城市高层建筑物结构设计问题分析

摘 要：近些年来，高层建筑在大城市如雨后春笋成为楼层建筑的主流，高层建筑是利用有限的土地资源，结合安全性、经济性、合理性等设计的。本文主要简单的阐述了高层结构设计的原则，以及在城市高层建筑结构设计时要注意的一些问题。

关键词：高层建筑；结构设计；原则

随着我国社会的不断发展，城市土地的利用率不断加大，导致越来越多的高层建筑拔地而起。特别是受到国外发达国家早在上世纪就开始兴起的摩天建筑的潜在影响，我国的高层建筑建设事业也在不断取得突破，整体看来，可以说是蒸蒸日上。自古以来，我国在建筑设计方面就有很多举世瞩目的佳作，有许多建筑设计在今天看来仍然具有很大的借鉴意义。但是，以往我国的建筑设计以低层建筑为主，高层建筑的起源时间并不久远，也是从上世纪末才开始逐渐兴盛起来。所以，在高层建筑物的设计方面，我国的相关设计人员可以借鉴的经验并不丰富。高层建筑物的设计有其自身原则可依，特别是在某些方面，不能将低层建筑物的设计方法拿来即用，需要完全遵循高层建筑设计上的某些原则。

一、高层建筑结构设计的主要原则

1. 确定合适的基础方案

在进行总体设计之前，设计人员对于基础设计方案的选择，应该做好充分的准备工作。通过对施工现场的地质条件、建筑结构类型、荷载分布、周围建筑以及施工条件等多种影响因素进行全方位掌握，并进行综合分析，然后确定一种既经济又合理的设计方案。同时，设计人员应该根据详尽的地质勘测报告进行基础设计，充分发挥地基潜力，必要情况下可以进行地基变形验算，以确保基础设计既合理又能符合设计原则。对于同一个结构单元，设计人员应该避免使用两种不同类型的基础设计，以免造成基础结构不稳定。

2. 选用合适的计算简图

由于在建筑设计中所有的结构计算式是在计算简图上展开的，计算简图如果选择不当，就会得到错误的计算结果，最终导致施工方案的错误选择，建筑物的结构安全受到很大影响，严重的可能会发生很多安全事故。所以，在高层建筑结构设计中必须要保证选择合适的计算简图，这是保证建筑结构安全、稳定的前提条件，也是重要条件。在设计中所选用的计算简图还应该有相应的构造措施来给予相应的保证。理论计算与实际操作总会存在一定误差，但是不能存在错误，并且误差应该在允许范围之内，不能超过最大的限度。在实际结构中，各个部位的节点不肯能是纯粹的某一类型的节点，所以应该将这些差异性充分考虑在内，进行设计。

3. 结构方案的设计要合理

高层建筑的结构设计方案应该进行合理设计。合理的结构设计方案应该做到稳定、简捷、经济、规范，在具体操作中应该选择能够切实可行的结构设计方案。整个结构体系的设计应该使受力明确，传力简捷，避免不必要的累赘的力学设计。在结构设计中，还要充分考虑所选材料性质、性价比、用量等方面，通过综合考量，选择在各个部位能发挥最佳作用的材料。在具体的应用中还要充分考虑材料之间的力学稳定性和连接性能，以及对地质条件的综合考量等等，将所有方面系统、全面的分析，以便选择最合理的结构设计方案。

4. 构造措施要合理选择

合理的构造措施能够在很大程度上提高结构强度，因此在选择构造措施应该充分考虑结构设计方案，通过对构件的延伸性能、薄弱部位、钢筋锚固程度等等，来选择相应的构造措施。在这一过程中应该始终牢记强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉原则，此外还应该考虑温度应力对结构内各部件的影响。

二、高层建筑结构设计面临的主要问题

1. 建筑过高

由于高层建筑物除了需要满足使用功能外，还涉及到抗震功能的需求，因此，建筑物的高度在设计中都需要根据有关规定严格执行。目前，我国有关部门出台的关于建筑物的新规范中，就建筑物的超高问题，比以往有了更加严格的规定，除了将原来的限高设定为A级高度以外，又增加了B级高度，并且对于超标准高度的建筑设计的处理措施和设计方法要求上都有了不小的变动。在实际建筑设计中，常有一些结构类型改变而忽略了建筑高度的问题，而导致设计内容矛盾重重，没有通过审查，这样给工程的正常进行带来了严重影响。

2. 短肢剪力墙的设计

剪力墙是指在高层建筑物的设计中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其内加置的钢筋混凝土墙体，短肢剪力墙为墙肢截面高厚比例为5～8 之间的墙。在新规范中，对短肢剪力墙在高层建筑物中的应用增加了更多的限制。所以，短肢剪力墙在高层建筑中的应用并不具有很大优势，不仅耗费人力、物力，还需要其他设计在很大程度上对其给予配合，所以，为了减少不必要的麻烦，高层建筑结构设计中应该尽可能少采用短肢剪力墙。

3. 结构设计规则问题

由于我国高层建筑的有关标准规范随着高层建筑的大量施工而逐渐变得更加规范，所以新规范中许多内容相较于旧规范都更加细化、完善。特别是对于高层建筑的结构设计规则方面，新规范中就增加了非常多的要求和限制条件。比如，高层建筑物的平面规则性信息、嵌固端上下层的刚度比信息等等，应该严格遵照新规范来进行相关设计。另外，新规范中还采用了强制性条文明确规定，“建筑不应采用严重不规则的设计方案”，这样一来，就要求设计人员必须严格执行新规范的所有条例，以这些条例为基本准则展开合理的高层建筑结构的设计工作。

4. 嵌固端设计所面临的问题

在高层建筑物的具体施工过程中，由于实际情况千差万别，所以嵌固端的设置方式也有多种选择。设计人员在进行建筑结构分析之前，应该先确定结构嵌固端的位置，以免在后期施工中产生不便。高層建筑物的嵌固端可以设置在人防顶板或者地下室顶板等位置，因为高层建筑物通常都带有二层或二层以上的地下室和人防设施。但是在此设置嵌固端，设计人员往往会忽略某些相关问题，因为嵌固端的设置需要处于一个非常稳定的环境，而如果设计人员在这些地带没有采取合理的外加设计，非常容易带来安全隐患，或者为后期设计带来大量修改工作。

高层建筑物由于其具有一定特殊性，在结构设计中，要总体把握基础设计与各部件设计之间的协同关系，使各个阶段的设计工作融为一体，并且能够呼应。在具体的设计过程中，设计人员应该严格按照相关标准规范操作，在此基础上，选择最佳的设计方案，以提高高层建筑结构的稳定性，避免一系列问题发生。

参考文献

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[2] 毛华毅.浅谈高层建筑结构设计的若干问题[J].山西建筑，2010.

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[4] 邱海军，倪国葳，秦春霞.浅谈高层建筑混凝土结构设计[J].科技创新导报，2010.

作者简介

孙秋苓，女，1979年10月，现工程师聘高级工程师。

（作者单位：中建三局集团有限公司建筑设计院）