探析高层建筑结构设计

【摘要】本文对于高层建筑结构设计过程中的问题，指出了相应的处理方法，进一步完善高层建筑的结构设计方案，以显著提升高层建筑的安全性。伴随城镇化的深入发展，城市中高层建筑的数量将会逐渐增长，需要在现有基础上继续完善高层建筑的结构设计，以适应时代快速发展的步伐。

【关键词】结构设计；高层建筑工程；抗震性；抗风；消防

随着我国经济的持续性发展与城市建设步伐加快，各地高层建筑工程的数量不断增多，以解决城市人口密集、土地资源缺乏的问题。与底层建筑的结构设计相比，高层建筑的结构设计较繁琐，影响的原因也较多，一方面需要对建筑的外型比例进行慎重思考，另一方面，还需要使建筑结构的稳固性得到保证，兼顾防范建筑物地基沉降、风力因素、温度转变、地震灾害等因素，可能对建筑结构造成的危害。

1、高层建筑结构设计的要点与原则

1.1计算简图和结构体系的合理设计

高层建筑工程建设质量与其结构设计方案有着直接的关系，高层建筑工程的结构设计是否合理，将决定并影响到建筑工程的最终质量与整体性能。合理的结构设计方案，对于工程来讲是十分关键的：优秀的设计方案，一方面能够满足结构形式，稳固建筑基础，另一方面还能够降低和控制造价成本，确保工程经济效益的最大化。

在相同的结构单元中，高层建筑结构体系应当统一。如果高层建筑工程项目所在地区地震频发，那么在应力的设计上，应该满足平面和竖向的设计规则。在进行高层建筑的结构计算时，需要用到相关的计算简图，在选取计算简图时，应正确反映结构的实际受力情况，使计算结果尽可能与实际相符。

1.2高层建筑的抗震设计要点

抗震方面的合理设计，在建筑工程设计中是十分重要的。建筑结构设计时，应考虑设计多道抗震防线，结构应具有一定数量的内部、外部赘余度，用延性较好的结构构件连接延性较好的分体体系，使各延性分体体系协同工作。在发生地震时，结构可以吸收和耗散大量的地震能量，保证结构的安全。在进行设计时，需要结合建筑物的基本体型和建筑物所处的抗震设防烈度要求。在重视抗震设计计算设计的同时，还应当重视结构抗震概念设计。建筑体型和布置，依据抗震概念设计原则，划分为规则和不规则两大类。一般在地震多发地段，宜选用规则结构，即平面和立面规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构刚度、承载力和质量分布均匀。

1.3计算结果的科学分析

计算结果分析是对整体结构设计结果进行分析的过程。在整个高层建筑项目的结构设计过程中，计算机是非常方便的，也是重要的辅助工具，但当今的计算机软件有很多不同的种类，而且每一种软件所计算出来的数据结果都会有所不同。因此在计算前，设计人员必须对软件计算原理及范围有清晰的认识，并根据工程实际情况，选择适合本工程的计算程序，计算方法选择不正确或是由于人为的因素导致输入有误，则会影响到计算结果的正确性。在计算完成后，应以力学概念和丰富的工程经验为基础，从结构整体和局部两个方面，对计算结果的合理性进行判断，确认其可靠性后，方可用于工程设计。

2、高层建筑结构设计的注意事项及解决方法

2.1位移限值的注意事项

在高层建筑中，决定其定点位移的限值因素，包括数值大小和振动频率两个方面。一般人对高层建筑振动频率感知是很敏感的，而对震动幅度的大小感知相对较弱，因此只要结构的摆动频率不是过高就能满足建筑的应用舒适度。为了避免由于结构的变形过大而产生的层间相对位移现象，现有规范中对限值的规定标准是较严格的。再加上各种计算程序在算法中的区别，同一个结构若采取不同的程序计算，会造成层间位移数值的较大差异。最主要原因是，每个软件对层间位移的定义各不相同，有些是考虑楼层在经过转动后其最大角点的位移状况，有些则单指楼层的形心位移情况。

2.2抗风构件设计的注意事项

为了让高层建筑的抗风构件符合结构设计的牢固性需要，在抗风设计当中需做好下面几项工作：首先，高层建筑的基础结实，上部分的结构才可以稳固，所以要明确混凝土的级配标准，运用级配高的砂石是最佳的选择，以加大基础持力层厚度，加置抗拔的锚杆构件，提升建筑基础的牢固性；其次，增加高层建筑的构件，例如剪力墙、楼板等，可抵消风能对结构造成的不利因素，确保结构的牢固；最后，降减风力的水平负荷与风力相加对高层所造成的影响。

2.3超高设计的注意事项

基于抗震性能以及质量安全的考虑，高层建筑设计时要遵守一定的高度限制要求。建筑设计人员要在高度允许的范围内，设计好其它的参数，使高层建筑设计能满足施工实际需求。对于不能通过审核的图纸，应该重新进行设计，避免由于超高现象造成的安全隐患。

2.4剪力墙设计的注意事项

在新的高规中，对断肢剪力墙有了全新的定义，指墙肢的截面高度和厚度比在五到八之间剪力墙。在建筑工程中所使用的短肢剪力墙，会因为建筑材料质量的问题而产生安全隐患，为了保证高层建筑的刚度，高层建筑要尽量避免使用短肢剪力强结构，同时对建筑混凝土墙的开孔个数、位置、方法作限制，以免出现建筑结构稳定性的隐患。在作建筑结构设计时，还需要严设计材料的使用规格，避免因为施工材料质量不合格，造成高层建筑质量及安全隐患。

2.5其他注意事项

首先，必须加强对于结构延展性的设计。这主要是针对高层建筑容易出现的变形、倒塌等问题而言的，尤其是对于地震灾害来说，这种延展性更是极为关键，必须要在结构设计中体现出这种柔和度特点来。其次，要加强高层建筑结构的水平力设计。所谓的水平力，指高层建筑在同一平面内的各种力学载荷特点，其对于高层建筑结构的影响也是比较明显的，必须在设计过程中加强控制。最后，应当确保高层建筑结构设计的稳定性。比如对于短肢剪力墙设置的控制，就是较为典型的一个方面。

综上所述，上文对高层建筑结构设计中经常出现的问题实行了研究分析，同时提出了一些自己的想法和建議，期望提升高层建筑的结构设计水平。

参考文献：

[1]黄宇杰.高层建筑结构设计的问题与对策研究[J].中国高新区，2018（08）.

[2]郝丽娜.浅谈高层建筑结构设计中的选型设计和成本控制[J].门窗，2018（03）.

[3]何华艳.高层建筑结构设计问题与应对策略[J].建筑技术开发，2018，45（03）.

作者简介：

许鲁东，六环景观（辽宁）股份有限公司，辽宁大连。