1、1高层建筑结构设计的问题及对策探讨【摘要】随着社会日新月异的发展与进步，高层建筑在城市建筑中占据着愈来愈重要的位置。作为高层建筑设计的重点内容，高层建筑的结构设计问题的研究也具有十分重要的意义。本文简要地介绍了高层建筑结构特征及相关原则，并着重分析了高层建筑结构设计中存在的问题并提出了相对应的对策措施建议。 【关键词】高层建筑结构设计；问题；对策 中图分类号：TU318 文献标识码： A 文章编号： 1.前言 随着科技的进步和社会的发展，我国城市建筑设计处于不断的变革之中，城市化进城的加快使得高层建筑逐渐地出现在人们的视野之中。在高层建筑的设计中，结构设计是其中十分重要的组成部分，它对建筑物的
2、建设及养护等环节发挥着不可或缺的作用。在高层建筑结构设计中，通常采用钢与钢筋混凝土两种材料，钢筋混凝土具有材料来源丰富、耐久耐火性优良、承载能力较高以及结构造价较低等优点；钢结构则具有自重轻、断面小、抗震性能优良以及缩短现场施工工期等优点，随着我国建筑物高度的增加，建筑结构设计之中逐渐采用两种材料之间相互取长补短的组合结构，从而取得经济合理以及技术优良的效果。高层建筑结构设计在一方面需要具有合理性与科学性，能够达到满足人们日常生活需求的目的；另一方面，则需要具有稳定性与安全性，满足抗风、抗2震等基本要求，从而有效地为人们的学习、工作及生活提供安全保障。笔者主要通过高层建筑结构设计的过程之中常见
3、的几个问题进行分析研究，并提出相应的改善措施及建议，希望能够对实践设计工作产生一定的指导作用。 2.高层建筑结构设计的原则 2.1 基础方案合理 高层建筑结构设计中基础方案的设计需要以实际的工程地质条件为前提，对其确立时应极大程度地发挥地基潜力，并配以详细的地质勘察报告，必要时进行地基的变形演算。并结合相邻建筑物的影响以及建筑物自身上部结构类型与载荷的分布情况等各种因素进行综合性分析，最后得出经济合理的基础方案。 2.2 计算简图适当 计算简图是保证建筑结构稳定性与安全性的重要条件，结构设计的计算应在计算简图的基础上进行。实际结构的节点不是单纯的钢节点与铰结点，计算简图需要配合相应的构造措施，
4、从而保证计算简图的误差在设计的允许范围之内。 2.3 构造措施完善 建构结构的设计需要注意结构组件的延展性能如钢筋的锚固长度及其执行段的锚固长度等，还需考虑到薄弱部位的加强及温度对组件的影响，遵循“强剪弱弯、强柱弱梁、强压弱拉”的原则。 3.高层建筑结构设计的问题及对策 3.1 高度问题 3我国现行高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)结合适用与经济的原则给出了多种结构体系最大的适宜高度，此高度是与我国整体土木工程规范体系相互协调的，也是与目前城市经济发展水平、建筑水平以及施工技术水平相吻合的。然而在实际中有许多的混凝土结构高层建筑物的高度却超过了规范高度限制，例如，高达 322m
5、混凝土结构体系的中信广场以及高达 420.15m 组合结构体系的金茂大厦等建筑物。随着建筑物高度的增加，建筑物自身的参考系数也会超出适宜的规定范围，例如延性要求、安全指标、荷载取值、材料性能以及力学模型的选取等。除此之外，在地震力的作用下超高建筑物的形态会发生极大变化从而产生变形破坏力，因此对于超过高度限制的建筑物应当保持科学谨慎的态度。 3.2 钢筋混凝土梁承载能力 城市高层建筑一般是写字楼的办公场所，因此建筑结构设计需要考虑到消防、空调等设备，由于这些设备通常置于楼层梁底之下，并且需要在梁腹部进行开孔后才能进行设备的安装，因此需要将钢筋混凝土梁腹部开孔的承载能力作为考虑要素之一。腹部开孔之
6、后梁的承载能力相较于未开孔之前会大大减小，并且在剪力、洞口以及弯矩等处极易发生破坏，在极大程度上增加了梁的腹部破坏的概率，一般而言，可以通过计算开孔梁挠度、孔洞周边补强筋以及裂缝宽度等数据来分析钢筋混凝土腹部开孔后的承载力。 混凝土结构构造手册与高层建筑混凝土结构技术规程中对钢筋混凝土梁腹部开孔的大小、位置、流程与环节等方面都进行了相关的规范，除此之外，在计算过程中还需参考不同种类4的腹部开孔方式，例如，南京国展中心工程中，其主体是两层部分预应力的混凝土框架结构，建筑物的总长度为 292m，宽为 158m，纵横向不设缝都超过相关规定中的限制值；而杭州江干区全民健身中心长为 117m，宽为 51
