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高层建筑结构设计要点分析张林辉

发表时间：2020/11/24 来源：《基层建设》2020年第22期作者：张林辉

[导读] 摘要：高层建筑作为时代高速发展的产物，其需求量不断增大。

        中国建材国际工程集团上海 200333
        摘要：高层建筑作为时代高速发展的产物，其需求量不断增大。为了满足人们对建筑的外观及功能性的需求，高层建筑结构的复杂程度和施工难度也在逐渐增大，如何在满足建设需求的同时，设计出科学性、合理性以及可行性较高的建筑，成为当前设计师重点关注的问题。下面就针对高层建筑结构设计的作用及原则进行简单的分析，并对其中存在的问题及对策进行探讨。
        关键词：高层建筑；设计；结构设计
        引言
        要想进一步提升房屋建筑的设计水准以及质量，就需要增强对房屋建筑结构的优化以及设计。通过持续满足人们对房屋建筑的外观、稳定性以及功能性的要求，进一步改进结构设计，实现降低能源消耗，降低房屋建筑的建造成本，提升建筑工程企业的经济收益，并最后提升建筑企业在市场当中的竞争能力。除此之外，房屋建筑的安全性将会对居住人员的生命财产安全造成直接的影响，为了避免房屋建筑结构设计漏洞的形成，提升房屋建筑的安全性能，需要对房屋建筑结构设计进行有效地提升，进一步提升房屋建筑结构设计方案的安全性、可行性。
        1高层建筑结构设计中存在的问题
        1.1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问题。高层建筑的建筑高度很高，相比多层建筑需要进行更严格复杂的设计与计算，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。
        1.2超高问题
        高层建筑从本质上说，是为了节约建筑用地，将建筑空间得到最大限度的开发。我国现行建筑规范规定，超过10层且高度大于27m的建筑为高层建筑，高度大于100m则为超高层建筑，高层和超高层建筑结构设计之间具有较大的差别，如果高层建筑计算参数和指标超过规范限值，就必须要按照超高层建筑标准进行结构设计。在高层建筑设计中，超高是一种较为常见的现象，主要是由于业主方过度重视经济利润，对相关制度的了解不够，导致超高问题发生，甚至有些单位在明知建筑超高，还按照高层建筑结构规范对其进行设计，以降低建筑成本，获取更高利润。这种情况下，超高层建筑结构的整体性、稳定性以承重情况均会发生变化，超高后不仅影响建筑整体质量，同时还导致建筑的抗震性能以及抵御外界环境影响的能力下降，给人们的生命财产安全带来极大的安全隐患。
        1.3地质条件因素
        地质条件因素是对房屋建筑基础设计有着较大影响的环境因素之一，且地质条件因素包含的内容较多，会对房屋建筑基础设计带来方方面面的影响。首先是地基持力层的情况，地基持力层作为直接承受房屋建筑荷载的土层，对房屋建筑的稳定性有着直接影响，也是相关设计人员在房屋建筑基础设计工作中必须重视和研究的因素之一，地基持力层的深度不仅需要考量工程建设地点的土质特点，还需要结合房屋建筑的实际情况，对地基持力层进行分析和确定；其次是桩基穿越土层的情况，在这一设计环节，相关设计人员不仅需要对工程建设地点的地下水分布情况进行全面、细致的了解，还需要综合考量不同类型桩基的凿穿能力和承载性状特点等因素。
        2高层建筑结构设计要点的对策分析
        2.1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。计算简图是指用一个简化的图形代替实际结构形式，以此来反映实际结构的主要性能。

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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，利于下一步精细设计，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。
        2.2地下室外墙的墙厚和配筋设计
        地下室外墙是复杂高层与超高层建筑重要的承重结构，且受力情况较为复杂，分别受到建筑自身的载荷作用、周围岩土的压力作用以及地面上不断变动的载荷作用等。因此，地下室外墙的设计一定要保证强度符合要求，同时要考虑经济性的原则，这就需要合理的控制地下室外墙的厚度与配筋，此外，地下室外墙还要考虑对地下水的抗渗性要求。在对地下室外墙进行设计时，要综合分析其各个方向的受力情况与影响因素。比如建筑自身载荷主要受到自重以及风载荷的影响、周围岩土压力主要受到回填土厚度以及地下水压力的影响等，并考虑经济性的要求。
        2.3独立基础设计
        独立基础设计具有抗震性能较好、土壤环境适应能力较好以及成本较低等特点，使得独立基础设计在房屋建筑基础设计中得到了较为广泛的认可和应用。独立基础设计理念大致可以分为柔性和刚性两大类，需要相关设计人员根据工程建设地点的地基土质特点进行选择，比如，刚性独立基础设计理念适用于地基土质压缩性强且压实密度大的情况，而柔性独立基础设计理念则可以有效抵抗地基的不均匀沉降问题。独立基础设计的类型主要包括阶形、锥形以及杯形等几种，其使用方式可以分为柱下独立基础和墙下独立基础，其中柱下独立基础最为常见，主要是将独立基础布置在承重柱下方并与承重柱整体浇筑。而墙下独立基础主要用于房屋建筑地基承载力较大的情况，可以有效减少基础施工材料的损耗以及开挖土方量。
        2.4优化高层建筑设计方案，避免超高问题出现
        在对高层建筑进行结构设计之前，需要对施工现场及周边环境进行勘察，明确地下水分布、地质结构情况、风雪荷载等，为建筑结构设计提供可靠的数据支持，确保建筑结构符合工程要求及现场实际情况。设计时需要严格按照我国现行设计标准及规范对高层建筑结构进行设计，合理选择设计方案，并验证其科学性、合理性，在掌握各方数据的情况下对设计方案进行优化，避免出现与实际情况不相符的现象，尤其避免超高。因此，在具体的结构设计过程中，设计人员需要在建筑高度允许的情况下，精确相关设计参数，为高层建筑施工提供依据，保证施工质量。
        2.5减隔震设计应用
        在抗震结构设计过程中，传统方法是通过增强结构本身的抗震性能（强度、刚度、延性）来实现，这也是目前结构抗震设计的主要模式，但是随着科技的进步，对于一些对抗震安全性和使用功能有较高要求的建筑，还可采用隔震和消能减震设计。在建筑物的基础部位进行隔震支座的设计，可有效地延长结构的自振周期，减少结构的水平地震作用。大量的试验和国内外的工程经验表明：采用了隔震技术的结构，水平地震加速度降低了60%，极大地提高了结构的地震安全性。但值得注意的是，在使用隔震技术时，也要考虑适用范围，并不是所有建筑都可使用，有时可能会适得其反。
        结语
        高层建筑结构设计直接关系到建筑工程质量和结构稳定性、安全性，因此，在设计过程中，设计人员需要遵循严谨、认真的态度，对高层建筑结构设计中可能存在的问题进行分析，并针对这些问题制定行之有效的预防措施和解决方案。在进行结构设计前，设计人员还需要深入到建设场地，对其周边环境和地质情况等进行细致的勘察，为结构设计工作提供可靠的数据支持，也为后续工程的施工给予正确的指导和规范。
        参考文献：
        [1]赵鑫.高层建筑混凝土结构优化设计分析研究[J].工程建设与设计，2020（5）：18–19，43.
        [2]李盛勇，吕坚锋，徐麟，廖耘.高层建筑结构合理构成与高效率结构设计[J].建筑结构，2020，50（4）：1–7，24.