高层建筑结构体系选择及设计存在的问题与对策

高层建筑结构体系选择及设计存在的问题与对策

王幸

中冶武勘工程设计（上海）有限公司， 上海  200000

摘要：为了缓解城市土地资源紧张现状，城市中建设了大量高层建筑。下面，在对高层建筑结构特点进行概述基础上，明确了高层建筑结构设计要点，对高层建筑结构体系选择进行了分析，最后总结了高层建筑结构设计问题与对策，希望文中内容对相关工作人员能够有所帮助，同时，能够促进我国建筑行业发展。

关键词：高层建筑；工程质量；结构体系；设计问题

正文：

城市化进程的加快使城市中人口不断增多，为了给人们提供更广大、舒适的居住空间，城市中建设了大量高层建筑。而从实际情况来看，高层建筑建设是一项复杂工作，而且内部空间多样化，因此，针对高层建筑需要做好体系选择与设计探讨，确保最终建设的高层建筑工程美观、安全，保证最终建设高层建筑不仅能够满足人们的应用需求，而且能够有效应对台风、地震、火灾等灾害，提高高层建筑稳定性。

1 高层建筑结构特点

对于高层建筑工程结构来说，其在水平方向和垂直方向的受力，垂直方向的受力指的是高层建筑的自身重量，而水平方向则需要承受台风、地震的影响。高层建筑与普通建筑相比在垂直和水平方向的承载力更大。对于高层建筑工程来说，在对其进行设计时，需要对其具体受力情况进行全面考虑，做好相应分析工作[1]。如果高层建筑在使用过程中发生严重侧移，这会对高层建筑应用造成不良影响，会严重损坏高层建筑工程中的结构构件。因此，为了降低灾害发生概率，在设计时需要尽量将建筑物侧移控制在合理范围内，提高建筑工程整体质量，从而能够为人们提供一个舒适居住环境。

2 高层建筑结构设计要点

2.1 注重轴向变形

通常来说，高层建筑在竖向的荷载较大，高层建筑在轴向上可能会发生严重变形现象，这会对整个高层建筑、稳定性造成直接影响。对于高层建筑来说，一旦在轴向发生变形，将会导致连续梁支座负弯数值持续降低，这将会导致构件侧移和剪力发生严重改变，可见，作为设计人员要提高对轴向变形的重视，这是高层建筑设计的一项重要内容，做好该项工作可以提高高层建筑稳定性[2]。

2.2 重视结构形式与延性

针对现代高层建筑工程来说，主要采用钢筋混凝土结构和钢结构为主。从实际情况来看，高层建筑中采用钢筋混凝土结构具有良好的经济性，而且会采用不同类型施工材料，可以适合应用在不同类型的施工情况中，并且具有良好抗震性，能够提高高层建筑工程质量[3]。但是，从实际情况来看，钢筋混凝土结构在应用时也会存在一定问题，在对其进行应用期间，钢筋混凝土结构件断面大、自重大，难以保证后续长期稳定、安全。可见，在实际设计时，需要重视结构形式延性，确保最终设计的合理性。

3 高层建筑结构体系选择

3.1 框架结构

框架结构是由横向、纵向框架通过对柱、梁构成，能够承受水平方向和竖向荷载的一项建筑结构体系。从大量建筑工程情况来看，这一种类型的单一框架体系，在布置上十分灵活，而且空间大，能够适应不同功能需求，总的来说，该体系适合应用到的休息厅、商场、餐厅等不同类型结构中。与此同时，高层建筑中的框架是由柱和梁共同组合而成，有利于工厂化、机械化制作与安装，方便进行装配。

3.2 剪力墙结构

所谓剪力墙结构指的是通过对巧妙方式对高层建筑工程中的横纵墙体对水平荷载，以及竖向荷载承受结构。从现阶段我国建筑行业的整体发展情况来看，高层建筑工程中的剪力墙以钢筋混凝土作为主要材料，其厚度需要控制在14cm以上，剪力墙良好侧向刚度可以承受高层建筑承受作地震带来的影响，能够提高高层建筑质量[4]。此外，考虑高层建筑的经济性，剪力墙之间距离不得太密集，一般来说，控制在6-8m，这是一个相对较为理想的距离。

