刘一凌
北京京投兴檀房地产有限公司 101500
摘要：
随着现代城市化进程的不断推进，城市建设土地资源日益紧缺，逐渐成为了困扰城市发展的一大问题。因此，越来越多的建筑倾向于高层设计，通过提升高度来解决供需矛盾，但高层建筑设计也需要承担更多风险，继而给高层建筑结构设计带来一定挑战。本文从现阶段高层建筑结构设计的特点出发，阐述高层建筑结构设计中存在的一些问题及优化设计措施，最后并提出了做好高层建筑结构设计的相关建议，以期提升高层建筑结构设计质量。
关键字：高层建筑；结构设计；问题；策略
在建筑工程中，高层建筑工程的结构在垂直方向的载荷远超于多层建筑。而垂直载荷指的是高层建筑受到自重的影响在垂直方向产生的载荷量。同时，由于高层建筑工程的结构主体较为庞大，风力的接受面积较大，高层建筑还会受到水平载荷力的影响。此外，高层建筑工程极易产生侧移的问题，侧移程度主要与建筑高度相关。相关的设计师必须在设计阶段做好高层建筑的结构设计，最大化地提升高层建筑物的稳定性和居住性能。
1.现阶段高层建筑结构设计的特点
1.1建筑设计中水平荷载
在高层建筑结构设计中，可以从以下两个方面来分析水平荷载问题，一方面，楼房自身重量和建筑楼面所承受荷载作用于竖向构件中，其所引起的轴力和弯矩数值与建筑物高度的一次方成正比关系。另一方面，对于某一特定高层建筑物来说，其竖向载荷能力已经是定值，而在水平载荷的数值会随着建筑结构的动力特性的变化而变化。
1.2建筑设计中轴向变形
在高层建筑的结构设计中，建筑物竖向载荷的数值一般都比较大，如果设计时考虑不周，会在柱体中引起一定轴向变形，对连续梁弯矩有一定的影响，这种情况会减少连续梁中间支座处的负弯矩值，而端支座的副弯矩值和跨中正弯矩则会出现增大的情况；在建筑设计中，需要根据轴向变形来计算相应的数值，对预制构件的下料长度进行细致的调整；有关轴向变形的问题，还会影响到构件的剪力和侧移的幅度，从而引起建筑设计的安全问题。
1.3建筑设计中结构延性
对高层建筑物来说，它直对于一些较低的建筑物有更为柔和的建筑结构，在一些突发震动情况下会产生较大的变形。为使建筑结构在塑性变形后仍然具有良好的变形能力，避免出现建筑倒塌，我们在建筑设计时要采到一定的措施，以保证高层建筑的结构具有适合的延性。
1.4建筑设计中侧移幅度
在高层建筑设计中，建筑结构产生侧移的问题是高层建筑结构设计的关键要素，随着高层建筑高度的增加，其水平荷载能力也在随之变化，建筑物结构侧移的幅度迅速增大，为确保高层建筑的质量安全，必须把建筑结构水平荷载下的侧移幅度设计控制在一定限度之内。
2.高层建筑结构设计中存在的问题
2.1超高问题
高层建筑，顾名思义就是楼层高度相对普通楼盘要高出很多，总体高度在24~100m之间。高层建筑在功能和美观上都更受人们的欢迎，但是在抵抗自然灾害上，高层建筑的问超高题则被进一步放大。在面对台风，火灾，地震等灾害的时候，高层建筑更容易发生坍塌问题，因此，安全问题是高层建筑最为人所关注的一点。在对高层建筑进行设计时，设计时除了要考虑到建筑的美观，实用性以外，考虑最多的还是建筑的安全问题。而由于高层建筑工程让庞大建筑整体结构复杂，安全问题即便在设计初期便开始考虑，到实际施工中，仍有很多的变数需要设计师和工程师去面对。并且很多高层建筑在开工之后会根据设计方的要求再进行改动，这是如果在对建筑进行重新规划的话，那么很容易遗漏某些安全领域的问题，从而造成安全隐患。
2.2嵌固端设置
嵌固端在我国城市高层建筑结构设计中占据重要地位，有效地设置嵌固端十分关键。然而，在设计中，发现经常出现有些嵌固端的位置、嵌固端上下层的刚度设计比及处理抗震缝隙方面的问题，大部分设计师会选择把高层建筑工程的嵌固端设在人防顶板部位/地下室，或者在对嵌固端上、下层刚度比重确定时产生一定的计算误差。影响了嵌固端自身功能的发挥，也极易给建筑结构埋下不必要的安全隐患。此外，在设计嵌固端时，有的设计师对抗震缝隙无法进行妥善地处理，使得各个嵌固端之间的协调性较差，给高层建筑结构的稳定性、可靠性均造成不良影响。
2.3短肢剪力墙设计
