王书伟
上海外服（集团）有限公司派遣至尤艾普（上海）艺术设计咨询公司
摘要：高耸结构受到力的影响较大，尤其受到风载荷影响较大，在结构设计的过程中应针对影响结构稳定性的因素进行合理的调整。本文就高耸结构设计若干问题进行合理的分析。以某高耸建筑为案例进行分析，对结构体系的设计和计算进行计算，并对其抗风设计践行探讨。旨在提高整体建筑设计水平，并为相关的建筑工作人员提供有益参考。
关键词：高耸结构；结构体系；抗风设计
引言：近年来随着建筑行业的发展以及城市化的不断加强，具有一定观赏作用的高耸建筑也越来越多，高耸建筑的高度越高、外形越细长，其稳定性受到的影响越大。因此，在对此类型建筑进行设计时，应充分的对相关的影响因素进行控制和设计，使其安全性更高，同时能够兼顾实用性和经济性等综合形式，提高高耸建筑的实际质量。
1高耸结构
高耸结构在设计和建造的过程中，其高度较高，同时横截面面积相对较小，在高度到达一定程度后受风荷载影响较大。因此，在设计的过程中需对水平荷载进行细致考量，提高对风荷载的抵抗效果，进而确保整体建筑的稳定性。高耸结构在古代的作用一般用作纪念，在现代化的建筑中，其意义更加丰富，目前更多的是作为电视等信号塔或者观光类的塔类建筑。在材料的应用上，一般选择具有较强硬度的钢筋混凝体等进行搭建，提高整体建筑的抵抗性和稳定性。目前高耸建筑的常用结构形式为塔式结构和桅式结构，在设计的过程中，可以根据实际的应用需求进行混合设计，提高整体的安全性[1]。
高耸结构在建筑的设计中受到一定的荷载，其中包括塔身自重和内部设备等的重量，以及对风和地震作用产生的载荷，其中受到风荷载影响最大，在进行设计时，应对风压值、体型系数和风振系数等进行调查和计算，进而获得更加准确的数值，使设计更加符合实际需求[2]。在对高耸建筑进行设计的过程中，应符合相关的建筑设计标准要求。高耸建筑由于整体较高，因此必然会受到更多因素的影响，其难度也在不断的较大，在实际的建筑过程中，应对结构设计中产生的若干问题进行深度的思考和分析，并给出科学合理的回答，进而提升整体的效果。
2工程概况
以都江堰市仰天窝广场中的熊猫主题雕塑为例，整体建筑形状为大熊猫仰卧拍照姿势，整体长度为26500mm，宽度为13200mm，高度为13000mm。其中设定四个区域（见图2），1点为游客互动区域，2点为游客自拍互动区域，3点为游客观赏环绕区域，4点为游客互动穿行区域。整体雕塑主体选用钢结构支撑，型号为Q235B。在多构件汇交复杂点处使用重要焊接安装接头和工地拼装接头的方式连接。
.png)
图2 方案设计图
3结构设计
3.1结构体系
结构体系对于整体高耸建筑的性能设计有着重要的影响，现代化的建筑结构为提高土地的利用面积，同时加强建筑的独特性，其高度在不断提升，但建筑越高，其受到风环境的影响和地震因素的影响也在不断的加大。风能够引起建筑结构的振动，在风力变大后，会对建筑结构产生影响，使建筑的稳定性受到影响，因此，在建筑设计时，应对建筑中关键结构进行设计，使其能够限制加速度值，降低风力对结构的影响。通过风对建筑结构的影响因素来对其作用方式进行探究，并设计出具有针对性的抗风结构，能够有效的保证高耸建筑的稳定性。同样，在地震发生后，会由于地面震动而对建筑结构产生破坏，在设计过程中，通过设计抗震构架来降低地震带来的破坏性，维护整体建筑的安全性[3]。
案例中的建筑在设计时采用钢结构进行搭建，以熊猫身体处的主结构为中心进行桁架结构设计，柱脚外部结构内存在内部的筒状结构，外部的筒状结构主要起到外部的抵抗和观赏作用，在内部的筒状设计中，设计使用钢结构构件搭建安装，提高熊猫的稳定性。
在熊猫雕塑的结构体系构建过程中，应进行合理的计算，对不同的结构进行单独的计算，在计算和设计时，应使整体的设计符合相应的建筑标准，同时使结构的质量和抗震性能符合结构自振的作用，在计算结构满足结构标准要求后再进行下一步的设计构建。
3.2结构基础承载力
在对地基的设计过程中，应符合专业的要求，同时符合高耸结构设计的相关规范，确保整体建筑的设计符合要求和标准。在对承受轴向力设计时，应保证建筑物基础面受到的平均压力值小于设计中的地基承载力设计范围，同时符合国家标准。在偏心荷载的作用下，还需要保证基础面的边缘处最大的压力小于设计范围的1.2倍，设计符合标准对于整体建筑的设计有一定的帮助，使结构能够承受住相应的标准设计。