3.3 框架—剪力墙结构

该结构就是提取框架与剪力墙结构两者优点，从而形成的一种新型的结构，将其应用到高层建筑中，一方面能够满足高层建筑在布置上的需求，另一方面也能够使结构抗侧力达到要求标准。通过对剪力墙进行应用，能够承担高层建筑的大部分剪力，能够使框架具体受力情况，建筑内力分布情况都能够得到改善。因此，高层建筑工程中框承受的水平剪力会减小，同时，剪切力能够沿着高层建筑均匀分布[5]。一般来说，对于高层建筑工程来说，全部剪力墙能够承受整个高层建筑约80%在水平方向的荷载，而全部框架能够承受约20%的荷载。总的来说，对于高层建筑来说，在具体结构上，要确保框架与剪力墙能够相互协同，共同承担荷载，这也是高层建筑在具体布置上需要重点分析的一项问题。楼盖水平刚度越大，协同工作配合度就越好，若布置得剪力墙太少，将会导致高层建筑结构侧向变形变大，若布置得剪力墙过多，一方面会提高建设成本，另一方面也会导致高层建筑受到不良因素影响。

3.4 筒体结构

所谓筒式结构就是将一个筒体或多个筒作为竖向上承受结构高层建筑体系，该体系在具体应用期间就是通过对筒体进行应用，使其能够承受水平荷载，而且采用这一体系，能够具有良好抗震能力，以及空间刚度。筒式结构在高层建筑体系平面布置上优势显著

[6]。

总而言之，不同结构体系特点不同，针对高层建筑来说，在结构体系的选择上，要依据具体情况而定，确保最终采用的结构体系符合高层建筑的要求。

4 高层建筑结构设计问题与对策

4.1 设计存在的问题

4.1.1 消防结构设计不合理

高层建筑失火现象时有发生，而且其危害大，会造成经济损失，以及人员伤亡，并且会对周围建筑造成破坏。高层建筑与一般建筑相比，高层建筑火灾的特点有火灾蔓延速度快、火灾扑救困难大、火灾持续时间长、安全疏散困难及火灾危害面大，可见，消防安全结构设计意义重大。但是，从实际情况来看，部分企业盲目追求经济利益，不重视高层建筑消防结构，设计师在消防安全结构方面的意识薄弱，整体设计无法满足应用需求。

4.1.2 高层建筑过高

高层建筑自身高度会对其抗风、抗震能力造成直接影响，会对影响其应用与性能。高度超过24m的建筑就是高层建筑，而高度超过100m的建筑就是超高层建筑，对于高层建筑来说，其结构设计需要严格依据相应的规定开展，对于高层建筑来说，其高度越高，风险越大，如果不控制好高层建高度，将会对其性能和应用造成不良影响，因此，针对高层建筑来说，不得盲目追求高度。

4.1.3 材料选择问题

材料的选用也是高层建筑设计的一项重要内容，做好材料选择，能够提高该高层建筑整体荷载力，若采用的高层建筑材料不达标，容易导致高层建筑发生位移，而且会由于采用的材料不合格，而降低高层建筑工程中采用的钢筋结构的承载力，情况严重时会发生严重弯曲现象，这也会大幅度提升高层建筑承受的风险。同时，对于高层建筑中采用的材料也牵涉到利益问题，部分建筑承包商为了追求眼前利益，会采取一些劣质材料，这将会出现一些豆腐渣工程。

4.2 解决设计问题的合理措施

4.2.1 做好高层建筑消防结构设计

高层建筑防火设计已成为现代城市防火减灾非常重要的一部分，设计师在高层建筑中发挥着重要作用，通过对大量高层建筑的整体设计情况以及国内外高层建筑发展趋势和我国消防的实际情况，可以从以下几点作为设计师的防火设计重点：1、合理设计高层建筑的防火间距。为了有效防止火灾蔓延，并为消防扑救创造条件，在设计之初必须确定合理的防火间距；2、设计消防楼梯间，高层建筑的楼梯间必须设计成防烟楼梯或封闭式楼梯；3、设计严密的阻隔火设施；4、设计合理的防排烟系统；5、设置消防电梯和避难层；6、设计直升机停机坪。除此之外还要加强对建筑师的培养，加强对设计师的培训，为其提供去先进国家学习的机会，使其能力能够得到进一步提高。也可以选择具有够硬能力和丰富经验的团队负责高层建筑消防结构设计[7]。