剪力墙又称抗风墙或抗震墙，在建筑的结构中起着承载着水平力和竖向重力的作用。在建筑的布局中应确保其具有足够的强度、刚度以及抗倒塌能力，从而防止建筑结构被破坏。在对剪力墙进行设计时，应确保建筑结构具有足够的刚度，以避免由于设计不合理而引起的侧向位移，从而避免在地震发生时不能很好地吸收地震波所带来的冲击力。同时，剪力墙在设计时还应充分利用双向布置法，以全面吸收来自各个方向的地震力，实现保护高层建筑主体结构的目的。
2.4扭转问题
在高层建筑结构设计中，扭转问题也是其中不可或缺的问题，该问题目前已上升到全球范围高层建筑结构设计的核心问题，事关整个建筑物的整个抗风、抗震性能。受到自然地理环境及条件的影响，在对高层建筑结构设计中，部分设计人员难以有效地确保建筑物完全对称，进而易产生扭转问题。设计人员在展开设计工作中，需竭力满足建筑物的对称性，提高建筑物的施工质量与建筑高度，最大化地规避扭转问题的发生。
3.高层建筑结构设计问题的优化策略
3.1超高问题的解决办法
高层建筑的设计目的最终是为了满足人们的需求，因此要解决建筑的超高问题，就必须从两个方面入手，一是人们的实际需求，二是建筑的使用性能。建筑的设计应当以这两点为
出发点，紧紧围绕人们的实际需求来设计建筑的使用性能，切不可单一为了追求高度而一昧得增加建筑楼层，带来不必要的安全隐患和安全问题，只有满足了这些需求，才能够称得上是科学设计。高层建筑在设计时要充分考虑到建筑的延性设计，地震，台风等自然灾害发生时，因为不可抗力会导致建筑出现结构上的坍塌和变形，此时建筑的延性作用就体现出来。具有较好延性的建筑，能够在自然灾害发生时最大限度的保留建筑原貌，为人们提供更多的生存几率，增加建筑的安全性。
3.2设置嵌固端方面
通常高层建筑都会设置两层或两层以上的人防和地下室，人防顶板和地下室顶板都有可能是嵌固端的设置点。但在这个问题上，我们经常会忽略一些固定端设置引起的问题，例如，对地板块固定端的设计问题，固定端的层刚度比的限制，固定端抗震等级层除了是一致的，，也在建筑结构计算如何设置固定端和固定端和抗震缝如何协调等多方面的问题，如果我们忽略了任何问题都会带来安全隐患工作到很晚。
3.3短肢剪力墙的设计要点
与普通剪力墙结构相比，短肢剪力墙抗侧刚度较小，为弥补这一不足，可在短肢剪力墙设计时采取以下措施：设计人员可在高层建筑结构设计中设计适当数量的长墙，或利用楼梯、电梯设计增强建筑内筒的刚度，减少短肢剪力墙发生变形的可能性；在短肢剪力墙设计时增加抗震构造设计，通过提高配筋率、减少轴压比等方法避免短肢剪力墙受外力作用出现墙肢开裂问题；在短肢剪力墙设计时要避免出现“一”字形墙肢，合理增加外周边墙肢的厚度，提高其延性抗震性能，使短肢剪力墙在水平方向和竖向方面都有连接，增强短肢剪力墙的抗弯曲变形能力；短肢剪力墙设计要保证墙肢分布均匀，确保短肢剪力墙的刚度中心接近于建筑物的形心，若短肢剪力墙设计难以达到这一要求，则可采用长肢剪力墙设计调整其刚度中心位置。
3.4扭转问题的处理
高层建筑结构设计中的扭转问题已成为世界地震工程领域的一项重要课题。通常状况下，在基础设计中，要求遵循“规则、简单、对称”的工作原则，尽量促进结构刚度中心和质量中心重合。在对施工方案进行设计的过程中，结构专业要协同建筑专业，引用抗震概念设计理念，特别遇到不规则的扭转现象时，要考虑扭转产生的影响，且在规定的水平地震力影响下，最大化地维持高层建筑主体结构的对称性。
结语：
总之，建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程是，其设计的好坏直接影响着高层建筑的整体质量，而且任何遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。因此，要加强重视高层建筑设计阶段的结构设计工作，同时，设计人员也要加强对规范的分析认识、理解和把握，做到细致周全，为建设安全高质量的高层建筑贡献自己的一份力量。
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