试论高层建筑的结构设计特点及基础结构设计王美英

试论高层建筑的结构设计特点及基础结构设计王美英

王美英1于船2

莱阳市规划设计院有限公司山东莱阳265200

摘要：现如今，高层建筑已成为建筑工程中非常重要的一种形式，也是最为常见的一种建筑工程形式。高层建筑结构整体较为复杂，在施工时有一定的难度，所以在设计阶段要科学、合理的进行安排，良好的结构设计能够提升高层建筑物的整体性能，能够很好的引导施工过程顺利完成，从而促进建筑行业的发展。

关键词：高层建筑；基础结构；设计

前言

随着高层住宅建筑的逐渐增多，其在建筑行业内受到更多专业人员的重视和关注。高层建筑的特点是施工面积小、高度高、层楼数量多，这些特点增大了建筑的地基承受力，同时增加了施工的难度。因此，为确保建筑地基不出现问题，要严格控制其基础结构的设计。

1高层建筑结构的设计特点

1.1水平荷载

高层建筑结构设计时，水平荷载是决定性因素。已有研究显示，建筑自重和楼面荷载，在竖向构件中引起的弯矩和轴力，和建筑高度的1次方成正比；水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及在竖向构件中引起的轴力，和建筑高度的2次方成正比。在建筑高度一定的条件下，竖向荷载一般是固定的；而水平荷载会受到风力、地震的影响，会产生较大变化。

1.2轴向变形

高层建筑结构设计时，轴向变形是不能忽略的因素。由于竖向荷载较大，在柱体中会引起轴向变形，影响连续梁弯矩，导致连续梁中心支座处的负弯矩减小，而跨中正弯矩、端支座负弯矩增大。此外，轴向变形还会影响预制构件的下料长度，应该根据轴向变形值大小，调整下料长度。

1.3侧向位移

高层建筑结构设计时，侧向位移是关键控制指标。高层建筑的高度越大，在水平荷载影响下，结构的侧向位移越明显，必须将位移量控制在允许范围内。

1.4结构延性

高层建筑结构设计时，结构延性是重要设计指标。相比于非高层建筑，高层建筑更加“柔软”，在地震发生时，结构变形更大。建筑结构处于塑性变形阶段，为了增强抗变形能力，避免发生倒塌，就要在关键部位和构造上，采取有效措施提高结构延性，防止发生断裂现象。

2高层建筑结构设计的要求

2.1安全持久耐用要求

随着商品化住宅的实行，对人们而言，住宅是一种耐用的消费品，且与其他消费品相比，最明显的特点就是使用时间长。所以，住宅建筑在设计时首要的要求就是安全耐用，选择的材料和结构体系也要保证住宅建筑的抗震性和抗风性，以及便于对建筑进行维修改造。

2.2舒适要求

设计住宅建筑时创造条件确保建筑满足舒适性的要求，如居住区的光、热、风等环境，或者室内空间的灵活划分，或者户型的种类等。所以，要与建筑专业、机电专业等相互配合，尽量防止建筑的梁、柱直接暴露在室内中或者分隔墙材料选用较好隔音效果的，保证室内明亮、简洁、隔音效果好，为住户提供舒适优雅的居住环境。此外，设计方案将以后可能改变住宅内部空间结构考虑在内，可选择剪力墙结构。

2.3经济要求

商品是住宅的一大特点，对于建筑开发商而言，希望较少投入、较大利润，能够获得好的经济效益，而对于买房者而言，希望房子的价格适宜、外观和内部格局好，质量过硬。所以，住宅建筑在结构设计时要根据建筑地基地形、楼层数量、平立面体形等，在符合安全持久耐用和舒适要求的基础上选择性价比高的结构体系，要严格按照构造的规范和标准进行设计，减少浪费。此外，在对比设计方案也应将造价因素考虑在内。

3高层建筑结构设计中存在的问题

3.1超高问题

高层建筑的高度通常是在24米至100米之间，众所周知，建筑物越高，在抗震、防风及火灾等方面的要求也就越高，越高的建筑物在受到地震横向作用力时越容易坍塌，因而，高层建筑在性能方面要求较高，也是结构设计过程中需要关注的重点问题之一。再者设计高层建筑结构时，对于抗震的要求也极为严格，然而在设计过程中，经常会出现业主单位要求，改变建筑物高度，这就使得设计单位的结构设计方案也需随之不断变化，耗费设计单位的人力与物力资源，甚至造成工期延误、经济损失等情况。

