关于高层建筑结构设计相关问题的探讨

摘要：高层建筑结构设计是一项有着重大意义的工作，其不仅关乎着国家建筑行业的发展和国民享用的建筑的质量，而且考验着我国建筑行业专业设计人员的素质和水平，因其是一门实用性很强的工作。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。本文就高层建筑结构设计的相关问题进行了分析。

关键词：高层建筑；结构设计

中图分类号：TU208文献标识码： A

目前高层建筑整体开始向复杂化和多样化的方向发展，这就给建筑设计师带来了更大的挑战。设计者要注重设计的各项客观性指标是否符合建筑物设计标准，同时再加入一些必要的主观性需要，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。

一、高层建筑结构体系的划分

（一）按结构材料划分为：

1.钢筋混凝土结构。充分发挥了钢筋和混凝土两种工程材料的力学性能，且能共同受力，协调工作。

2.钢结构。虽然存在结构材料本身价格较高、易锈蚀、维护成本高的种种缺点，但结构强度高、自重低、抗震性能优良等优点使钢结构成为超高层建筑的首选。

3.钢&混凝土组合混合结构。将钢构件和钢筋混凝土构件作为结构构件进行连接，共同形成结构。

4.钢&混凝土组合结构。型钢混凝土结构：将型钢当作混凝土中包的钢筋；钢管混凝土结构：钢管内浇筑混凝土形成新的结构构件。

（二）按结构形式划分为：

1.框架结构。由梁柱作为承受横向或竖向荷载的结构形式。

2.剪力墙结构。由剪力墙作为承受横向或竖向荷载的结构形式。

3.框架剪力墙结构。利用框架和剪力墙的各自优点，框架主要承受竖向荷载，剪力墙主要抵抗横向荷载。

4.筒体结构：包括框筒、筒中筒和组合筒等结构形式。

（三）较复杂高层建筑结构体系：

1.转换层结构。沿立面根据功能划分为不同区段，设置转换层使这些不同区段的竖向构件实现过渡。

2.连体结构。由架空连接体将不同的高层建筑进行连接，以实现外观和功能需求。

3.带加强层结构。在框筒结构中沿竖向设置一个或若干个加强层，以提高整个结构的抗侧刚度。

二、高层建筑的结构设计原则

（一）计算简图

结构的计算工作以计算简图为基础，如果计算简图选择不当就会导致许多结构安全的问题频繁产生，因此选择正确的计算简图是可以大大的保证结构安全的有力条件。同时计算简图也应该有一定的构造措施来确保简图本身在实际应用中的适用程度。如实际的结构节点不可能是纯粹的铰结点或刚结点，但是与实际上的计算简图的误差就一定要控制在设计允许的误差范围之内。

（二）基础方案

基础设计应该根据施工现场的工程地质条件，来对上层的结构类型和载荷分布以及邻近建筑物影响和施工条件等等多方面的因素进行综合的整理分析，选择最合适的并且最经济的基础方案，在基础设计的时候需要最大限度地发挥地基的作用，在有需要时甚至可以进行地基的变形验算。此外，基础设计也必须要出具最为详尽的地质勘察报告，对于那些缺少详尽地质报告的建筑也要进行细致的现场查看以及参考附近的建筑资料。一般的情况下，同一地区的结构单元都不会用两种各不相同的类型的基础方案。

（三）结构方案

一个切实可行的结构方案，实际上就是一个可以实际应用的结构形式和结构体系的总称。结构体系的完备就必须要做到受力明确，传力简单。在简单的同一结构单元中不适合选择用不同结构的体系混合，如果位于地震区单元附近就应该充分的考虑平面以及竖向规则。从工程的具体说来就是必须对工程中所有的具体情况进行综合的整理分析，并且与建筑方#电#水#暖等各个方面的供应商进行充分协商，在此等基础上进行适当的结构方案的设计，确定相应的的结构方案，如果必要时可以要进行多种方案综合比较。

三、高层建筑物结构设计应注意的问题

（一）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，这样才能有效克服地震灾害后的变形等问题。

（二）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上的载荷也比较大，这难免会对连续梁的弯矩带来巨大负担，容易造成柱中轴向变形类似问题，可能引发端支座负弯矩值与跨中正弯矩不断上升，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，特别是预计的下料的实际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。

（三）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。

四、工程实例分析

（一）工程概况

某项目地上建筑面积为13.45万m，地下建筑面积为4.3万m，总建筑面积为17.75万m。根据岩土工程勘察报告，本工程场地地基土层为第四纪冲海积的黏土和淤泥层，基底岩性为侏罗纪熔结凝灰岩，场地内无液化土层。宾馆塔楼柱下荷载最大达3.8×104kn，商务塔楼柱下荷载最大达3.5×104kn，采用大直径灌注桩，平板式桩筏基础。

（二）主要技术及措施

1.连廊弱连接支座

在连廊的两端需要留有足够的活动空间，保证其不出现下坠的情况。可以采用抗拉铰接万向支座，使用侧面限位器将其固定，保证水平荷载能够直接传递到塔楼的主结构。支承连廊的框架柱抗震等级提高为一级，以确保安全性。

2.连廊及顶部塔楼结构抗震加强措施

在连廊之间采用空间钢结构桁架和混凝土楼板的方式，通过专门的设计，将其抗震功能得到加强。在建筑顶部的莲花座的高度由于较高，且外形较为复杂，所以采用将芯筒上当上升的方式，使用外复钢结构形成莲花座的外形结构设计，从而使得建筑的自重大大减轻，保证其结构的强度，能够有效的克服鞭稍效应，并且对于施工来说也很方便。

3.平面扭转不规则抗震加强措施

主要采取调整抗侧力构件的布置，使质心与刚心尽量重合，并加大结构的扭转刚度，以减小结构扭转效应，使结构各楼层的位移比不大于1.4。例如由于塔楼平面存在局部凸出圆

弧，部分楼层的x向最大水平位移与平均层间位移比值超b级高度的1.4，最大达到1.47，最终通过适当加宽圆弧内柱子x向柱宽，并加强两柱联系梁刚度得以解决。

4.侧向刚度不规则抗震加强措施

通过适当的加大立面变化处楼层的板厚以及配筋，采用双层双向配筋的方式，使得立面变化楼层与钢筋之间加强作用，比如在25层中的局部凸出圆弧的结束，竖向构件截面变化则避开25层，并适当加强24 ～ 26层竖向构件配筋。

五、结束语

总之，建筑结构设计是一个系统而全面的工作，不仅是建筑设计成功实现的保证，更是建筑安全应用的基础。作为设计人员应该根据工程的实际情况来进行具体的分析，并利用自身所掌握的知识以及经验对实际建筑设计中遇到的各种问题进行适当的处理，这样才能打造出精品的建筑设计工程。

参考文献：

[1]赵冰冰.浅谈高层建筑结构分析与设计[J].四川水泥，2014，07：206.

[2]荆宏涛，赵松岭.高层建筑工程的安全设计与管理方法[J].科技致富向导，2014，20：302.