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摘要：随着经济的发展和城市化进程的加快，近年来，土地资源紧张成了比较棘手的问题，较大程度地阻碍了社会进步。在当前现代化技术、可持续观念推行的背景下，高层建筑物类型越来越多，大幅度减少了土地资源的应用面积，但据实际情况看，我国高层建筑结构设计中存在较大的问题，必须解决，以确保高层建筑在承受巨大的垂直、外力载荷下依然可以保证其安全稳定性。文章围绕高层建筑结构合理构成与高效率结构设计进行了分析。
关键词：高层建筑；结构合理；高效率结构设计
引言
近一二十年来，中国的城市化进程不断加速，基础设施建设蓬勃发展，一栋栋高层、超高层建筑不断刷新着各地城市的天际线，成为了城市的名片，也见证了城市的发展。住宅、办公、酒店、公寓、观光等高层建筑给城市带来了丰富的功能空间及美轮美奂的城市景观，它们推动了城市的发展，但它们的落成也消耗了大量的自然资源和社会资源。对高层建筑结构的合理构成进行分析并实现高效率的结构设计，不仅具有节约成本的直接经济效益，还具有绿色环保的长远社会效益，本文将在这方面进行探讨。
1高层建筑钢结构设计的相关特点
高层建筑钢结构设计过程中具有以下三个特点：第1点，在高层建筑中采用钢结构设计，可以通过钢结构施工过程中的一体化安装来降低建筑施工中的成本，提高建筑工程的施工进度和施工效率。同时由于钢结构建筑具有结构质量、柱底反作用力较小等一系列的特点，还可以进一步的节省建筑施工过程中地基的处理费用，从而减少工程的造价成本。此外在后期建筑物的加固和改建过程中，对于钢结构部位的改建工作并不需要投入过多的资金，就可以轻易的进行拆散和异地组装作业；第2点，钢结构建筑物由于其整体形体和节点的设计达到统一化，可以赋予建筑物更多的功能。同时钢结构建筑物还具有较为强烈的时代感，更好地帮助设计师体现出自身的创作意图，提升钢结构建筑的设计美感；第3点，钢结构建筑物中所使用的钢材是一种较为环保且高效节能的材料，同时钢结构在使用中还具有较高的可循环再利用价值，并且在施工过程中也不需要施工方对钢结构工程进行建模施工，因此钢结构施工满足了当下社会对施工中的环保要求。
2高层建筑结构合理构成与高效率结构设计
2.1结构布局分析
对建筑结构体系展开分析，可以发现存在一定不规则性，在结构布局上需要多次验算，促使结构抗扭能力得到提高。在水平布局方面，应加强层间位置控制。利用层间位移比、位移角，能够使平面布置的不规范性得到控制，避免结构产生过大偏心力，以免引发较大扭转效应。在结构正常运转状态下，水平位移能够得到限制，保证结构具备足够强度和刚度，避免过大位移导致结构承受力受到影响。在案例中，部分楼层最大层间位移和两端层间位移比在1.2-1.4范围内，还应对刚度分布进行优化，以便使结构出现的扭转不规则问题得到改善。在边梁和边墙设计中，还应使结构对扭转刚度贡献得到增加。为满足建筑使用功能要求，建筑1-5层设计较多楼梯，将造成楼板存在大开洞，导致剪力墙刚度被削弱。为弥补结构刚度损失，需要将楼梯按照围合形式进行布置，构成筒体结构。此外，需采用150厚板对1-5层楼板刚度进行加强，在适当提高配筋率的同时，完成双层双向钢筋设置，使结构整体刚度得到提高。从建筑竖向布局上来看，转换层结构设计将引发竖向不规则问题。采取竖向抗侧力构件不连续形式进行转换层布局，容易导致结构因不规则问题出现超限情况。因此在设计阶段需要完成抗震缝设置，也可以对楼板结构进行增设。而转换层位于6层，相对较高，需要保证转换层上、下楼板刚度达到要求，促使上、下部结构得到严格控制，达到一定刚度比要求。等效刚度比越小，说明上、下结构位移角、内力发生明显突变。而上、下结构部分等效侧刚度较为接近，能够使结构部件内部应力得到消除，使变形突变得到减少，因此设计时还应将刚度比设定为1。无法达到这一要求，可以对柱体、墙体等竖向构件强度进行调整。
针对6层以上楼层，考虑到楼板较薄，需要对连接板刚度进行加强，采用150厚板的同时，完成双层钢筋配置。在建筑28层位置，需要完成局部收进，尽管幅度较小，并未引发竖向不规则问题，但容易产生位移突变。为防止高位出现薄弱层，需要设计上下剪力墙进行加强设计，使上、下层刚度比得到有效控制。
2.2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。
2.3钢结构进场检验和吊装准备阶段
在钢结构材料进入高层施工现场时，施工方需要解决施工场地狭小、施工条件差等一系列的问题，这就需要在对钢结构部件进行堆放的过程中进行合理的场地布局，避免由于堆放不合格对整个吊装作业造成影响。在进行吊装作业过程中，施工人员需要结合高层钢结构的安装特点，需要在钢结构还未吊到高空中时，就对钢结构存在的问题进行处理。如果钢结构一旦吊至高空中，那么在对钢结构存在的问题进行处理就显得十分的困难，这样不仅会对钢结构吊装工程的工期造成影响，还会在吊装作业中产生一系列危险因素。所以施工方需要在钢结构吊装之前，就对钢结构部件进行验收审核并做好相应的预处理工作，确保钢结构符合工程的施工标准再进行吊装作业。
2.4钢结构施工中的焊接阶段
在钢结构施工中的焊接阶段，施工人员需要钢结构焊接头质量进行严格控制，需要保证焊接过程中的坡口质量、钢结构底部间隙、钢结构对口错边量等相关的因素。如果在钢结构焊接过程中出现雨水天气，从而导致在钢结构施工中，施工方无法进行高质量的焊接，那么施工方需要在雨水天气中停止焊接施工。同时施工方在焊接过程中还需要减少焊接中出现的焊接应力，防止焊接时出现焊接裂缝，施工人员在焊接时根据相关的标准规定对焊接部位进行事先预热，焊接中需要对焊缝进行随时加热并保证一次焊完一条焊缝。
结语
改革开放以来，我国的经济建设工作取得了突飞猛进的发展，特别是在我国高层建筑物中的钢结构设计应用也得到了迅速的普及。通过在建筑行业应用钢结构设计，可以将钢材料作为受力构件来提升建筑物的稳定性和荷载力，这样就可以赋予建筑物较强的承载能力。同时在钢结构施工中，由于钢结构的自身重量较轻、强度较高且施工速度较快，因此钢结构与钢筋混凝土结构相比具有一系列明显的优势。
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