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关于高层建筑结构设计中的问题与对策探究汪明明

发表时间：2020/9/3 来源：《基层建设》2020年第13期作者：汪明明

[导读] 摘要：高层建筑需要在其建设工作正式开始之前需要考虑的情况，结合具体要求，将已有的各式设计方案进行建筑结构方案的改变，保证建筑物强度的同时还需要保证高层建筑物的使用功能和经济性具有更高的性价比，使高层建筑体系发展的更加完善，提高人们对于高层建筑的满意度，使高层建筑能够在未来的时间内获取更加广阔的发展空间。

        芜湖城市建设集团有限公司安徽芜湖 241000
        摘要：高层建筑需要在其建设工作正式开始之前需要考虑的情况，结合具体要求，将已有的各式设计方案进行建筑结构方案的改变，保证建筑物强度的同时还需要保证高层建筑物的使用功能和经济性具有更高的性价比，使高层建筑体系发展的更加完善，提高人们对于高层建筑的满意度，使高层建筑能够在未来的时间内获取更加广阔的发展空间。
        关键词：高层建筑；结构设计；问题；对策
        1 高层建筑结构的基本特征
        对高层建筑整体结构进行观察与分析，高层建筑最明显特征就是高度，不断增长的建筑高度，势必会对建筑带来较大水平力、竖向力。这也意味着，如果高层建筑结构设计不稳定，不仅会影响高层建筑质量，更降低高层建筑整体抗震能力。相对于传统建筑来说，在相同风力情况下，高层建筑随着高度增加，所受到的风荷载逐渐增加，这些不断增加的风荷载，势必会产生一定剪切力。受到不同外力因素影响，如果高层建筑结构设计出现问题，不仅会影响结构稳定性，更威胁大众生命健康。因此，在高层建筑设计工作中，一定要给予结构设计工作充分重视，并在结构设计过程中，结合多方面因素，制定更为科学、合理的建筑结构设计方案，最终提升高层建筑结构整体合理性，提升高层建筑整体质量。
        2 高层建筑结构设计中的突出问题
        2.1 超高问题
        对高层建筑结构进行设计过程中，必须重视超高问题。充分地考虑楼层的实际高度给整个建筑物的施工质量造成的影响，再对建筑结构展开有效地设计。对于高层建筑工程而言，超高问题在设计中是极为常见的。因此，相关工程设计人员有必要根据建筑物的实际建设要求，全方位地考虑后期使用过程中可能出现的安全问题，确保工程后续使用的安全性。
        2.2 嵌固端设置
        嵌固端在我国城市高层建筑结构设计中占据重要地位，有效地设置嵌固端十分关键。然而，在设计中，发现经常出现有些嵌固端的位置、嵌固端上下层的刚度设计比及处理抗震缝隙方面的问题，大部分设计师会选择把高层建筑工程的嵌固端设在人防顶板部位/地下室，或者在对嵌固端上、下层刚度比重确定时产生一定的计算误差。影响了嵌固端自身功能的发挥，也极易给建筑结构埋下不必要的安全隐患。此外，在设计嵌固端时，有的设计师对抗震缝隙无法进行妥善地处理，使得各个嵌固端之间的协调性较差，给高层建筑结构的稳定性、可靠性均造成不良影响。
        2.3 短肢剪力墙设置
        短肢剪力墙设置存在问题，会严重损害高层建筑工程的结构质量，相关设计人员在进行高层建筑结构设计的时候，经常会增设短肢剪力墙，这一问题既会削弱高层建筑物中短肢剪力墙的抗震性能，又会影响建筑物后期投入使用中的稳定性，给高层建筑结构造成极大的安全隐患。一旦受到外界自然灾害的袭扰，极易引发建筑物的安全事故，造成不必要的经济损失及人员伤害。
        2.4 扭转问题
        在高层建筑结构设计中，扭转问题也是其中不可或缺的问题，该问题目前已上升到全球范围高层建筑结构设计的核心问题，事关整个建筑物的整个抗风、抗震性能。受到自然地理环境及条件的影响，在对高层建筑结构设计中，部分设计人员难以有效地确保建筑物完全对称，进而易产生扭转问题。设计人员在展开设计工作中，需竭力满足建筑物的对称性，提高建筑物的施工质量与建筑高度，最大化地规避扭转问题的发生。
        3 加强高层建筑结构设计的有效措施
        3.1 工程概况
        以某座高塔建筑为例：1号塔一共有17层，其塔顶的总高度设计为80.5m，使用传统的框筒结构；2号塔共计6层，塔顶的总高度设计为39.2m。使用的使传统的框剪结构；建筑群的地上裙房共有3层，建筑内的地下室设计为1层，从属于1号塔使用的钢筋混凝土筑成的建筑高度。

