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高层建筑结构设计问题及对策分析颜廷文

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：颜廷文

[导读] 摘要：随着我国经济水平与城市化进程的不断提升，使得高层建筑的规模与数量持续增加。

        大庆高新技术产业开发区规划建筑设计院 163316
        摘要：随着我国经济水平与城市化进程的不断提升，使得高层建筑的规模与数量持续增加。本文主要从城市高层建筑结构设计原则着手，并对其结构设计过程存在的问题及对策进行了探讨，以供参考。
        关键词：高层建筑；结构设计；问题；对策
        在高层建筑建设过程中，结构设计是较为关键的一个环节，其会对建筑的质量、安全和稳定性带来直接的影响。因此在实际高层建筑结构设计过程中，需要保证结构方案的优良、计算简图和分析计算结果的合理性，并针对实际结构设计中的轴向变形、结构形式、荷载及高度等问题加以重视，科学合理对高层建筑结构进行设计，进一步提升高层建筑结构设计的水平，为建筑行业的健康、稳定发展奠定良好的基础。
        一、高层建筑结构设计遵循的原则
        高层建筑结构设计原则，是高层建筑结构设计过程中需要注意的重要标准和准则，也是高层建筑设计单位提高高层建筑结构设计质量与效益的重要保障。只有在一定的高层建筑结构设计原则支持下，才可以进行建筑结构设计。总体来讲，高层建筑结构设计原则主要包括以下几点：
        1、注重设计协调性
        建筑空间布局与人们的正常使用有着紧密的联系，协调性是提高建筑使用舒适度的一个重要话题，如果建筑与房屋立体结构、平面设计之间缺乏关联性，那么建筑内部构造也就变得杂乱无章。在这种情况下设计人员须重视相互之间的影响，提高空间利用效率，在布局上展现更多的功能价值，实现全局协同的效果。如在进行墙体设计时应考虑内部空间布局下用户的生活需求，墙体与立柱位置需进行人性化设计，整个结构给人一种简单、舒适的设计思想，并实现立体、平面布局的协调性。
        2、计算简图适当
        计算简图对于高层建筑结构具有极为重要的意义，其直接关系到高层建筑结构的计算公式及结构构造方式。因此在结构设计时如果选择的计算简图不恰当，必然会对高层建筑结构的安全性带来较大的影响。因此在针对于高层建筑结构设计时，需要保证计算简图的合理性和准确性，这样才能确保高层建筑结构的安全性。在具体选择计算简图时，需要保证误差在可控范围内，从而为高层建筑施工质量起到重要的保障作用。
        3、精准进行计算结果分析
        目前高层建筑设计普遍运用计算机来完成，建筑设计软件种类较多，当选择的设计软件存在差异时，即使同一建筑也会存在不同之处。这就要求设计人员在选择建筑设计软件时，需要针对每一个软件的适用范围和使用条件进行仔细研究，保证计算机辅助软件的合理性。在具体设计过程中，尽量避免人为操作的情况发生，针对于输入的数据要仔细审查，确保分析计算结果的准确性和合理性。
        二、前高层建筑结构设计存在的问题分析
        1、基础设计问题
        在高层建筑结构设计环节中，地基设计是至关重要的一个环节，也是通常建筑设计师较为关注的问题之一。地基是整个建筑的基础，其重要性不言而喻，地基设计质量对于整个工程的质量以及基础类型选择、工程造价都有着及其重要的影响。一般来说，基础设计工作包括地基处理以及基础类型设计两个方面。在选择地基类型过程中，要充分考虑到地基的荷载承受能力、上部结构荷载以及整个工程的造价等因素，其中计算建筑上部荷载以及结构的选型是较为重要的部分。
        2、高层建筑剪力墙设置问题
        在新高度的规则下，短肢剪力墙的设置出现了一定的问题。短肢剪力墙就是截面的高厚比达到5～8的墙，并且无论是数据显示还是实际的经验，都对短肢剪力墙在高层民用建筑结构设计中增加了很多的限制，在高层民用建筑的设计中，结构设计的工程师应当尽量不采用这种形式的墙体，这样才能够避免后期设计工作中的出现的一些后续问题。

