殃及整栋建筑，造成重大的财产和人身安全损失，因此如何解决高层建筑的防火规范问题是需要建筑方首当其冲解决的问题。

三、高层建筑结构科学设计的有效途径

1、优选计算简图

计算简图是高层建筑结构设计的数据依据，必须注重对计算简图的科学选择与运用，从而确保建筑结构设计朝着安全、合理方向发展，要想确保计算简图的选择科学、合理，就必须采用科学的构造方法，确保计算的精准、真实、客观，要确保计算简图被控制在合理范围内。

2、做好基础设计工作

必须严格根据高层建筑所在地的地质状况来科学优选基础设计，必须加强对高层建筑上端结构特点、荷载分布等加以分析，也要顾及周围建筑物的分布、布局特点进行实地考察与分析，在做出综合、全面、细致的分析后，最终优选出最合适的基础设计方案，这其中要明确的重点项目为：要从地基的承受力、承重潜能等方面出发，确保地基这些方面的能力得到彻底发挥，而且也要做好地基变形的检查、测算。

3、做好结构方案的选择

结构方案的选择与使用直接关系到建筑物的结构质量，一个科学的结构方案具有以下方面特征：第一，能够达到高层建筑设计的结构形式、结构体系的规定标准;第二，方案的经济性、科学性、能够以最小的成本收获最优设计方案，能够明确各部分的受力情况，各部分之间力量传递相对简明，只有这样才能达到科学的设计标准。要确保在同一个结构中，使用同样的结构系统。

结束语

高层建筑结构设计属于技术密集型建设项目，它具有一定的复杂性和巨大的挑战性，在建筑设计持续进步的现代社会，必须加强对高层建筑结构设计的研究，将一切影响结构设计的因素纳入考虑范围，控制不良问题出现的概率，打造出高质量、高安全等级的高层建筑。

参考文献:

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[2]骆新宇.浅谈高层建筑结构设计及外部尺度[J].科技促进发展(应用版).2010(02)：89.

[3]颜蕴;董克军.浅淡高层建筑的节能设计[J].科技致富向导.2010(26)：112.