高层建筑结构设计的问题及对策

高层建筑结构设计的问题及对策

　　高层建筑结构设计的重要依据就是在设计过程中所运用的计算方法。诸如构件尺寸的计算、配筋率的计算等，这些计算都直接涉及到计算简图的选择和使用。

　　摘要:

　　社会经济水平的进一步提升，城市化进程的快速推进，使得一栋栋高层建筑在城市拔地而起，日渐形成一道道亮丽的城市风景线。高层建筑和一般建筑相比较而言，其施工难度相对更大，施工过程也较为复杂。为确保高层建筑项目的顺利开展，需在设计阶段就全面考虑到施工过程中可能遇到的各种问题。尤其是在结构设计方面，更是应该重点把关。因此文章就高层建筑结构设计方面的问题及对策展开相关探讨

　　关键词:

　　高层建筑;结构设计;问题;对策

　　1高层建筑结构设计的必要性

　　高层建筑工程整体结构相对较为复杂，施工难度也较大，因此整个结构设计是便成为了整个工程项目的灵魂之处。科学合理的结构设计，能够切实提升建筑使用功能和抗震性能等方面。总体而言，高层建筑结构设计直接关系到高层建筑结构的安全性、稳定性，必须予以高度重视。

　　2高层建筑结构设计中存在的主要问题

　　(1)高层建筑的基础埋深问题。在实际设计中，高层的基础埋深常常容易被忽视。虽然在《高规》已经明确规定了埋置深度的取值可以为房屋高度的1/15～1/18，但是在这个寸土寸金的时代，大多数建筑地下部分均为大型的地下车库或者地下商场，那么这对整个建筑的抗倾覆和滑移来说是很不利的。这种情况一般会采用大底盘多塔结构进行计算，主楼与裙楼在地下部分连为整体，通过后浇带来解决两者之间的沉降差异及温度应力的变化，同时可以将地下车库的刚度折算为覆土厚土，然后再计算埋置深度来满足高规的要求。

　　(2)高层建筑的嵌固端问题。在高层建筑结构设计中，如将嵌固端位置确定在地下室顶板时，则应该满足《高规》中第12.2.1条规定，那么地下一层的抗震等级与上部结构相同，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级。而在抗震高烈度区高层建筑中剪力墙布置较多，地下一层与首层的侧向刚度比一般很难小于2，那么嵌固端就应该选择在基础顶部，随之剪力墙的约束边缘构件也应延续到基础顶部，地下部分的抗震等级也应与上部结构相同。

　　(3)超高问题。超高问题的出现主要是受到经济利益的驱使，部分建设单位为了谋取经济利益，无视相关设计规范以及文件制度，人为的增加高层建筑的高度。这种做法，不仅违反了高层建筑结构的设计规范，还不利于高层建筑的稳定性和抗震性能，进而导致高层建筑在自然灾害发生时，出现倒塌或者断裂等安全事故。

　　(4)双连梁处理连梁超筋问题的合理性。对于剪力墙结构而言，连梁超筋的现象比较普遍，通常的做法是:在连梁梁截面高度中央位置设置100mm宽度的水平缝，进而使之产生两个半高度的连梁。这种做法主要运用的是连梁计算截面的简单等效替换。然而截面的选择和计算假定会存在一定误差，使得实际连梁和等效连梁在计算模型方面存在一定差异。若高层建筑位置高烈度区或者是地震灾害较为严重的区域，使得连梁的强剪弱弯难以确保，进而导致连梁在地震作用下失效。严重情况下还可能导致剪力墙或者是整个结构体系遭受破坏。因此并非所有情况下均适用于双连梁处理方式，需要具体问题具体分析。

　　(5)短肢剪力墙设置问题。短肢剪力墙主要指的是墙肢的截面高度和厚度比为5-8的墙。在高层建筑结构设计中尽量避免短肢剪力墙的设置，若由于使用功能要求限制必须设置时，则应满足《高规》中7.2.2条规定。此外，若将短肢剪力墙设置在较短的墙肢上，由于受到异形柱以及墙肢受力性能等方面的影响，可能导致截面的抗扭性能不佳。

　　(6)剪力墙的截面厚度问题。在普通高层住宅中墙厚一般设计为200mm厚，如建筑底部设有商业功能，层高会比较高，则应适当加厚墙厚，以满足墙体稳定、剪力墙受剪截面限制条件、正截面受压承载力要求及轴压比限制的要求。此外，200mm厚的墙体如支撑平面外的梁时，那么梁纵筋在端部就不能满足0.4LaE的水平锚固长度，那么在设计中应将梁端设计为铰接，以减小该处梁纵筋的截面，如还不满足要求的话可将梁的上部纵筋伸入另一侧楼板中以满足水平锚固长度。