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        3、超高问题
        我国现行规范标准中，对高层建筑进行了明确定义，即层数≥10，高度>27m的建筑为高层建筑。而当建筑的高度超过100m时，则为超高层建筑。在此需要指出的一点是，高层建筑与超高层建筑的结构设计方面存在一定的差别，所以当高层建筑的高度超出限值时，必须按照超高层建筑的设计标准，对结构进行设计。但是，一些超高层建筑结构设计却按照高层建筑结构设计规范进行设计，以达到降低建筑工程成本的目的，获取更多的经济利益。在这种情况下，降低了建筑物的抗震能力和稳定性，尤其在遇到地震等自然灾害时，易出现建筑结构破坏，危及建筑安全。
        4、嵌固端的设置
        高层建筑结构中的嵌固端存在两大设计问题，分别是位置的设置和自身的刚度。在结构设计阶段，应确保嵌固端被设置在准确合理的部位。但在大多数高层建筑中却将其设置在人防地下室的顶板处，这种设置方法无形中为结构的安全带来较大的隐患。为确保嵌固端的整体刚度，应确保其设计比例正确，以使其起到稳定结构的作用，从而使得高层建筑结构的安全性得到提升。
        三、高层建筑结构设计问题的解决策略
        1、科学布置平面布局
        高层建筑结构设计工作中易出现结构扭转问题，这就需要在实际设计过程中，建筑结构形式宜采用相对规则的图形，并保证质量的均匀分布，进一步提高建筑体的稳定性，保证建筑结构的对称性。即在实际设计过程中，具体通过科学进行平面布局，以此来保证建筑结构的稳固性和安全性。
        2、提高建筑结构的抗震能力
        由于高层民用建筑的手里点不同于低层建筑，因此在进行高层建筑设计的时候，一定要区别减震和抗震的区域，保证具有足够的强度和刚度以及良好的抗震性。通过合理的减震、抗震设计，建筑物达到最小的伤害，这也是保证高层居民安全的最重要的措施。为了达到最佳的效果，结构的设计必须要有一定的塑形材料，这样才能够吸收地震时产生的能量，减少地震对建筑的破坏。
        3、满足结构设计中的性能需求
        满足高层建筑结构中各方面的性能需求是结构设计工作的主要目的，这些性能指标主要有以下几点：首先是在设计中要充分考虑建筑结构的延展性。其主要是指高层建筑中经常出现的楼体变形和坍塌等问题，特别是在发生地震等自然灾害时，建筑结构的延展性就显得十分关键。其次是应对结构的水平力给予充分的关注，所谓的水平力是指高层建筑在相同水平面内的力学载荷的分布特征。由于水平力对于高层建筑结构的影响较大，因此在进行结构设计时应对其进行严格的控制。最后高层建筑结构的稳定性能。为满足这一关键指标，应对设计过程中的关键环节进行把控，其中较为典型的就是对短肢剪力墙位置的布设。
        4、加强建筑结构的抗风设计
        在设计建筑抗风结构时，水平作用力是首先需要考虑的问题，要保证风力作用时，风力荷载处于建筑物承受能力之内。具体来说，可以增加高层建筑斜撑，另外还可以采用稳定性更加有保障的高性能混凝土，提高建筑材料及整体建筑的稳定性。对于建筑外层结构来说，要结合当地风力特点，从而设置建筑的抗风角度，从而弱化风力，减小风力冲击。
        四、结束语
        高层建筑的结构设计是一项设计难度大、技术要求高、设计工作繁琐的工作。从事高层建筑结构设计的设计人员应综合考虑实际施工和相关技术要求，不断提高专业素质，保证结构设计的科学合理性，提高对结构设计质量安全问题的辨识能力，多分析不同案例，从不同工程中吸收经验，从而判别出问题所在及选用最优的处理方案。
        参考文献
        [1]何小雄.建筑结构设计中存在的问题与解决对策分析[J].住宅与房地产，2019（6）：78.
        [2]张晓锋.高层建筑结构设计的问题与对策研究[J].建筑与装饰，2018（12）：6+11.
        [3]龚良娟.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].江西建材，2018（11）：74-76.