曾辉
邵阳市规划建筑设计（集团）有限公司 湖南邵阳 422000
摘要：近年来我国建筑事业飞速发展，高层建筑数量逐年增多，并且人们生活水平不断提升，对建筑质量要求越来越高。为了切实保障建筑稳定性与美观性，需要加强高层建筑结构设计，之后根据设计方案有序施工。
关键词：高层建筑；复杂高层建筑；超高层建筑；结构设计
当前高层建筑数量越来越多，且人们对建筑质量和美观更加关注，所以设计人员需要进行多方面考量，积极利用先进技术。然而部分设计单位为了节约成本，或者过求保证建筑造型美观，在高层建筑特别是复杂高层和超高层建筑设计过程中容易忽视细节问题，由此埋下安全隐患，以下就高层建筑特别是复杂高层和超高层建筑的设计方法进行分析。
一、影响高层建筑结构设计的重要因素
（一）抗震要求以及防风要求
高层建筑结构设计荷载（或作用）需要考虑诸多内容，比如建筑的自重以及使用荷载等，特别是要考虑建筑结构的抗震要求，包括抗震概念设计、地震作用及抗震验算和抗震措施（含抗震构造措施），尤其是复杂高层和超高层建筑；超高层建筑要同时重点考虑防风要求，避免结构设计无法达到安全性要求。
（二）地质情况对建筑结构方案的影响
地基对建筑物的安全性和稳定性有着直接影响，相应基础设计以及上部结构设计要求存在差异，考虑高层建筑结构方案过程的同时必须全面分析地基的实际要求，并且依据地质勘测结果、地质特性、地基承载力和建筑规模进行基础方案设计，以上因素都将影响建筑使用寿命和安全性[1]。
（三）建筑自身复杂结构的影响
高层建筑结构模型要求受力简单，但复杂高层建筑受力复杂、超高层建筑结构分析要求高，且现代建筑规模越来越大、更加重视建筑造型的美观性，结构设计同时要考虑低碳环保、成本因素，还要兼顾艺术性特征，所以结构设计应对建筑方案设计提出要求，着力于建筑自身结构在可控分析范畴。
（四）材料和施工的影响
高层建筑特别是复杂高层以及超高层建筑结构，往往需要对全新建筑材料和技术利用，这是降低施工难度、提升建筑稳定性的关键，所以结构设计中必须全面了解不同的建筑材料性能和可行的施工工艺；高层建筑结构设计中还要考虑消防问题，提升建筑的防火能力，和整体结构相匹配、科学地评估与设计，要切实做好材料的选择，保证材料具有耐热、耐火性能。
二、高层建筑结构构件设计要点
（一）竖向构件截面大小选择
高层建筑特别是复杂高层和超高层建筑结构设计过程中，必须重视框架柱等竖向构件截面大小的选择，这是由于竖向构件的轴压比决定了竖向构件的延性，进而影响建筑的抗震和抗倒塌能力，竖向构件轴压比越小延性越好，但应在框架柱等竖向构件截面大小选择时避免过大导致短柱问题出现，要求严格遵守设计规范确定轴压比范围[2]。
（二）剪力墙的设计
高层建筑结构当中，剪力墙构件能够提升结构水平方向承载力。剪力墙会随着框架变形出现弯曲，一般剪力墙底部位移偏小、上部位移较为明显，要避免上部连梁内力较大而超出设计要求；较多建筑大部分剪力墙由跨高比较大的框架梁联系形成结构体系，或高层住宅结构中短肢剪力墙过多的结构体系，其受力和变形特性接近框架结构，层数较多时对抗震不利，宜避免；一、二、三级剪力墙底部不宜错洞布置，全高不宜叠合错洞布置。
（三）框架梁的设计
高层建筑结构中框架梁应着力于“强柱弱梁”设计，并保证和提高梁端的塑性转动变形能力（如梁端截面计入受压钢筋的相对受压区高度限制、下上纵筋截面面积比等）；在满足梁纵向最小配筋率的前提下，不得随意增加梁端计算外纵筋数量和面积；避免因梁截面过高造成框架短柱的形成。
（四）做好影响整体结构稳定性构件的设计
整体结构稳定性是结构设计的核心原则，必须从整体角度全面分析影响因素，协调好整体结构和局部构件间的关系，之后科学计算梁柱结构以及钢筋配置，以此满足功能多样性的要求。具体来说需要把握以下几个方面：其一，地下部分（含基础）埋藏深度足够，以确保发生地震后建筑不会出现明显位移或倾斜问题；其二，要结合地质条件和建筑特征科学选择桩基施工技术；其三，利用大底盘方式提升建筑整体稳定性。