地基所处的土层结构和环境不同，在进行设计的过程中，需对建筑的极限状态进行分析，通过极限计算以及应力计算等方式来对地基的承载力进行合理的计算，加强对地基的了解，进而按照实际情况进行地基的设计，使建筑地基能够承受地上部分结构的整体荷载，确保建筑的安全性。
为提高地基的承载力，使建筑的基础结构的稳定性更高，首先，高耸建筑的高处部分的自身重力越大，其产生的非线性变形也在不断增大，因此，应尽量的降低此部分的重量。使用重量较轻但质量较强的钢材结构进行搭建，降低风振系数的影响。其次，横向风振对于高耸结构的影响较大，其对建筑结构能够产生较大的荷载，在不影响建筑的功能的条件下，应适当减少结构周围的设备，降低设备受到风振影响产生的破坏。最后，对于高耸结构来说，地基的稳定性非常重要，应加强对先进桩基础施工技术的了解，科学合理的搭建承重台等基础设备，不断提高地基的稳定性，进而使得整体建筑的安全性能够不断提升。应注意的是，在进行高耸建筑的结构设计的过程中，应严格遵守国家标准下的建筑设计规范，符合建筑设计规定。
4荷载作用
4.1风力荷载影响
高耸建筑受到风力荷载影响最大，因此需要对风压和风振系数进行计算和了解。风压值指的是一段时间内或者瞬时的最大风速，对于熊猫主题雕塑等重要的建筑，需要了解该处一百年内发生过的最大风速，根据风速来进行合理的计算，提高建筑结构的抵抗性。风振系数与建筑结构的自振周期等有关，通过对数据的计算与了解，能够加强对结构的设计调整，使其自身的消振作用提高，进而保证整体建筑的稳定性[4]。
在建筑表面存在风荷载体型系数，对建筑形成一定的压力，该作用力与风压的比值能够体现出风荷载在建筑外部的作用分布规律。因此，通过计算出体型系数，能够调整建筑结构设计，使整体的工程更加稳定。计算高耸建筑中悬臂圆形截面部分的体型系数：
.png)
在相关建筑荷载规范中，对雷诺数有一定的规定，现根据实际的状态进行计算和对比，选择合适的标准数值。风压受到雷诺数的影响，在雷诺数发生变化时，风荷载体型系数发生变化，其数值发生改变。在计算时，可以根据设计规范对整体的地面进行合理的计算，由于地面的光滑度和粗糙程度不同，在设计的过程中，根据体型系数来选择不同的圆形截面，确保建筑的稳定性。
都江堰市仰天窝广场熊猫主题雕塑中，其主体的构架为钢桁架结构，该结构具有较好的抗震、抗风效果。在控制熊猫雕塑结构的稳定性时，选择了杆件和阶段拼接的方式，这使得建筑在受到自身重量和风力荷载的影响下，其内部的承载力不断加大。因此，在连接的过程中，对于钢管顶端部位使用全自动切管机进行切割，同时使用角焊缝焊接的方式进行连接，增加了杆件连接处的厚度，使整体结构的稳定性有所增强。
4.2自振周期
在对高耸建筑进行设计时，结构的自振周期系数与建筑的消振效果以及建筑的稳定性有着较大的关系，自振系数与建筑的结构形状等数据有关，其设计时的计算结果与真实的建筑有一定的差距，但对建筑设计有一定的作用。根据相应设计规范中对建筑物的自振周期的规定等进行计算，能够对建筑的结构起到检验的作用，有利于了解建筑结构的具体特性。在对高耸建筑进行设计时，建筑结构的自振周期计算公式为：
.png)
应注意的是，上述的计算方式适用于结构的外壁厚度在3厘米以内的条件下，其自振周期中设计到的数值能够按照《建筑结构荷载规范》等相关的国家建筑标准要求进行合理的计算。
结论：综上所述，高耸建筑结构设计的过程中，难免会面临一些问题和困难，在设计的过程中，应加强对结构的风荷载的重视，在相关标准和规定下对风荷载系数以及自振周期等进行合理的计算，使整体的结构能够在满足安全要求的同时，符合美观度和舒适度的设计，不断促进我国建筑技术的提升。
参考文献：
[1]徐卫.某高耸结构质量缺陷工程的加固设计和分析[J].广东土木与建筑,2018,025(006):72-75.
[2]段辉顺,刘生奎,张玲玲,等.门字型输电塔风振响应分析及风振系数的确定[J].应用力学学报,2019,036(003):618-624.
[3]刘坤,孙宇泽,贺然,等.扬中塔结构设计要点介绍[J].建筑工程技术与设计,2018,000(021):768.
[4]同济大学.高耸结构设计标准[GB].上海.同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司.2019.