3.2扭转问题

扭转问题是高层建筑结构设计中的重要问题，也是世界各国研究高层建筑的核心问题，关系着建筑物的抗震、抗风性能。受地理特征及其他因素的影响，导致在设计高层建筑结构的过程中不能保证建筑物的完全对称，接着会产生扭转问题。设计者在设计时，需努力使建筑物对称，确保搞成建筑的高度与质量，最大程度地避免出现扭转问题。

3.3受力问题

高层建筑在施工过程中，势必会使用多种机械设备，高度越高，机械设备的数量也就越多，会增加高层建筑的垂直载荷量。如果在前期设计工作中，没有兼顾到机械设备这一方面，或者建筑原材料不达标，就很容易导致高层建筑主体的受力与承载力出现问题。

3.4基础埋深问题

相关规定明确指出埋置深度可以为建筑高度的1/15到1/18，但在现实生活中可以发现，施工承建单位将土地资源进行最大程度地开发利用，大部分建筑物低下部分均为低下商场或车库，不利于高层建筑主体的抗倾覆与抗风性。

4解决高层建筑结构设计中问题的对策

4.1超高问题的解决

《高层建筑混凝土技术结构技术规程》严格规定了高层建筑的结构高度，优化、改进了高层建筑结构的设计方法。设计单位在进行高层建筑结构设计时，应意识到建筑主体的高度与其水平载荷、自身重力之间的关系，特别是对高层建筑主体的超高问题，应保证建筑物的高度，协调各种环境因素，使高层建筑有质有量，尽力达到最优化。

4.2扭转问题的解决

高层建筑结构扭转问题是世界地震工程的热点问题。一般来说，在进行基础设计时，力求建筑结构简单、规则、对称，尽力使结构的刚度中心与质量中心重合。在设计施工方案阶段，结构专业应协同建筑专业，从概念设计方面满足抗震的需求。尤其是扭转不规则时，应顾及扭转影响，并且在规定水平地震力作用下，尽量保证高层建筑主体的对称性。

4.3受力问题的解决

受力问题是高层建筑施工、居住的安全性问题，设计单位进行高层建筑结构设计时，应准确计算出高层建筑的具体高度、地基承载力以及各楼层的承载能力，加强地梁的承载力设计。尤其是施工过程中各机械设备的使用量。严格管控承重墙、承重柱的质量结构，确保各楼层受力均匀。有效的承载力计算、裂缝控制措施对于高层建筑结构设计的稳定性具有重要作用。

4.4基础埋深问题的解决

在实际设计中，高层建筑的基础埋深问题很容易被忽视，不利于提升高层建筑的性能。在概念设计时，可采用大底盘多塔结构进行计算与设计，将主楼与裙楼做成一个整体，再通过后浇解决沉降差异与温度应力的影响，另外，将地下车库或者地下超市的刚度折算成为覆土厚土，再根据相关规定计算埋置深度。

4.5性能问题的解决

高层建筑结构抗震设计的核心就是性能设计，随着乡镇一体化趋势呈白热化阶段，大量人口涌入到城市中，在高层建筑结构设计过程中，不能单一考虑到生命安全，应将重点放在保护建筑主体上，确保地震来临之时高层建筑的功能仍可以正常使用。这就要求设计员综合考虑不同地震水准条件构件的变形、承载力、刚度结构等。为有效实现性能设计，提升建筑结构的承载力，只需找准结构构件的承载力与变形能力之间的平衡点，再进行计算、设计即可。

结束语

简而言之，影响高层住宅建筑基础结构设计的因素很多，高度重视其设计工作，全面考虑每一个设计细节问题，促进设计水平的提高，以降低高层住宅建筑地基出现各种问题可能。

参考文献：

[1]张波.房屋建筑结构设计中常见问题分析[J].工程建设与设计，2018（19）：38-39+42.

[2]郑涛.高层住宅建筑基础结构设计研究[J].中国房地产业，2018（22）：91.