高层建筑结构设计难点分析罗运明

高层建筑结构设计难点分析罗运明

罗运明

广东华方工程设计有限公司广东东莞523073

摘要：随着科技的发展，我国的建筑技术水平越来越高，建筑高度的日益增加，建筑类型以及功能也日新月异，难度相对而言逐渐变大。结构体系各式各样，高层建筑结构设计现在主要成为结构相关工程设计人员在设计工作重点和难点。下文主要针对高层建筑结构设计中经常会出现的一些问题进行分析，总结了设计经验，以达到保证建筑的安全、延长其使用寿命的目的以及以后相关人员参考学习。

关键词：高层建筑；地基基础；结构设计；材料；高宽比；参数

引言

在高层建筑结构设计工作中，要立足于城市化发展和专业建设两方面，突出高层建筑结构设计的基本内容和关键，解决设计工作中的难点，把握高层建筑结构设计工作的技术实质和实施要点，建立具有规范性、指导性、系统性的高层建筑结构设计工作新机制和新体系，打造设计工作中的新设计模式和工作方法。

1高层建筑结构设计的基本特点

1.1扭转问题的控制

在高层建筑结构中很容易会出现扭转的问题，这个问题如果不在设计的时候处理好就很容易影响整个高层建筑的结构。在高层建筑中建筑设计的核心是建筑的几何中心、刚度中心以及高层建筑的结构重心，这三个部分共同组成了建筑物的核心。但是在具体的设计过程中很多设计师就会忽略将几何中心、刚度中心以及建筑的重心进行重合，因此就会造成因为压力的问题而出现的扭转问题。结构扭转时在结构受力较大的竖向构件的边缘容易发生脆性破坏，在水平力尤其是地震力的作用下更先进入破坏状态，设计时必须采取有效的加强措施，提高结构的抗扭刚度。为控制结构扭转，采取整体调整结构方案，是结构的平面尽量规则，让刚度中心与建筑重心尽量重合，从而减少结构相对偏心距。例如在建筑物四周布置抗侧力构件通过调整抗侧力构件的布置位置来改善结构的扭转效应。有时单一的增加构件截面和刚度并不能改善扭转效应，在大震作用下由于构件进入非弹性阶段，刚度大的构件承担了更多的地震剪力，这些构件也会导致脆性破坏。对于处于扭转位移较大处的构件，应采用混合结构构件来提高构件的延性，从而来增加结构的安全性能。

1.2轴向变形的控制

高层建筑由于层高的原因使得其在结构设计上有一些基本特点，首先体现的一点就是高层建筑在轴向变形上的一些典型问题。对于一般的高层建筑而言，边柱承载的轴压盈利普遍会小于框架中承载的轴压应力，这也是边柱产生的轴向变形普遍会小于中柱的原因。当房屋高度出一定标准后，这种差异会逐渐变大，到了一定程度后会使得连续梁的支座发生下陷问题，这也是轴向形变产生的原因。因此，对于轴向变形一定要加强控制，否则会直接影响到建筑体整体的稳定性。

1.3侧移问题的解决

对于高层建筑和高层建筑来说，结构侧移在结构设计中是极为重要的一个条件。对于高层建筑来说，有效控制整个建筑体在水平载荷下产生的侧移极为重要。建筑体在水平载荷条件下结构侧移会随之带来变形，而随着建筑体高度的上升，这种变形程度会越来越明显。因此，控制好水平载荷下的侧移是很关键的一点。

1.4结构延性的问题

在常规的建筑结构设计与施工中，让建筑体具备一定的延性这是增强建筑体自身强度的有效方法。延性的具备会让建筑体有一定的变形能力，这样建筑体在遭到外界作用力时可以抵御或避免楼梯的震动。如果建筑体缺乏延性，轻微震动都可能直接造成建筑体的倒塌。高层建筑比起一般建筑而言对于延性的要求更高，只有让整个建筑体在结构上更加柔和且具备更好的延性，这样才能够在外界应力的作用下保持建筑体的整体稳定性。

2高层建筑结构设计难点分析

2.1做好基础埋深设计

基础应该要有一定的埋深，埋置深度可以从室外地坪一直算到基础底面，对于独立的高层建筑而言，基础埋深比较容易确定，但当今多数高层建筑与地下车库都是相互连接的，当地下车库基础采用筏板基础或设有防水底板的独立基础（防水底板不宜太薄）时，高层建筑的基础埋深可从室外地坪算起，此时高层建筑地下室顶板及地下车库顶板应按嵌固层要求设计，地下车库应有足够的侧向刚度作为高层建筑的侧限。假如不满足以上条件的时候，高层建筑的基础埋深应该要从地下车库地面算起。高层建筑通常设地下室来满足埋深要求，主要有以下几点优势：（1）提高地基承载力。当高层建筑采用天然地基时，地基承载力可进行修正.随着基础埋深的增加，修正后的地基承载力随之增大，从而可满足高层建筑对地基承载力的要求。（2）有利于高层建筑上部结构的整体稳定。高层建筑地下室外墙一般采用钢筋砼墙，地下室顶板厚不宜小于160mm，地下室具有较大的层间刚度，同时地下室外墙周边土也提供了很大的侧向刚度和约束。因此设地下室有利于上部结构的整体稳定，有利于协调结构整体变形，调整地基不均与沉降。

