高层建筑结构设计时存在的问题及对策分析

高层建筑结构设计论文教授推荐10篇之第六篇：高层建筑结构设计时存在的问题及对策分析

　　摘要：文章就高层建筑结构设计时存在的一些问题进行简要总结分析，并提出一些对策，分别从规则性、上部结构模型、基础设计以及隐患规避等方面展开论述。

　　关键词：高层建筑； 结构设计； 不规则； 安全隐患；

　　随着城市化的不断发展，城市人口增多土地尤为稀缺，相应高层建筑在现代社会中的应用越来越普遍，其中彰显出一些问题，设计是保证建筑安全重要的一环，结构设计往往涉及人身财产安全，因此安全合理的结构设计至关重要。一个建筑从开始规划到交付使用再到设计使用年限内可以正常使用是一个长期的过程，出现问题不可避免，包括结构设计本身的、施工方面的以及在使用过程中可能会遇到的人为的或自然的损坏，本文主要就高层建筑在结构设计这个层面存在的问题做一个简单的分析并提出一些对策。

　　1 建筑不规则问题及其对策

　　高层建筑规范要求平面力求简单规则、竖向受力构件上下连续布置和门窗上下冲齐，以上均是结构设计达到安全经济合理适用要求的有利基础。如今人们对建筑使用的要求呈现多样化特点，建筑平面相应变得复杂，建筑方案制定时，有时为满足建筑使用要求或者消防的要求，建筑平面会出现凹凸不规则情况，比如细腰型的建筑，此类建筑抗震不利，细腰部位属于抗震薄弱部位，地震时凹口位置更是极易出现应力集中造成楼板开裂。设计时应尽量避免此类建筑，当必须采用此类建筑时，需要采取一系列结构加强措施，应采用加强相关范围楼板厚度、楼板双层双向配筋并加大配筋面积，凹口设置配筋拉梁等；此外，随着建筑外立面造型的多元化，高层结构可能出现门窗洞口重叠上下层不对齐的情况（叠合错洞墙），此类墙体应力分布、计算及构造都较为复杂，传力路径混乱导致结构设计计算结果不易判断不可靠，此时应采取措施将洞口规则化（将叠合错洞墙转化为大洞口剪力墙），门窗洞口多余部分可采用加气混凝土砌块填充，以便形成明确连梁和墙肢传力路径，并采用弹性平面有限元方法进行设计以及校核，达到安全经济的目的。

　　2 上部结构模型不合理问题及其对策

　　模型正确是结构设计结果正确的基本，在实际的结构设计中，建筑具有一定的复杂性，设计人员的疏忽或者对生产工艺不了解，就会导致一些建模失误，错误的模型也是可以进行计算的，这样会带来不必要的安全隐患。软件操作中，因模型参数了解不准确导致输入不正确，当前建筑越发复杂，同一个建筑进行结构设计时，或许用到不止一个软件，不同软件中相同的参数规定或许不同，比如模型采用PKPM和YJK两种软件时，嵌固端参数填写是不同的，例如嵌固端都是在基础顶面，PKPM嵌固端所在层号填写为1,YJK嵌固端所在层号填写为0;嵌固部位选择不合理，一般地下室顶板作为结构嵌固端经济，约束边缘构件不需要延伸至基础顶面，地下室顶板是否可以作为结构嵌固端，需要结构设计人员正确地判断。

　　3 基础设计不合理问题及其对策

　　高层建筑一般采用整体性好的基础形式：筏板基础、桩基础或者处理地基加筏板基础。合理的基础设计是保证上部结构安全以及传力的基础，需要综合考虑地基情况以及经济性可行性，现在土地形势紧张，许多抗震一般或者抗震不利的地段被用于高层建筑的开发，液化土、地下水位较高、软土、湿陷性黄土、塌陷区等不良地基情况在实际设计中出现的比重加大，进行基础设计时，一定要认真分析地质勘查报告，并结合当地原材料供应以及施工经验，做出安全经济的设计。基础考虑抗震时，应注意液化土的影响，存在液化土层属于抗震不利因素。《建筑抗震设计规范》2016年版本规范颁布实施后，全国抗震设防烈度以及地震分组发生了很大的变化，在2016年之前是6度抗震设防区域的一般不需要考虑液化土层影响，有些工程整体体量大建筑单体分别在规范修改前后不同时期来设计完成，这种情况尤其需要引起注意，新规实施后如果该地区变为7度抗震设防，必须考虑液化土层的影响，根据液化程度采取相应措施，不处理、部分消除液化或者全部消除液化。

　　4 安全隐患问题及其对策

　　高层住宅建筑，一般带有地下车库，近年来地库垮塌事故频发。有些施工单位在地下室顶板大面积堆土，再加上遇到雨季时，如果采用远超过设计允许荷载大型运输车运输原材料，导致顶板荷载远远大于设计所考虑的荷载，将有可能造成事故。原因是多方面的。作为一名设计人员，在进行带有车库的高层建筑进行结构设计时，在结构设计说明中，一定要注明地下室顶板考虑的堆载荷载，一定要注明严禁超载，实际考虑绿化消防车施工荷载并留有余富，消防车路线在图纸中明确表示出来，在进行技术交底时，对类似安全隐患问题并且加以强调。有些甲方通过压缩地下室层高以降低成本，高层建筑地下室上部无主楼部分，无梁楼盖成了一种受欢迎的结构形式，但是地下室采用此种结构形式，其冗余度低，大量堆土会产生很大的面外变形，同时该形式不利于抗震，尤其是嵌固端在地下室顶板时，水平地震大大加重面外变形，造成其破坏，这也是引发垮塌的一个不利因素，设计时在主楼相关范围内应采用梁板式结构，其余部分采用无梁楼盖时做好各种验算并采用加强措施。地下水位较高时，建筑需要进行抗浮设计，抗浮不够时，可以采用加大配重、抗浮锚杆和抗拔桩等措施，在设计说明中一定明确注明停止降水的时间，比如进行抗浮计算时，会考虑地下室顶板的覆土的有利作用，此时在设计中要明确注明必须在地下室顶板覆土施工完成后停止降水，并在技术交底时予以强调，防止因施工疏忽导致的安全问题。

　　5 结束语

　　目前高层结构设计存在一些问题，包括多方面的原因，不经意的疏忽可能会带来大的隐患，一名合格的结构工程师要在可控的范围内最大可能地减少问题的发生。在平时的设计中，严格要求自己加强概念设计的学习，结构计算方面建立正确的模型并且可以正确分析判断计算结果，加强构造措施的学习，要重视非结构构件设计（高层幕墙女儿墙引起事故不少），现在建筑造型趋于多样化复杂化，同时给结构设计工作带来新的挑战，设计师需要具备良好的专业素质、高度负责的态度以及与时俱进的学习能力以应对复杂的形式，为国家的基础建设和人民的人身财产安全贡献一份力量。

　　参考文献
　　[1]JGJ 3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
　　[2]GB 50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].
　　[3] 朱炳寅。高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析JGJ3-2010[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.