　　3高层建筑结构设计问题的应对策略

　　(1)注重结构设计中的性能设计。在高层建筑结构设计工作中，结构性能设计是其中最为常见的一个问题。可以说，高层建筑结构抗震设计的精髓就是性能设计。目前城市化建设速度逐步加快，大量的人口涌入到城市中，若在高层建筑结构设计时，仅仅考虑保护生命安全这一单一目标，显然是不够全面的。我们更应该去重点考虑如何确保建筑物免遭地震破坏，确保地震发生时建筑物的功能得以正常实现。要真正达到这个目标，需要综合考虑不同地震水准条件构件的变形、承载能力以及局部构造。若单一的提升承载能力，能够切实提升构件的安全性能，然而却不一定能够保障满足变形的基本要求。因此要想实现性能设计，提升结构的承载能力，促使结构在进入塑性工作阶段相对延迟，同时提升刚度以便于降低变形。只要找到结构构件的承载力和变形能力间的平衡点，便可以实现结构的性能设计。

　　(2)选择科学合理的结构设计方案。合理选择结构类型是高层建筑结构设计中的重要内容之一。为确保结构方案能够科学合理，需要综合多方面因素。第一，结构选型首先必须能够满足建筑物的基本功能。诸如为了实现较好的视觉或者传音效果，则结构方案中需要舍弃一部分竖向支撑构件，换做大跨度结构。第二，针对部分建筑造型较为复杂的，且平面和立面不规则的建筑物。在进行结构设计的时候，还应该适当设置防震缝，从而促使其能够形成规则的结构单元。第三，还应该结合建筑物所在的区域进行综合考虑，诸如施工区域的地下水状况、地质土层、周边已建建筑物、工程造价等多方面因素，才能够最终得出经济合理的结构方案。

　　(3)结构的包络设计方法。目前，针对工程结构设计中的一些难题，可以采用包络设计方法来予以解决。对于不同的工程条件，可以选用不同的包络设计原则，也可以选取对于结构整体的包络设计。诸如针对少量剪力墙结构的框架结构，可以将框架依据框架与剪力墙协同工作和纯框架结构来分别进行计算。也可以针对重要部位开展包络设计，诸如针对转换结构的转换层、连体结构的连接体等。此外，针对结构构件的包络设计，可依据构件的具体受力状况，对构件选用补充分析验算，最后选取不利值包络设计。

　　(4)使用计算简图。高层建筑结构设计的重要依据就是在设计过程中所运用的计算方法。诸如构件尺寸的计算、配筋率的计算等，这些计算都直接涉及到计算简图的选择和使用。所以要求所选择的计算简图或者是具体的计算模型，一定要最为接近实际状况。然而由于高层建筑结构设计较为复杂，位计算简图的选择增加了难度。因此具体选用计算简图时，需要综合考虑各种影响到高层建筑结构的因素，从而确保最终的计算简图选用最为接近实际，从而得出更为精准的计算结果。

　　4结语

　　总之，伴随着经济水平的不断提升以及城市化进程的逐步加快，高层建筑日渐成为了城市建筑中的重要组成部分。由于高层建筑对于稳定性、安全性方面有着更为严格的要求，使得对其进行结构设计的难度也相对较大。目前在进行高层建筑结构设计中还存在一些问题，要求设计人员切实结合实际状况，严格遵循相关设计规范标准和法律法规，科学选取结构设计方案，优化性能设计，合理运用包络设计，选用合理的计算简图以及设计方法，从而切实提升高层建筑结构设计的质量水平，最终确保整个高层建筑的安全性、稳定性，真正为民众打造一个安全放心的居住环境。

　　参考文献：

　　[1]高层建筑混凝土结构技术规程《JGJ3-2010》(文中简称《高规》)

　　[2]赵华琪.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].江西建材，2015(17):18+24.

　　[3]陈波.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].建材与装饰，2015(49):115-116.

　　[4]李夺伟，孙静斌.高层建筑结构设计的问题及对策分析[J].中华民居(下旬刊)，2014(05):98-99.

　　[5]潘力，刘道富.高层建筑结构设计中应注意的几个问题[A].《建筑科技与管理》组委会.2014年6月建筑科技与管理学术交流会论文集[C].《建筑科技与管理》组委会:，2014∶2.

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