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关于高层建筑结构设计关键性问题的探讨张晶

发表时间：2020/11/4 来源：《基层建设》2020年第21期作者：张晶1 王栋梁2 肖飞3 徐开4

[导读] 摘要：随着经济社会的飞速发展，我国的建筑行业迎来了快速发展阶段，高层建筑在现代建筑中越来越多。

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        摘要：随着经济社会的飞速发展，我国的建筑行业迎来了快速发展阶段，高层建筑在现代建筑中越来越多。与此同时，现在的高层建筑正朝着建筑功能、用途的多样性，造型的新颖性、体型的复杂性和空间的多变性方向发展，这样也给结构设计带来了不小的挑战，虽然我国的高层建筑在结构设计方面已经积累了很多工程经验，但是在高层建筑结构设计方面仍然存在一些问题值得研究和探讨。基于此，本文对高层建筑结构设计关键性问题进行深入研究，以供参考。
        关键词：高层建筑；结构设计；关键性问题
        引言
        由于现代科学手段的迅猛发展，我国建筑行业的施工技术得到了有效提高，不仅建筑的类型及功能呈现多样化，而且建筑的设计复杂多样。建筑结构对于整体建筑的安全性和美观等有着紧密的联系，所以做好建筑结构设计是至关重要的，对人类的生产和生活都起着极大的作用。
        1高层建筑结构设计特点及原则
        1.1高层建筑结构设计特点
        1.1.1水平荷载
        荷载高层建筑除了承受竖向荷载之外，还会承受地震及风产生的水平荷载。一般的多层建筑物在结构设计过程中主要考虑竖向荷载对建筑稳定性产生的影响，水平荷载对建筑结构产生的影响较小。而与一般建筑不同，在高层建筑结构设计过程中，水平荷载会对建筑结构的设计产生决定性的影响。虽然竖向荷载也对建筑结构的设计产生一定影响，但是高层建筑设计过程中主要考虑的是水平荷载，而不是竖向荷载。
        1.1.2轴向变形
        在一般建筑结构设计中，轴向力对结构设计产生的影响相对较小，结构设计可只考虑弯矩项而忽略轴力项。但是在高层建筑结构设计过程中，须充分考虑楼层高度对竖向轴力值产生的影响。尤其是随着建筑高度的不断增加，竖向构件产生的轴力变形会越来越大。如果竖向构件的轴向变形达到一定程度，会导致建筑结构的内力数值及分布出现变化。
        1.1.3建筑侧向位移
        在高层建筑结构设计时，随着楼层及高度的不断增加，水平荷载作用力会不断增强，导致建筑的侧向位移会不断增加。因此，须充分考虑到结构强度，这样才能应对风荷载及地震作用产生的内力作用，为了保证在风荷载及地震作用下的侧移距离在一定范围内，必须保证建筑结构具有较强的抗侧高度性能，才能保证高层建筑的安全性及牢固性。
        1.2高层建筑结构设计原则
        1.2.保证结构方案的合理化
        在高层建筑结构方案设计过程中，要尽可能保证结构设计方案与结构体系、结构形式要求的一致性，同时要确保结构设计方案能满足建筑施工的经济性要求。在对结构体系的具体要求进行充分考虑时，要尽可能确保传力简单化、受力明确化，这样才能保证结构体系设计的科学性。
        1.2.2保证计算简图合理化
        高层建筑结构设计工作的复杂性较强。在设计过程中所参考的重要基础是计算简图。计算简图的合理性会直接影响高层建筑结构设计的安全性。因此，在高层建筑结构设计过程中，必须对计算简图进行合理化处理，确保计算简图的科学有效。高层建筑结构构件以节点的简化处理方式较多，必须将计算结果的误差控制在允许范围内，防止对建筑结构产生负面影响而降低建筑结构本身的安全性。
        1.2.3保证结果分析的精准化
        在当前的高层建筑结构设计过程中，对计算机技术的应用较多，而计算机技术的充分发挥能对高层建筑结构设计过程中的相关数据进行更加科学的分析及处理，可在极大程度上降低人工计算的失误情况，进一步确保建筑结构设计方案的准确性及合理性。

