高層建筑結構設計的問題與對策

張俊彥

摘 要 在我國現(xiàn)代化建設步伐不斷加快的時代背景之下，建筑業(yè)已然得到了極為迅猛的發(fā)展，尤其在城鎮(zhèn)建設推進之下，高層建筑不斷涌現(xiàn)。而就現(xiàn)實情況來看，高層建筑由于具有結構復雜、規(guī)模龐大的特征，由此在結構設計的過程中容易出現(xiàn)較多問題。本文從建筑結構中所存的問題作為入手點，在結合筆者實際工作經(jīng)驗的基礎之上，提出了有關結構設計優(yōu)化的個人見解，以供建筑業(yè)同仁參考。

關鍵詞 高層建筑 結構設計 問題

在國內(nèi)市場經(jīng)濟改革不斷推進的經(jīng)濟環(huán)境之下，物質(zhì)文明已經(jīng)達到了較高水準，由此人們對作為衣食住行四大生活要素重要載體的建筑也有了更高的標準。而就高層建筑來看，由于其規(guī)模較大，且結構力學設計較為復雜，由此在結構設計的過程中往往存在一定的困難。由此，為經(jīng)驗提高高層建筑結構的穩(wěn)定性，必須從設計入手，針對現(xiàn)今高層建設結構設計所存在的問題，不斷提升其可靠性指標。

一、高層建筑結構設計問題分析

（一）短肢剪力墻設計缺陷

就現(xiàn)實情況而言，當下高層建筑結構設計者在設計短肢剪力墻的過程中，大多會出現(xiàn)增設短肢剪力墻的問題。根據(jù)國內(nèi)對結構設計的全新規(guī)范不難得出，現(xiàn)今短肢剪力墻其截面高厚比應該處于5～8的范圍內(nèi)。根據(jù)高層建筑結構設計經(jīng)驗與設計參數(shù)不難得出，在對其結構進行設計的過程中不應該設置過多的短肢剪力墻，以進一步提高結構的穩(wěn)定性。

（二）抗震結構設計規(guī)范問題

在進行高層建筑抗震結構設計時，由于其高度較高，所以必須考慮較多不確定性因素對結構抗震性能的影響，所以一直是高層建筑結構設置中的難點?，F(xiàn)今國內(nèi)對高層建筑設計年限的規(guī)定至少為50年，并且對其烈度與震級對應下的高層建筑抗震能力指標做出了明確規(guī)定。但由于國內(nèi)生態(tài)問題的持續(xù)惡化，國內(nèi)地震問題在近10年間已經(jīng)多次發(fā)生，其震級與烈度都有了不同程度的要求，如果仍然按照原有的設計規(guī)范，一旦出現(xiàn)地震事故，高層建筑的抗震性能堪憂。

（三）超高設計問題

超高是現(xiàn)今高層建筑結構設計過程中普遍存在的現(xiàn)實問題，多由于建設方為謀取更多的經(jīng)濟效益，罔顧建設規(guī)范準則，過度增加建筑層高或加高建筑層高，這一問題將大幅度削減高層建筑的力學性能，對其抗震性與可靠性都有不同程度的降低。特別是在風荷載較大及地震烈度較高等極端惡劣條件時，建筑的穩(wěn)定性很難得到保障，甚至將會嚴重威脅業(yè)主的生命財產(chǎn)安全。

（四）扭轉設計缺陷

高層建筑設計必須要盡可能保證建設工程的質(zhì)量重心、剛度中心與幾何中心處于同一位置，以避免產(chǎn)生由于偏心彎矩過大所導致的結構扭轉坡外。但就現(xiàn)實情況來看，現(xiàn)今大部分高層建筑的設計都難以保證其三心處于同一位置，偏心問題普遍存在，一旦受到水平荷載的作用，建筑結構將很容易產(chǎn)生扭轉破壞，這也就給其投產(chǎn)埋下了不小的安全隱患。

二、高層建筑結構設計問題優(yōu)化措施

（一）合理選用結構設計方案

為確保高層建筑結構的穩(wěn)定性，必須合理選用適宜的結構設計方案。首先在設計過程中必須結合建筑設計師所提供圖紙以及國內(nèi)對高層建筑結構設計的相關規(guī)范系統(tǒng)的確定其整體結構，防止所選擇設計方案與建筑設計標準的沖突。另外還需要結合項目建設地點的地質(zhì)情況、氣候因素以及近50年來地質(zhì)變動與水文情況對其結構細節(jié)加以優(yōu)化，尤其需要根據(jù)工程規(guī)模對結構設計整體方案加以優(yōu)化，在提高其結構穩(wěn)定性的同時，確保設計方案具有較高的可行性與經(jīng)濟效益。

（二）完善抗震結構設計

在進行抗震結構設計時，應當結合項目區(qū)域地震基本烈度等級，對其抗震等級加以詳細認定。必須對其抵抗側向荷載結構組件的位置加以詳細認定，確保其節(jié)點受力平衡與結構受力的合理分布。另外還應該保證建筑結構設計具有連續(xù)穩(wěn)定性，并在保證其結構組件剛度與強度的同時，確保其經(jīng)濟合理性。在初步設計時，應該盡量對高層建筑的結構片面加以簡化處理，在保障其基礎強度、剛度的同時，增加基礎的荷載傳遞能力。也就是說，必須避免其結構整體性的破壞與地基沉降對建筑的損害，進一步提升其抗震能力。

（三）優(yōu)化結構性能設計

高層建筑的結構設計需要盡量符合結構性能的各項標準，大體涵蓋以下幾大方面：其一，優(yōu)化對高層建筑結構的延性設計，避免其由于層高問題而產(chǎn)生變形與坍塌。其二，結合其水平荷載作用（主要包括地震橫波、面波與風荷載），通過結構設計提高其抵抗側向變形的能力。也就是說必須根據(jù)計算結果對建筑結構組件的彎矩調(diào)幅、塑性內(nèi)力分布原則，確保建筑結構能夠滿足于性能化設計的各項標準。

（四）完善扭轉設計

為避免高層建筑受到地震、地質(zhì)水文條件與氣候因素影響而產(chǎn)生的扭轉性損壞，在對其結構加以設計之時，必須對其結構模式與平面布局進行綜合考量，盡量確保其質(zhì)量重心、剛度中心與幾何中心處于同一位置。在一些特定條件下，由于高程建筑需要滿足預定的功能指標，因此在需要選擇不規(guī)則平面結構時，必須將其長厚比與寬厚控制于允許范圍中，并盡量確保建筑結構的對稱，以提高其抗彎扭能力。

三、結語

高層建筑結構的設計是一項復雜的系統(tǒng)工程，具有較強的技術性與思辨性，能夠為建筑的穩(wěn)定性提供充分的保障。而就實際設計工作來看，由于其高層建筑設計需要較高標準，因此必須要綜合考慮建筑設計規(guī)范與建筑工程實況，并選用優(yōu)化的結構設計模式確保結構的力學性能，同時針對當下高層建筑結構設計問題，選用適宜的優(yōu)化方案，以此在提高其結構設計可行性的同時，促進我國高層建筑的可持續(xù)發(fā)展。

（作者單位為四川大學錦城學院）

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