高层建筑结构设计原则探讨

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1、高层建筑结构设计中需要考虑的影响因素

高层建筑的使用缓解了城市土地使用紧张的情况，大大提高了建筑物的容积和使用效果。高层建筑物工程庞大，技术复杂，其结构设计合理与否直接影响到建筑物本身的安全性能，所以在进行高层建筑结构设计时需要考虑四个方面的影响因素：高层建筑的抗风结构设计；高层建筑的抗震结构设计；高层建筑的消防结构设计；高层建筑的建设成本要科学合理。

1.1抗风结构设计

高层建筑由于层高的原因，对风具有阻断和干扰的作用，使得气流转从高层建筑的周边行进，被改变后的气流会产生使高层建筑振动的强大力量，使高层建筑遭受破坏甚至开裂。针对这一问题，首先必须把高层建筑的基础设计好，俗话说“万丈高楼平地起”，可见基础打好了，才能更好的提高建筑整体承受力。基地采用级配等级较高的砂石，保证回填料的整体密实度，防止不均衡的水平作用力威胁整个地基结构，造成倾覆的威胁，同时在建筑物基础受力层的底部设置抗拔锚杆，通过对杆体安装、注浆和锚杆钻孔等动作，提高建筑基础的抗拔强度。

1.2抗震结构设计

地球地壳板块活动异常，抗震结构的考虑始终是高层建筑的薄弱点，高层建筑工程庞大结构复杂，地震发生时可能的后果无法准确估算，外加设计人员在设计过程中未能综合考虑相关地震的破坏原理，使得建筑结构设计在抗震方面缺乏灵活性。地震发生时地基出现不同的沉降现象，这是导致系列建筑物被损毁的直接原因，所以合理设置抗侧力构件的位置，横向和纵向通过提高抗侧力构件的强度，使高层建筑物结构处于平面布置规则对称的状态，侧向刚度沿竖向宜均匀变化，从而达到一定的抗震效果；设计过程中，使用混凝土剪力墙的结构设计，可以有效提高抗侧力结构构件的承重能力，使得建筑物整体的重量更好的分散和延续开来，有效提高抗震效果。

1.3消防结构设计

高层建筑是一个复杂的系统工程，为了满足各种功能需求，施工过程中需要使用各种功能不同的建筑材料，并且很多材料是可燃的，无疑增加了火灾发生的概率。外加高层建筑空气对流性强，高空段风力比较强大，如果不幸发生火灾，无疑为火势的迅速蔓延提供了条件。所以高层建筑的消防结构设计要有科学性、人性化，切实保障住房使用者的生命财产安全。设计过程中必须全面考虑防火间距的设计、安全疏散功能结构的设计以及阻碍火势蔓延的分隔结构的设计，坚持以防为主，消防应急处理为辅的设计理念。

1.4工程造价

高层建筑地基设计的质量直接影响着基础的类型选择和工程的造价。如何在确保地基质量符合建筑规范要求的同时，又设计出经济效益最大的高层建筑基础呢？这就需要建筑设计者综合考虑工程的相关影响因素，设计前依据地质勘探报告对工程地质的情况充分了解，结合“整片筏基”与“板式筏基+独立柱基”两组方式的基础设计方案，实现最经济合理的地基量；除此之外，对于高层建筑整体使用的工程材料，都要做好全面的市场调查，找到质量、性能都相对较高的替代材料，同时价格又非常的经济；工程建设过程中，杜绝材料采购过程中出现的严重价格差现象，确保每一分工程款都用在实处。

2高层建筑结构的相关设计原则

2.1高层建筑过程中基础的设计原则

地基设计是高层建筑结构设计的前提工作，随着城市人口不断增加，为提高土地使用率，高层建筑不断涌现，车库、人防设施、地下室等不要不断的增加，通过确定基础底板的埋置深度以及建筑工程的岩土特征，来选定工程的基础设计。并且尽量选取天然的筏板基础。因为基础的设计工作包含基础的类型设计以及对地基的处理工作，地基类型的选择要考虑到建筑物上部结构的荷载、地基的承载力以及整体的工程造价等相关因素。如果在基础设计过程中天然筏板基础的沉降量计算过大，那么天然地基筏板就无法得到很好的应用，无疑增加成本，造成不必要的浪费。所以在高层建筑地基的设计过程中，需要详细研究地质勘探报告，要充分考虑筏板的设计基础、承载力和变形组成情况等，结合地区的相关地质条件对基础进行合理设计。

2.2剪力墙设置原则

前文提到过剪力墙在抗震结构设计中的重要作用，高层建筑中剪力墙的位置设置及其数量要求也是高层建筑结构设计原则中的重要考虑因素。现有的相关建筑规划中，主要描述的都是短肢剪力墙，而短肢剪力墙在实际使用过程中受到很多因素的影响，所以具体设计过程中设计人员都会尽量避免使用这种墙体结构，从而避免了后续相关问题的产生。在具体设计过程中，设计人员不能死板照搬规划，认为剪力墙只能设置在建筑物两端，要依据实际情况灵活变通，在建筑的纵向中轴线上也应该增加剪力墙结构设计，同时调整该结构墙的中心位置，合理控制好厚度和截面，以便建筑物的侧向位移能保持在可允许的范围之内。

3筏板设计的综合设计原则

高层建筑结构筏板基础的设计过程需要考虑很多的影响因素，还要结合具体施工造价情况对设计方案进行合理有效的调整。具体设计过程中可以通过比较“整片筏基”与“板式筏基+独立柱基”两组方式的工程造价，得出经济效益更加显著的方案。如果地质勘探的结果显示地层分布不均匀，上部结构荷载在筏板上分布不均匀，是筏板基础各部分的沉降差异较明显的话，那么就可以进行以下调整：调整建筑地表以上结构荷载或者调整网住间距，以达到减少基层压力差的效果；调整筏板的形状和面积，均衡压力差；对底板的强度与刚度予以加强，并且在跨度较大的间柱体之间设置加强板或者暗梁，提高基础筏板的整体抗压性能。

4结束语

高层建筑是一项系统工程，影响因素多，综合技术要求高，需要设计者和施工人员共同配合。在满足结构设计要求的基础上，还需结构工程本身的相关地质因素和工程条件，充分考虑抗风、抗震、消防结构等要素，依据高层建筑结构设计过程中的相关原则和注意事项，最终设计出最科学合理、同时又符合工程造价预算的建筑工程。

作者:王建华 单位:江苏省节能工程设计研究院