2.2做好结构稳定性设计

高层建筑结构稳定性需要科学设计与规划作为保障，要从系统和局部、整体和部分的联系分析出发，提升高层建筑结构的协调度和整体连续性，避免高层建筑框架设计出现结构失稳和承载力不足等问题。当高层建筑结构进入到构造部分设计时，应强调结构的稳定性和连续性，要系统而科学地形成建筑主梁与其他架构的连接关系，提升高层建筑结构稳定性，通过合理设计和科学系统控制使高层建筑结构形成承载优良、结构稳定的建筑体系，提升高层建筑结构整体的稳定性。在设计高层建筑框架辅助部分的工作中，必须着重分析和利用剪力墙、框架结构、梁柱结构的细节，对高层建筑结构的受力形式和负荷状况进行平衡度和稳定度的设计与计算，确保高层建筑结构能够在系统上成为连续、有机的整体，能够在高层建筑结构施工中具有良好的效率性，确保高层建筑结构的抗震、防震能力达到结构稳定的目标。在高层建筑结构稳定性的优化和强化过程中，要控制剪力墙、承重墙等关键构件的分布和使用，发挥其连接、承重、负荷的价值和功能，做到主梁结构与其他结构形式的高度吻合，提高高层建筑结构整体的连续性和稳定性，建立提升高层建筑结构稳定性的结构和技术设计基础。

2.3做好材料应用结构设计

材料的应用和设计是高层建筑结构设计工作的关键，要结合结构特点和户型设计考虑材料应用，确定垂直方向高层建筑结构受力的特点、构件的分布、材料的使用等相关参数和数值，以数字化和信息化的方式建立结构性模型。在材料应用设计中，立足于地基项目、剪力墙结构、关联层连接等重要部位，进行受力评估和计算，确定钢筋、混凝土的受力估值范围，确定各关键部位和主要结构应用的材料技术参数和型号。在高层建筑结构材料设计中，要考量高层建筑结构的特点，要从结构功能的角度审核材料应用设计的合理性，将高层建筑结构进行系统化、科学化优化，以应用材料的规范性设计形成材料设计方案。在材料应用和设计环节，必须建立基本技术和参数体系，指导高层建筑材料的需求、分配等重要工作，同时结合施工条件、技术种类、材料型号等要素，进行材料的细节优化和具体调整，通过规范化的材料设计和应用结构优化，对高层建筑施工过程、材料处理、技术运用进行整合和优化，降低结构设计和施工难度，形成精细化、系统化、科学化的高层建筑结构设计产品。

2.4做好结构高宽比设计

把握高层建筑结构高宽比数值范围、确定高宽比参数是结构设计工作的主要内容之一，在结构设计中，要将高宽比列为过程性、系统性的中心参数加以强化。设计人员要根据高层建筑的立项和功能分析，得到高层建筑结构的初步数据，建立高层建筑高度与宽度的控制措施，在设计和加工过程中，以信息化和数字化的方式形成简便、易操作的高层建筑结构模型，在此基础上再对高层建筑左右结构、裙带、附属物的高度和宽度进行再设计、再规划，使两者设计比例以固定的参数和标准进行放大与缩小，提升建筑结构高宽比的动态调节。设计人员真正确定高度、宽度的准确数值和比例后，再对剪力墙结构体系进行调整，优化建筑框架与剪力墙的关系，体现高层建筑间结构体系的特点，以准确、详细、科学地调整和优化高宽比。高宽比设计要从整体出发，将优化结构和高宽比控制整合在整体设计中，在得出复杂高层建筑内部设计结构的前提下，将高层建筑整体与局部的高宽比统一起来，在协调核心参数的基础上，提高高宽比的科学性和合理性。

结束语

总而言之，作为现代建筑科技和艺术的代表———高层建筑有着结构设计复杂、理论交叉、创新多样等特点，高层建筑结构设计工作要把握理论设计、基础设计、材料设计等关键问题，通过参数、要点的控制形成结构设计工作的基础，通过结构要点、设计条件等关键要素，把握高层建筑结构设计工作的关键，真正将高层建筑设计工作纳入到现代化的科学体系和工作机制中，提升高层建筑结构设计的合理性、科学性，设计出高层建筑的精品。

参考文献：

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[3]单灵凤.浅谈高层结构设计的注意事项［J］．城市建设理论研究（电子版），2018，（04）：136－138.