（五）地下室外墙厚度和配筋设计
地下室外墙是重要的承重结构，并且受力情况复杂，主要是受建筑自身荷载以及周边岩土压力的影响，所以建筑地下室的设计要考虑强度要求以及经济性原则，并且科学进行外墙厚度和配筋设计。此外，设计地下室外墙还要考虑渗水性能以及不同方向的受力情况。
三、高层建筑结构设计的计算与分析
计算水平和分析效果直接影响着设计方案的质量，也体现了设计人员的专业能力，科学的计算可以确保高层结构设计方案更加具有可行性。具体说来：在框架剪力墙结构的设计过程中，一般利用假定的连续化方案，借助特定协调条件并使用微积分求解，确保计算结果更为精确；在剪力墙结构分析中，由于高层建筑特别是复杂高层以及超高层建筑设计，需要选择不同类型剪力墙，进而细化计算方法，需要分析剪力墙结构的受力性能以及变形状态，而变形状态和受力特性又与剪力墙开洞情况直接相关，所以要结合剪力墙的类型，确定开洞情况和计算方法[3]；筒体结构的计算和分析，根据模型处理方式的不同，分为以下方面：其一是等效连续化法，利用该方法可以连续处理建筑结构中的离散杆件；其二是等效离散化法，将连续的墙体离散作为等效杆件，之后科学选择杆系结构的方法计算。在传统的高层建筑结构设计过程中，需要进行整体计算或者分解计算，不过采取分解计算方式会存在误差，并且不能充分考虑其他结构之间的影响；随着高层建筑结构出现越来越多的分缝结构，分解单独计算独立单元成为了主要方式，要求设计人员结合实际情况修正结果。
四、高层建筑扭转效应的控制
一方面是抗侧力结构的均匀对称布置。对于高层建筑抗侧力结构设计来说，要以均匀对称和分散受力为设计原则，在扭距效应控制的过程中保证结构质量中心靠近刚度中心，一旦距离偏大那么建筑抗侧力会出现结构分布不均情况，对建筑的抗震性能带来不利影响。
另一方面要保证平面刚度均匀。平面刚度是否均匀将直接影响建筑在地震中扭转破坏的严重性，在设计环节，平面刚度的均匀性布置和剪力墙布置有着直接关系，所以要求设计人员从多方面考虑，然后设置剪力墙。
此外，抗扭刚度的提升根据力学原理，建筑结构离质心远，那么抗扭钢度越差，所以设置刚度大的剪力墙或者抗侧力构件时必须提升建筑的抗扭刚度[4]。
五、高层建筑的抗倒塌设计
高层建筑结构设计中，抗倒塌设计十分关键，直接影响到意外情况发生后建筑人员能否顺利逃生。由于结构的差异性，建筑的倒塌设计方式也有所不同，比如结构分布较为均匀的建筑可以增加底层承载结构延伸的方法，如果是不规则分布的复杂建筑需要考虑事故发生后出现的变形位置，之后提升构件延性。一般情况下，复杂高层和超高层建筑采取大底盘设计方法提升抗倒塌能力，不过随着楼层高度的增加，出现了主楼结构以及分结构，所以需要保证二者的衔接性。
结束语：
综上所述，高层建筑特别是复杂高层与超高层建筑逐年增多，所以必须保证设计合理性，要求设计人员把握好整体设计和细节设计，考虑抗震和抗风性能，结合地基到基础到上部结构分析，合理选择建筑材料和施工技术，这样才能有效提升建筑质量，保证建筑的功能性和美观性。
参考文献：
[1]柯剑亮. 高层建筑结构大底盘多塔结构设计的研究[J]. 低碳世界，2020，10(3):100-101.
[2] 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，2020，24(5):18-19，43.
[3] 康颖. 高层及多层民用建筑设计中剪力墙的结构设计研究[J]. 建材与装饰，2020，14(6):75-76.
[4] 何涛，马青. 高层混凝土建筑抗震结构设计问题研究[J]. 中国新技术新产品，2020，12(2):98-99.