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        此项项目工程自身的抗震设防类层级标准为丙类，其主要建筑场地自身的基本烈度表现为Ⅶ度左右，建筑中发生的地震加速度大约为0.1g左右，设计地震组划分成两组，建筑场地类别分为三类，根据相关建筑标准将1号塔和2号塔的抗震等级设定为二级。针对此工程，本文认为加强其结构设计的有效措施包括以下几种：
        3.2 选择有利的抗震场地
        选择对建筑物抗震属性更加有力的地段进行施工，需要有效的避免在不利建筑防震的地段开展建设工作。在无法避开的情况下，需要采用更加合适的抗震加强手段来完善建筑抗震功能，根据现场的情况来判定地基液化等级和建筑抗震设防类别，将二者分别采取上部结构刚性以及整体性同时加强建筑地基的措施来开展全部消除或者部分消除当前地基液化沉陷现象的对应措施；处于施工场地内部的实际地基受力范围内时，往往存有比较严重的不均匀土层、场地新近填土以及软弱黏性土层时，需要使用加强上部结构、加强基础、加强地基巩固和地桩的方式；针对部分地震时可能造成地裂或者滑移现象的建筑场地，需要使用对应的稳定地基的举措。
        3.3 优化平面和立面布置
        （1）建筑结构相对简单性。由于建筑结构比较简单，在一般情况下均指地震作用下将会具有更加清晰或直接的作用传力途径。用来保证传力途径方面的简单情况，只有这样才会对结构自身的计算模型、建筑位移分析与作用内力。进一步对建筑结构中的薄弱部位做出有效把握，所以最终的结构性抗震性能估算也会比较可靠。
        （2）建筑结构的抗震水平和刚度。在一般情况下，水平地震产生的作用力是双向的，在建筑结构的正式布置阶段需要保证结构能够有效的抵抗任一方向上产生的地震作用。基于上述现象，通常使用的是建筑结构沿着平面向上两个主轴的方向最初足够有力的抗震能力和刚度。
        （3）建筑结构整体性。处于高层建筑的整体结构中塔顶楼盖会对结构自身的整体性起到一定的作用，对于楼盖而言，在建筑中的作用大致和水平隔板等同，在传递并且聚集建筑惯性力传递向各个竖向结构，在此基础上对建筑体系内的子结构做出对应的要求，最后还能够承受地震作用，尤其是在竖向抗侧力方面的结构布置不够均匀时，或者是需要使用形式更加复杂的水平抗侧力子结构需要保证楼盖和抗侧力子结构可以协同作业。
        3.4 确保结构的延性抗震能力
        在科学合理的选择建筑结构之后，还需要通过一定程度的抗震措施为建筑结构具有的实际延性抗震能力做出保障，进而为建筑结构中的大震、中震下实现抗震目标，系统防震抗震能力保证下述几方面内容：①建筑强柱弱梁。人为造成的增大柱会对量体产生较大的抗弯压力，使得钢筋混凝土构成的建筑框架处于大地震之下，梁端塑性出现较早。到达最高非线性位移时面对的塑性转动较低，完全不会发生该有的塑性铰。通过这样的方式来保证建筑框架能够具有更加平稳的塑性能耗能力和塑性耗能机构；②强剪弱弯。在处于剪切破坏的情况下基本不会产生延性，对柱端造成的剪切破坏依旧有可能造成结构的整体倒塌或者局部破坏。所以能够通过人为的方式保护结构性能不会发生剪切破坏的情况。
        结束语：
        随着社会发展高层建筑逐渐得到重视，高层建筑不仅能解决城市用地紧张问题，更能在一定程度上优化城市结构。高层建筑的结构设计工作依旧存在诸多不合理之处。因此，在实际高层建筑的结构设计工作中，一定要结合结构存在的不足，制定针对性优化策略。只有这样，才能确保高层建筑施工顺利开展，确保高层建筑质量得到提升，从而满足社会发展需求。
        参考文献：
        [1]陈敏.探讨高层建筑结构的设计问题及对策[J].智能城市,2019,5(19):30-31.
        [2]李智.有关高层建筑结构设计问题及对策的探讨[J].居舍,2019(16):104.
        [3]白世和.高层建筑钢结构设计中的关键问题及对策研究[J].城市建设理论研究(电子版),2019(13):65.
        [4]白艳霞.高层建筑结构设计中存在的问题及对策探讨[J].居舍,2019(03):4.