高层建筑结构设计常见问题与对策

　　在高层建筑结构设计方面，我国起步较晚，近几年来，各大城市才不断出现了一些高层建筑，甚至超高层建筑，这些建筑的结构设计非常重要，决定着建筑的使用质量与寿命，业主的需求不断增加，也给设计人员提出了更多的要求。针对在高层建筑结构设计中的问题，需要进行一一解决，才能真正实现高质量建筑投入运行。

　　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 高层建筑结构设计原则

　　2. 1 合理计算简图
　　
　　首先要保证计算简图合理，简图对结构有着决定性作用。为了确保计算简图的安全，需要采用相应的构造方法，除了要在钢节点与铰节点进行关注外，还需要不断减小计算误差，把计算简图控制在一定的范围之内（ 见图 1 -2） .

　　2. 2 基础设计选择
　　
　　其次，在进行基础设计时，要充分了解高层建筑所在的地质条件，另外对高层建筑的结构类型与荷载分布分析要全面，根据施工条件以及邻近相互影响进行综合考究，在全面了解基础信息的前提下进行科学合理的基础方案确定。基础方案中，地基的潜力将发挥最大的作用，需要提前进行地基检测。

　　2. 3 结构方案选择
　　
　　合理的结构方案需要达到高层建筑结构设计的总体要求，并尽可能达到经济的目的。在相同的结构单元中，使用相同的结构体系，根据地理条件、工程要求、施工因素综合确定结构选择，从而制定出最佳方案。
　　
　　3 高层建筑结构设计中的问题分析与改善方向

　　3. 1 建筑结构超高
　　
　　一些城市为了进行评比，在楼宇的高度上不断进行更新，仿佛楼层越高，城市的地位就更靠前。但建筑物不断超高却对抗震性与建筑质量提出了更高的要求。相关的建筑规范对建筑物的高度与抗震要求进行明确的规定，无论是多高的建筑物，都需要满足相对应的抗震等级要求。针对目前多地存在的建筑物超高问题，建筑物规范将会进行限定，不断细化规则，与时俱进，这使得高层建筑结构的设计方法与措施有了明显的改进。每一个建筑单位的项目管理部都要注重建筑的超高问题，在设计图与施工组织审核时都应该及时发现潜在的风险问题，不断进行论证，避免对工程的造价与工期造成影响。

　　3. 2 短肢剪力墙的设置
　　
　　随着我国高层建筑结构设计的不断深入，对短肢剪剪力墙的设置问题更加关注。目前我国的相关建筑规范已经对它进行了充分严格的定义，并对其使用进行了限制。短肢剪力墙主要是指建筑物墙肢截面的高厚度在 5 - 8 左右的情况，根据经验表明，在高层建筑结构设计中人尽可能使用些种结构墙，所以在建筑设计时，要尽可能地避免。

　　3. 3 嵌固端设置
　　
　　高层建筑的嵌固端在二层以上的地下室顶板上，同时也有可能会设计到人防顶板上，嵌固端设置时，结构设计工程师对于嵌固端设置带来的问题没有提前判断与预测，比如楼板的设计、上下层的刚度要求等等，这些问题都有可能在后来的设计中做出更改，造成不必要的损失与安全隐患。

　　3. 4 结构规则性问题规则性问题
　　
　　在目前的高层建筑结构设计规范中已经进行了明确的限制。如新规范对结构嵌固端上下层的刚度进行了规定，现代建筑不宜采用严重不规则的设计方案。不规则的设计将对建筑的竖向荷载计算产生偏差，不易估计，有可能会存在安全风险。但是在目前的高层建筑结构设计中，仍然会存在着这一问题，对建筑的整体质量造成了一定的影响。为了避免图纸在后续施工过程中进行变更，所以结构设计者要对结构设计中的规则性问题进行提前分析，遵守相关的规范规则，提高整体质量。

　　3. 5 消防结构设计
　　
　　高层建筑结构本身的特点非常明显，它的功能复杂性决定着建筑结构在设计时非常复杂，需要选用不同的建筑功能材料。传统建筑中所选用的材料多为可燃性材料，这种材料无形中增加了高层建筑火灾的发性频率，更不易进行救火。高层建筑间空气流动强，风力非常大，如果发生高层火灾事故，救援难度可想而知。在传统高层建筑结构设计时，把火灾线路设计成垂直形态，建筑人员在进行火灾疏散时将花费更多的时间，对人身财产安全造成了更大的延误。在消防结构设计中，也需要对排烟结构设计，这对于高层建筑的安全性设计有着重要的意义。在设计中要保证烟气能够有效排出，避免在火灾发生时不利情况的蔓延。

　　3. 6 抗风结构设计
　　
　　在高层建筑设计中，抗风性研究非常重要。在进行设计建造时，要注意抗风压性，对有效的设计非常重要。随着高层建筑的高度不断增加，结构本身对风起着扰动作用与阻隔作用，不利于风量的及时移动，在风速较大时，会对静止的高层建筑产生振动效果，从而造成一定的动力荷载力，将会对其稳定性造成威胁，甚至有可能会导致主体结构受到破坏，导致玻璃幕墙破裂、装饰物毁坏甚至墙体断裂等工程质量受到影响的危险。

　　4 高层建筑结构设计策略总结

　　在高层建筑结构设计时要注重设计原则，合理选择基础条件与结构设计方案，对高层的消防结构、抗震结构、抗风结构设计进行优化。

　　在消防结构设计方面，要设计合适的防火间距，对建筑物间的距离进行精确计算，根据地形条件设计合理的防火结构设计，增加疏散通道设计，采用分隔式进行设计，控制烟雾与火势的蔓延； 在抗震结构设计方面，要合理规划建筑结构的构件位置，发挥不同的构承载功能，对地基进行抗震设计，简化建筑平面，分割高度差异，提高建筑物的刚率与强度，实现地基的稳固性，另外需要注重对剪力墙的设计，控制位移，对简体结构进行抗震设计，确保结构的完整性与对称性； 在抗风结构设计优化中，首先要进行基础设计，选择级配高的砂石，在结构义部使用抗拔锚杆，稳定地基，在高层建筑结构中增加耗能减振系统设计，通过多种元素的综合，使用强粘弹性的阻尼材料，解决好水平力、风荷载造成的荷载叠加问题，对受力高压区进行加固处理，精确计算建筑物的风荷载与承载力。

　　5 结语

　　在高层建筑结构设计时，应该对超高、抗震、抗风、消防、规则性、嵌固端设置等问题进行充分认识，提前结合地质条件与基础条件对各个影响因素进行分析，不断进行优化设计，确保高层建筑结构本身的稳定性，提高使用寿命与质量。结构设计不是孤立存在的，而是与其他的设计相辅相承。结合目前经验所发现的问题进行优化，避免对质量造成影响。随着我国专家学者对高层建筑结构设计研究的不断深入，结构设计将更加完善，促进我国城市建设水平的提高。

　　参考文献
　　
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