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        2高层建筑结构设计的关键性问题探讨
        2.1设计中结构扭转问题
        高层建筑物的高度决定了其在设计过程中，结构内部、外部会受到多种因素的影响，尤其是质量中心、刚度中心和几何中心很难保持在一个统一的位置，造成了高层建筑结构扭转的安全风险。另外，风荷载的影响，也是造成高层建筑结构扭转的常见问题，在设计过程中，要综合考虑各种因素，改善当前设计中的不准确、不合理现象，真正提升高层建筑结构设计的安全性。
        2.2设计中计算简图使用问题
        在高层建筑进行结构设计的过程中，存在着计算简图不准确的现象。高层建筑的建筑高度很高，相比多层建筑需要进行更严格的设计与计算，结构本身需要承受更多的荷载，但是在部分高层建筑物的结构设计过程中，对建筑物承受的外力计算不准确，不能合理地将各种外力影响因素进行分析、计算，计算简图与实际建筑物的结构体系有偏差，造成整体建筑物的结构计算结果有误，影响高层建筑物的施工和使用安全。
        2.3设计中嵌固端位置选取问题
        在高层建筑物的设计过程中，嵌固端位置的选取问题，影响了设计的合理性和安全性。嵌固端位置的选取对整个高层建筑物的结构设计非常重要，在某些设计中，简单地默认地下室顶板为建筑的嵌固端，这样的设计很不合理，是当前结构设计中的主要问题。另外，并没有对地下室顶板的刚度进行精确的计算，如存在楼板开大洞的情况，造成地下室顶板刚度损失过大，使顶板作为嵌固端的条件不足，很可能造成结构安全隐患。
        3高层建筑结构设计问题的有效对策
        3.1抗扭刚度结构性增强
        在高层建筑结构设计过程中，为最大地减少扭转发生的不利影响作用，结构的侧向刚度应均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度应自上而下逐渐增强，且应避免抗侧力构件的侧向刚度和承载力突变。一般情况下，增加刚度有2种途径，第一种，对抗侧力的刚度的提升，第二种，对剪力墙进行刚度的提升。
        3.2对计算简图合理使用
        在高层建筑结构设计过程中，要善于合理地应用计算简图。计算简图指用一个简化的图形代替实际结构，反映实际结构的主要性能。高层建筑结构体系比较复杂，很难凭空想象结构的受力、传力模式，而如果能熟练地使用计算简图，就能在设计之初，对整体结构有相对明确的把控，对下一步精细设计进行完善的准备，虽然是计算简图，但是各种设计的要素和重点应全部涵盖，要保证从实际出发，真正地适用于该结构，以便于后期更好地进行对比和计算。另外，在计算过程中，要对各种影响计算结果的因素进行分析，对这些影响因素可能产生的影响进行预测和计算，尽可能地准确，保证将影响因素的作用降到最低，发挥出计算简图的作用。
        3.3对嵌固端进行合理设计
        嵌固端就是预期塑性铰出现的部位，嵌固部位应能限制结构上部构件在水平方向的平动位移和转角位移，并将上部结构的剪力全部传递给下部结构。因此在选择嵌固端时通过对结构刚度和承载力的调整，使塑性铰出现在设计预选的位置。对于把地下室顶板作为结构嵌固端，首先，地下室的顶板标高与室外的实际地面高差，一般情况下不能高于地下1层高度的1/3。其次，地下室顶板采用现浇梁板结构，不能开设大面积孔洞，使楼板刚度满足设计的要求。要保证整个结构的承载力能够得到顺利的传递。
        结束语
        总而言之，城市发展过程中，高层建筑的数量越来越多，而在高层建筑建设过程中，建筑结构的安全性及稳定性要求也更高。高层建筑自身结构的复杂性比较强，在对高层建筑进行结构设计的过程中，要充分考虑在高层建筑结构设计过程中的相关问题，保证高层建筑结构设计质量。这样才能保证高层建筑的施工质量，确保高层建筑的安全性及牢固性。
        参考文献：
        [1]魏亚超.浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题[J].建材与装饰，2018（22）：115.
        [2]单灵凤.浅谈超高层结构设计的注意事项[J].城市建设理沦研究（电子版），2018（04）：53.
        [3]艾凯，杨洁.高层建筑结构设计存在的问题及对策[J].中国住宅设施，2020（1）：8–9.