高层建筑结构设计的问题及解决方式分析

摘要：近些年来，我国建筑行业迅速发展起来，人们经济水平也快速提高，各种高层建筑如雨后春笋般出现了人们的视野中，给人们一种未来城市的感觉。人们建筑的功能和种类提出了更高的要求，这就需要建筑技术要随之提高。多功能、种类复杂的高层建筑，其建筑结构是十分复杂多样的，因此，在建筑方案的初期阶段，如何设计出结构坚实且实用的建筑结构体系是设计师们首先要考虑的问题。虽然，一些新的设计方法、设计规范都应时而生，解决了一些建筑结构难题，但是在设计过程中仍然不可避免的出现一些问题，如果不能及时纠正，将会给建筑的后期施工和使用阶段带来无法估量的损失。本文简述了高层建筑结构设计中存在的一些问题，并提出了几种有效的解决方式，希望能给读者一些帮助。

关键词：高层建筑；结构设计；存在问题；解决方式

一、高层建筑设计结构类型时存在的问题及解决方法

1、 在选择建筑的结构构型时要科学合理

存在的问题：

建筑的结构构型决定着建筑结构设计的整体走向，现在很多设计师在设计结构构型时，没有考虑到各方面的问题，导致最终的建筑设计在整体上不能满足用户需求。

解决方法：

在布置高层建筑的结构平面时应该遵循对称、规则、简单的原则，防止出现狭长的缩颈位置和应急过于集中的凹角部位，此外，还应该防止楼梯的电梯部位出现偏置而产生扭转的后果。在设计竖向体型时，应防止过于外挑，并且内收也要适度，刚度也要均匀的变化，切忌出现应力过于集中。在《高层建筑混凝土结构技术规程》中有了专门的内容在叙述建筑结构构型的规则性，比如：竖向结构的规则性、平面结构的规则性等等，在审定建筑设计方案中，坚决摒弃不符合规则的设计图。因此，建筑结构设计工程师在设计建筑构型时必须要遵循这些规则，如果在设计过程中发现了一些问题或者碰到了难题，就应该及时向建筑专业交流沟通，尽最大的努力选择最优的结构构型，以免给工程的后续工作带了不必要的麻烦。

2、 房屋最适高度和高宽比

存在的问题：

房屋的最适高度和高宽比直接影响着人们在使用过程中的心理感受，最适的高度和高宽比能给人一种舒适的感觉，并且还能增强建筑结构的安全性。而目前，很多设计师在设计房屋的最适高度和高宽比时，过于片面地追求单一方面的因素，而使房屋的高度和高宽比不能达到最佳。

解决方法：

在高层建筑设计规范和抗震规范中明确指出，应该严格限制高层建筑的总高度，以前是将高层建筑的总高度限制值设定成A级，但是现在将建筑的限制高度设定成B级，所以必须严格控制高层建筑的结构设计高度，从多方面综合考虑，如果高层建筑的高度超出了限定值B级，那么就要改变结构设计方案和处理手段。在建筑结构设计实践中，经常会发生因设计高度超过B级高度导致在审查设计图时，没有通过直接作废，就又需要重新设计，这就严重影响到建筑的整体规划和建设周期。高层建筑的高宽比直接控制着建筑结构的整体稳定性、刚度、载重能力以及经济合理性，不同高度的高层建筑有着各不相同的高宽比限制值。然而，在设计一些结构比较复杂的高层建筑过程中，怎样准确地确定一个科学合理的高宽比是一个比较困难的工作。通常在计算时，能够根据需要考虑的方向的的最小投影宽度，针对建筑物中有一些的小的突出部位，例如楼电梯间，这就不在计算的宽度范围之内。针对有些高层建筑物附带了裙房，如果裙房的刚度和面积相对于上部的塔楼的刚度和面积过于大时，此时在宽度比的计算过程中就可以直接考虑裙房上面的部位。