4.2.2 科学控制高层建筑高度

高层建筑温稳定性是确定其是否可以满足应用需求的一项主要因素，而影响其稳定性的因素十分复杂，而高度是关键影响因素，因此，在具体设计时，要提高对高层建筑高度的有效控制。我国在政策上对高层建筑的具体高度进行了明确规定，对于高层建筑高度设计要严格依据规定开展，同时，可以将高层建筑的相关设计规定纳入法制规定中，若高层建筑高度超出了规定要求，需要依据法律进行惩罚。

4.2.3 提高对建筑材料的选用

为了确保最终建设的高层建筑工程的各项性能都能够满足应用需求，需要提高对高层建筑中各种材料的选用。设计高层建筑时，需要对全方面入手，综合考虑各项因素带来的影响。同时，设计师在设计高层建筑结构时，要注重各种建筑材料的选用，在具体施工作业开展前，要合理设计，做好选择，强化在这一方面的意识。此外，社会和国家也需要为此努力，加强对高层建筑材料的检查，确保制定各项制度都能够落实到实际，出台相应法律，针对违法建筑行业的法律，要对其进行制裁。

4.2.4提高整体提升设计质量

除了以上几点之外，还要努力提高高层建筑设计质量，尽量减少自然灾害带来的危害。对于高层建筑来说，为了提高其质量，要合理设置剪力墙，保证设置的墙体均匀，厚度要基本一致，一般来说，需要将厚度控制在0.2m左右，从而提高高层建筑稳定性。控制好高层建筑墙体整体光滑性，不得出现凹凸不平墙面，以免导致高层建筑工程整体稳定性降低，无法满足应用需求。此外，需要提高对剪力墙连接的重视，控制好不同墙体之间的牵制，进而使高层建筑具体稳定性能够得到提高。考虑到高层建筑工程内居住的人多，人口密集，一旦发生地震、火灾等灾害时，楼层高、狭窄通道，这会对人员逃生造成不良影响，加大对人员的伤害。可见，在提高高层建筑设计质量方面，需要不断完善高层建筑消防、抗震等方面的能力，对高层建筑物面积进行合理测算，对高层建筑物所在区域的地形情况进行全面分析，科学安排防火间距，同时，要适当增加高层建筑工程中的出口通道，提高抗震设计，保证最终建设的高层建筑强度能够达到预期。

结论及建议：

总而言之，高层建筑设是一项综合性强且复杂的设计作业，随着人们需求的提高，对高层建筑建筑设计也提出了更高要求。在具体设计时要对设计中存在问题进行合理分析，采取合理设计措施对遇到的问题进行解决，确保最终设计的合理性，为人们提高一个高质量的高层建筑，确保其可以满足应用需求。

参考文献：

[1]吴文煊.某超高层建筑结构设计中关键问题的思考探究[J].四川建材,2022,48(03):25-26.

[2]袁旭晨.基于BIM的可视化技术在超高层建筑结构设计中的应用[J].信息记录材料,2022,23(01):104-106.

[3]唐思贤.带箱型转换层的高层建筑结构体系的抗震性能分析[J].江西建材,2021(05):69-70.

[4]皮鹏程.高层建筑结构设计中的梁式转换层结构设计探讨[J].住宅与房地产,2020(23):129-130.

[5]谭宇胜,刘岩.凹凸不规则平面高层建筑结构设计的思考[J].广东土木与建筑,2020,27(05):37-39.

[6]张向荣,祖青.平面不规则高层建筑结构体系的选择[J].工程建设与设计,2019(07):23-25.

[7]高涛.高层建筑钢结构施工技术及钢结构体系梁柱的连接节点设计[J].江西建材,2017(05):91+95.