张蓉
哈尔滨工业大学建筑设计研究院 黑龙江哈尔滨 150090
摘要：近年来人们生活水平的提高，对建筑施工质量的要求也在提高。如今，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。本文就关于高层建筑结构设计关键性问题展开探讨。
关键词：高层建筑；结构设计；关键性问题
引言
高层建筑物的出现，极大地改善了城市人群的居住环境，也有效地丰富了城市建筑物的类型。在高层建筑结构设计的过程中，不仅要满足建筑物本身的各种特性，还要结合具体的使用目的、环境安全进行专业有效的设计，并对结构内部的各个要点进行可靠设计，以最大化地满足高层建筑的优势发挥。
1高层建筑结构设计的作用
首先，满足高层建筑架构需要，随着建筑层数的不断增高，建筑结构设计就需要考虑达到一定高度后建筑的应用需求问题，考虑如何进行上层建筑结构的架构。结构设计工作前期是对建筑的需求，如材料、结构以及应用效果等方面对结构进行设计和研究，但在确保满足建筑整体结构的合理性和完整性的基础上，设计出符合高层建筑特点及功能性需求的结构。其次，满足高层建筑的安全性和稳定性需求。对于任何建筑来说，其稳定性和安全性是判定建筑是否合格的重要指标，随着建筑层高的不断提升，对安全性和稳定性的要求也随之提高。若建筑结构设计方案具备科学性、合理性，则建筑的安全性和稳定性就有了保障。最后，满足建筑的应用性能。建筑结构设计应从用户角度出发，丰富建筑的实用性和功能性，使得用户能高效运用室内空间。合理科学的结构设计能够影响其结构空间的应用性能，因此，在设计时应着重注意。
2高层建筑结构的特征
高层建筑有着不同于多层或单层建筑的结构特点和功能特点，这对高层建筑的结构设计有着直接影响。高层建筑结构复杂、层数多，建造材料种类繁多，且使用时多为人员集中场所，加上内部系统复杂，使得高层建筑的结构安全成为重点。我国高层建筑目前多为钢筋混凝土结构，就结构体系而言一般分为四种，框架结构体系高层建筑，采用柱、梁和基础结构构成基本框架，在此基础上完成建设，该结构空间设计灵活，但抗侧能力较差；剪力墙结构体系高层建筑，该结构由于采用混凝土剪力墙，增加了建筑抗剪强度和刚度，但建造相对复杂；框架剪力墙高层建筑，该结构是当前高层建筑最常用的结构形式，其包含了上述两种结构体系的优点，避免了单一结构的缺点。就是用功能而言，对于不同的高层建筑，使用功能也会有很大不同，有住宅高层、商用高层以及商住一体高层，建筑设计标准各不相同，如何选择高层建筑结构体系，优化结构设计，保障建设施工，成为高层建筑建设的重中之重。
3高层建筑结构设计的关键性问题探讨
3.1高层建筑的超高引起的建筑高宽比问题探讨
随着我国建筑物高度的不断增加，高度超限问题是目前高层建筑结构设计中普遍存在的问题，通常高层建筑由于建筑场地及建筑功能的限制，建筑平面尺寸一般不大，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.3.2条对建筑的高宽比限值进行了规定，这就使得建筑的高度和宽度的比成为高层结构设计中必须考虑的重要指标和控制性因素。主要控制指标建筑位移与建筑宽度的三次方成反比，与建筑高度的四次方成正比，底部倾覆力矩是建筑高度的二次方，所以增加建筑宽度，减少建筑高度，控制高宽比对高层建筑结构设计的经济性的提高是非常有利的。
当建筑高宽比无法改变的情况下，当高宽比不大于2时，此时结构为剪切变形，此时建议增加剪力墙抗侧构件的作用；当高宽比为2~5时，此时结构为弯剪变形，此时建议平衡框架和剪力墙之间的比例，适当加大外围框架的作用；当高宽比大于5时，结构为弯曲变形，此时需要增加外围框架的刚度，通过外围框架剪切变形来协调剪力墙弯曲变形顶部位移大所带来的影响。
3.2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。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高层建筑的筒体高宽比及筒体面积比的问题探讨
高层建筑结构体系通常为框架-核心筒结构体系或支撑框筒结构体系，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第9.2.1条，提出禾行通的宽度不宜小于筒体高度的1/12，对于常规的框架-核心筒结构，大部分剪力和地震倾覆力矩由核心筒成大，所以核心筒宽度的选择是非常重要的。另外根据大量高层建筑结构设计分析表明，当筒体面积不大于楼板面积的20%时，表明筒体抗侧刚度偏弱，需要加强外围框架的作用；当此比值为20%~27%之间时，表明筒体的抗侧刚度是比较合理的；当此比值大于27%时，表明筒体过刚，此时筒体所承担的倾覆力矩和地震剪力比例过大，需要加强核心筒的性能化分析，加强除核心筒之外的抗侧构件的抗侧作用，从而做到二道防线的结构概念设计。
3.4高层建筑施工过程中带来的垂向载荷问题
高层建筑在建设施工过程中，会使用到大量大吨位的机械设备，这些设备有时需要在高层建筑不同的楼层使用，会使得高层建筑在施工过程中垂直方向上的荷载变大，如果在设计阶段对这一问题重视程度不够，没有进行科学地测算计算，也没有采用合理的措施来增强施工阶段高层建筑受力单元的承载力，可能会使得高层建筑承重构件受到损伤，成为建筑安全使用的隐患。高层建筑设计方案确定阶段，要对具体的地基承载力、各个楼层的承载力等进行详细计算，计算原始数据的收集不能忽略实际施工过程带来的影响，例如大吨位机械设备的使用以及物料砂石堆放在不同楼层、不同施工进度阶段的对结构承载构件的影响。因此要想避免施工过程垂向载荷超标问题的发生，除了设计阶段进行承重柱、承重墙等构件质量约束外，还要对施工工序和工艺进行科学确定，在百分百落实要求的同时，还能降低垂向载荷，保障高层建筑设计与施工一致性。
结语
高层建筑结构设计涉及的方面很多，存在的问题也很多，随着社会的进步和建筑技术的不断发展，高层建筑也越来越多，希望本文能对高层建筑结构设计提供一定帮助。
参考文献
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[2]肖自强，张建明.论高层建筑结构设计[J].工程建设与设计，2018(8).
[3]卓瑜，林新阳.浅谈超高层建筑结构设计的若干问题[J].广东土木与建筑，2018(3).