张 向 前

(山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012)

高层建筑结构设计的问题及对策

张 向 前

(山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012)

在分析高层建筑特点和结构设计原则的基础上，从超高问题、规则性问题、短肢剪力墙设计等方面，对其现存问题及对策进行了探讨，目的是提高高层建筑结构设计水平，提升高层建筑的建设质量。

高层建筑，结构设计，问题及对策

随着我国城镇化建设进程的逐步加快，我国建筑可用地面积逐年减少。同时，建筑结构设计和科学技术的水平也在不断提升。高层建筑由于其占地面积小、可容纳人数多等特点，在我国各城市建设数量逐年增多，而且有高度越来越高的趋势。高层建筑的结构设计复杂，设计水平直接影响建筑质量以及后期的养护工作，因此提高高层建筑的机构设计的科学性、合理性，有利于提升建筑物的居住舒适度，提高建筑物的抗震性能、稳定性、抗风性等，使建筑物安全、稳定。本文重点分析目前我国高层建筑结构设计存在的问题及对策，目的是为高层建筑工程项目提供实践指导意义。

1 高层建筑结构的特点

1)荷载特点。高层建筑由于高度较高，需要承载垂直荷载的同时还需要承受水平荷载，其中垂直荷载是由建筑物自身产生的，在一般建筑物中也存在垂直荷载，而高层建筑的垂直荷载一般要大于普通建筑；水平荷载主要是由外界风力所造成的，高层建筑由于层高较高，会承受较大的水平荷载。此外，高层建筑对于抗震的性能也有较高的要求。地震和风力会对高层建筑产生很大的影响，是产生荷载的主要因素。

2)位移特点。在高层建筑的结构设计中，保证建筑物抗位移的设计是核心。随着建筑物高度的逐渐增高，高层建筑的位移会以较快的速度增长。较大的位移一方面会影响人们居住的舒适度，另外还会损害建筑物主体的结构构件和非结构构件。因此，在进行高层建筑物结构设计的过程中要将位移控制在合理的程度内，保证建筑物的舒适度及使用质量。图1给出设计方案阶段

对建筑物位移曲线的绘制。

2 高层建筑结构设计的原则

1)选择合理的计算简图。计算简图是高层建筑结构设计的依据，计算简图出现问题会直接影响建筑结构的合理性，进而引发安全事故。此外，要科学、合理的选择构造方法，建筑结构设计的节点不应当局限在铰节点或钢节点，而应当以减小误差为目的选择合理的构造方法，将计算简图控制在规定范围内。

2)选择合理的基础设计。基础设计是建筑结构设计的基础性工作，要在对建筑施工现场的地质条件认真勘察的情况下进行。同时要针对建筑的结构类型和荷载特点进行系统性的分析，要全面考虑建筑周边的建筑物、桥梁等的影响。在综合考虑上述因素的情况下，选择科学、合理的基础设计方案，能够最大限度的发挥地基的潜力。

3)选择合理的结构方案。合理的结构方案一方面能够满足高层建筑物结构体系和结构形式的标准化要求，另一方面还应当充分考虑经济投入，尽量节省施工成本。高层建筑物的结构体系要求是受力明确、传力简单。相同的结构单元选用的应当是相同的结构体系。在综合分析项目地理条件、施工条件、投资预算、施工材料、工程设计需求等的基础上，确定最佳的结构方案。

4)对计算结果进行准确分析。随着计算机和信息科学技术的不断发展，计算机软件被广泛应用在建筑结构设计中。不同的计算软件使用的计算模型和参数分析方式不同，因此可能得出不同的设计结果。因此设计人员要在充分了解软件的适用范围和适用条件的基础上，选择合适的软件进行计算。此外，要尽量避免使用软件过程中出现人工输入误差的问题，高度重视软件本身缺陷造成的计算误差现象。结构设计工程师应当在得到计算结构之后进行认真的复核，以确保计算结构的正确、合理。

3 高层建筑结构设计存在的主要问题及对策

1)超高问题。

对于高层建筑来说高度并不是可以无限制增高的，而是要遵守严格的设计规定、能够满足抗震的要求。我国对于高层建筑高度有着明确、严格的规范，新的建筑设计规范中将传统的A级限制高度进行细化后，增加了B级高度，进一步改进了高层建筑结构的设计方法和措施。在实际施工的过程中，对于发现建筑物超高的设计图纸，在审核阶段将不予以通过，需要对图纸进行重新设计后由相关专家进行论证。一旦出现这样的问题，将会大大影响建筑施工项目的施工进度。

2)规则性问题。

我国对于高层建筑结构的规则性问题也有着明确的规定和限制。包括对结构嵌固端的上层与下层之间的刚度比、对平面规则性的规定等。在我国的新规范中还明确规定了高层建筑结构中禁止采用不规则的设计方案。