3、重视短肢剪力墙的设置

存在的问题：

短肢剪力墙在建筑结构受力方面起到了十分重大的作用，现在的很多建筑的意外倒塌事故，都是由短肢剪力墙的受力不均匀引起的。

解决方法：

短肢剪力墙所指的是墙肢截面高度和厚度的比值是5～8的剪力墙。短肢剪力墙结构是在最近几年出现的，它既对住宅建筑的合理布置有利，还能使建筑结构的自重得到一定程度的减轻，然而，在高层建筑结构中，剪力墙的肢不能过于短小，这是由于短肢剪力墙有着比较差的抗地震能力，在地震多发区的实际应用很少，鉴于安全方面，高层建筑结构的剪力墙不能全部采用短肢剪力墙。如果断肢剪力墙设置太多，就应该增加设置一些筒体或者常规性的剪力墙，这二者之间共同受力，形成坚固的剪力墙结构，此外，高层建筑规范中还对短肢剪力墙的使用有了一些特别的限制，比如：抗震等级、纵向钢筋的总配筋率、最大高度等，所以，短肢剪力墙在建筑结构设计中应该少使用或者不适用为宜，不能因为了方便于施工而设计错误。

二、高层建筑结构的分析与计算方法

1、 在整体计算建筑结构时要选择正确的软件

现在大家普遍采用的计算软件包括：TBSA、TAT、SATWE或SAP、ETABS等。然而，因为不同的软件所使用的计算模型都是各不相同的，所以要根据建筑高度、结构选型、结构体系等来正确选择合适的软件版本进行设计。所以计算得出的结果有一些不同。因此，在计算和分析高层建筑的整体结构时，必须要综合考虑到建筑结构的高度和构型来正确选择计算软件，以便能够保证计算结果的精准性，有时可以使用多个不同的软件来计算，然后工程设计师再仔细分析这些不同的结果，找出适合参考且合理的结果。否则，一旦选择了不恰当的计算软件，不仅会消耗设计者大量的精力和时间，影响到建设周期，还将有可能使建筑结构存在一系列的安全隐患。

2、应该具有充足的振性数目

在新的高层建筑规范中，提出了振型参与系数的概念，还清楚地指出了这个参数的额定值。又因为在之前的高层建筑规范中，没有明确指出振型参与系数该方面的内容，即使有的指出了此概念，没有清楚的指出这个参数的额定值，所以，在分析和计算时期，就应该正确判断确立出这个参数，再进行有效地调整振型参与系数的最终取值。

3、非结构构件的计算和设计

在高层建筑的结构设计中，通常会有一些因为建筑的功能和美观方面的要求而非主体承重骨架体系以内的非结构构件。特别是在设计高层建筑屋顶处的装饰构件过程中，因为高层建筑有着比较大的风荷载和地震作用，所以，就一定要根据新的高层建筑规范中的要求老计算和处理非结构构件，以免造成恶劣的影响。

三、总结

高层建筑的结构设计是一项比较复杂且耗时长的工作，在设计过程中，稍不留意就会出现一些或大或小的错误，从而会给建筑结构的后期施工带了一系列的安全隐患，一旦发生安全事故，将会给建设单位带了严重的损失。因此，高层建筑结构设计人员应该严格按照新的高层建筑规范进行设计方案，并且还要认真考虑高层建筑的结构构型，在通过仔细的分析计算来得出最终比较完美的设计图，这样既能保证建筑物的安全性能，还能给建设单位带来丰厚的利润。在设计过程中，若遇到了一些阻碍，就应该及时和建筑师商讨，实现资源共享、技术共享。

参考文献：

[1] 于险峰. 高层建筑结构设计特点及其体系[J]. 中国新技术新产品. 2009（24）

[2] 王平山，孙炳楠，唐锦春. 高层建筑厚板转换层计算中支承条件对内力分布的影响[A]. 第六届全国结构工程学术会议论文集（第二卷）[C]. 1997

[3] 倪志刚. 超高层巨型组合结构设计时应考虑的钢结构建造因素影响[A]. 第六届海峡两岸及香港钢及组合结构技术研讨会—2010论文集[C]. 2010

[4] 张庆新. 高层建筑结构设计[A]. 吉林省土木建筑学会2012年学术年会论文[C]. 2012

[5] 高跃峰，谢爽. 高层建筑结构设计问题探讨[A]. 吉林省土木建筑学会2012年学术年会论文[C]. 2012

[6] 肖艳玲，康婧. 高层建筑结构殊层的工程设计及计算分析[A]. 计算机技术在工程设计中的应用——第十六届全国工程设计计算机应用学术会议论文集[C]. 2012