7、.6m，于梁上设置无粘结预应力筋及加强配筋来减少温度应力对建筑结构的影响，有效的承载力度计算以及裂缝控制措施对于建筑结构设计的稳定性而言具有十分重要的意义。 3.3 结构体系与材料的选择 建筑结构体系与材料的选择是建筑结构设计工程技术人员所重视的问题之一，我国城市高层建筑主要采用的结构体系为筒中筒、框一筒以及框架一支撑，并且钢筋混凝土结构与混合结构占据了 90%以上。由于混合结构以钢筋混凝土核心筒为主，因此变形控制需要以其位移限制为标准，然而因为弯曲变形时侧移距离较大，刚度较小的钢框架无法有效地减小侧移从而会增加钢结构的负担，所以需要设置伸臂结构或者加大混凝土筒的刚度，进而形成有效的加强层来满
8、足规范的侧移限制值。与此同时，当结构体系或者柱间距离发生变化时，还需要根据建筑的结构模式合理地设置结构转换层以及加强层，因为转换层与加强层在本层形成刚度时有导致结构刚度突变的可能，因此需尽量降低其本身的刚度以减少不利影响。除此之外，根据我国建筑钢材的品种、类型以及钢结构的加工能力，采用钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构或者钢结构能够改善结构的抗震性能及减小柱断面的程度。当建筑物的高度超过一定程度时，钢骨及钢管混凝土是减小风振的首选材料，而采用实腹式的热轧型钢或者焊接工字钢能够有效地减少震害。 53.4 抗震措施与构造措施的采取 我国现行的建筑结构设计的稳定安全程度已经逐渐不能适应国情发展的需求，建
9、筑结构设计的安全水平应得到进一步的提升。我国现行抗震设防标准相对较低的原因在于国家的财力物力有限，抗震设防裂度和结构设计中基本地震的加速度之间有对应关系，因此设防烈度的构造设计应具备一定的弹性分析。若以 50 年为分析年限时，小震烈度的重现期是 50 年，被超越率是 63.2%；中震烈度的重现期是 475 年，被超越率是10%；大震的重现期约为 2000 年，被超越率是 2%， 。除设防烈度较低之外，我国建筑构造规定的安全度及抗震计算方法也相对较低，且在轴压比、配筋率以及梁柱承载力匹配程度等抗震延性的相关规定也不够严格。随着社会经济的日益发展进步，建筑结构失效所带来的损失不可小觑，而结构设计造
10、价在建筑整体投资之中比例的减少也应给予重视，尤其是在高烈度区域应有严格的抗震方法以及构造措施来保证建筑物结构的稳定性与安全性。 4.结语 随着我国建筑行业的不断进步与发展，高层建筑在日新月异的变化之中于结构设计方面的要求也愈来愈高，高层建筑结构设计是一项集综合性、技术性、安全性为一体的工作，对于建筑设计的发展而言有着十分重要的意义与作用。笔者以高层建筑结构设计为中心，探讨分析了高层建筑结构设计中存在的问题及对策，希望能够为高层建筑结构设计提供相关的参考与依据，以及引起人们对这一问题的进一步关注。 参考文献 61 陈耀. 高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨J. 福建建材. 2011(4): 36
11、-37. 2 廖小辉. 某超限高层建筑结构设计及转换梁可靠度分析J. 建材发展导向. 2012(10). 3 钱磊，沈金. 超高层建筑地下结构考虑施工过程的关键设计J. 建筑施工. 2011(10): 909-911. 4 叶浩. 梁式转换层的高层建筑结构设计J. 广东土木与建筑. 2011(12): 19-21. 5 张杰，崔伟平. 探究高层建筑结构设计的问题及解决措施J. 河南科技. 2013(1): 178. 6 张涛，高日. 带底盘双塔的超限高层建筑结构设计J. 工程抗震. 2002(2): 15-19. 7 赵彤. 高层建筑结构基于性能抗震设计思想的应用J. 结构工程师. 2011(2): 15-22. 8 支韶阳. 一般高层建筑钢筋混凝土结构设计应注意的几个问题J. 粮食流通技术. 2011(5): 12-14.