3)短肢剪力墙设计。

在我国建筑设计新规范中，规定墙肢界面高度和厚度比在5～8范围内的墙为短肢剪力墙，高层建筑中对短肢剪力墙的使用有明确限制，应当在实际设计中尽量减少或避免使用短肢剪力墙。在必须设置短肢剪力墙的情况下，需要根据工程实际严格控制墙体的厚度，一般控制在0.2 m～0.3 m的厚度最为合适。同时也要注意控制墙体的光滑度，墙体过厚、过薄或凹凸不平，都会威胁墙体的安全性和稳定性。可以采用将短肢剪力墙与较长的墙体整合在一起的方式来增加墙体的安全性。剪力墙的平面长度应当保持较短且减少扭转的问题，要尽量避免竖向布置的严重不规则的短肢剪力墙墙面设计。图2中给出常见的短肢剪力墙截面柱设计。

4)嵌固端的设计。

在高层建筑中一般会配有两层或两层以上的人防设施或地下室，嵌固端一般就设在人防或地下室的顶板位置。设计人员要充分考虑到嵌固端设置后可能带来的问题，包括嵌固端楼板的设计，嵌固端上层和下层的抗震等级设计，协调嵌固端位置和抗震缝隙设置的协调性、合理性。

5)箱、筏基础底板的问题。

在高层建筑中巨大的荷载容易出现偏心的问题，从而导致箱、筏基础底板很容易出现沉降的严重后果。为了解决这一问题，一些箱、筏基础底板使用挑板，但是挑板阳角的大小等的选择会对建筑物整体的稳定性产生影响，因此需要认真的选择和计算。通过在箱、筏基础底板添加挑板可以对边跨钢筋起到调匀的作用，从而

避免由于加大底板通长筋而造成的边跨钢筋问题，此外挑板还能减少基底的附加应力。在天然地基的基础上增加和使用挑板，可以控制整体的沉降，从而对整体的倾斜和沉降差进行调整。增加挑板的位置需要认真分析，对于在地下室窗井位置排列密集横隔墙的位置要认真进行计算，对于地下水位较高的位置，则需要考虑挑板抗浮的问题。此外，可以对箱、筏基础地板的挑板进行科学设计，对于底面积阳角面积较小的问题，可以使用直角，而对于悬挑的阳角部分，可以保持不变或不使用辐射筋。

6)关于扭曲的问题。

建筑结构设计有“三心”的要求，即几何中心、刚度中心、结构中心，在设计过程中要遵循三心合一的原则。然而，在实际的高层建筑设计过程中，普遍存在三心不规范的扭曲问题，无法实现真正的三心合一。在存在水平压力的情况下，高层建筑会出现扭曲振动的问题，从而带来巨大的安全隐患。通过使用现代化的计算机技术，可以实现三心合一。在建筑结构设计领域，可以充分利用现代化的先进计算机软件，进行参数的优化或计算，全面实现建筑结构涉及的先进性、科学性和节约性。例如，可以使用计算机辅助设计CAD技术，提高结构设计的效率和安全性。此外，使用现代计算机和信息技术还能够提高软件设计方案的准确性。目前市面上用于建筑设计的软件产品众多，不同的产品适合的设计场景和应用模式各不相同，设计人员需要熟练掌握并深入了解不同软件的特点，选择最合理的软件进行方案设计。

4 结语

随着我国城市化进程的加速发展，以及国家经济快速发展、科技水平的进一步提升，高层建筑必将是我国城市建筑设计的发展方向，高层建筑对土地资源的高利用率适合我国的城市发展要求。但是高层建筑设计还存在诸多问题，影响了人们的居住舒适度，也影响了居住的安全性，因此提高我国高层建筑结构设计水平，改善现存的问题，在设计过程中实施科学的管理措施，提供设计人员的技术水平等，对于解决现存问题有着重要意义，也是提高高层建筑质量的必要手段。本文重点分析目前我国高层建筑结构设计存在的超高问题、不规则问题等，并对短肢剪力墙、箱筏基础底板、嵌固端等结构设计问题进行探讨。

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[4] 杨佩琨.高层建筑结构设计的问题与对策论述[J].四川水泥,2016(12):72.

On problems in high-rise architectural buildings and their strategies

Zhang Xiangqian

(ShanxiCommunicationsPlanning,SurveyandDesignInstitute,Taiyuan030012,China)

Based on the analysis of the features of the high-rise building and the structural design principle, the paper explores the problems and their strategies from the overheight problems, problem in regulations, and short-leg shearing wall design, so as to improve the design standard for the high-rise buildings and promote the construction quality of the buildings.

high-rise building, structural design, problems and strategies

1009-6825(2017)20-0048-02

2017-04-12

张向前(1990- )，男，助理工程师

TU318

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