翟利发
广西启元建筑设计有限公司 广西 南宁 530000
摘要：结构设计是高层建筑设计的重要内容，其直接关系着建筑的功能使用效果，对于建筑的安全性具有深刻印象。本文在阐述高层建筑结构类型及设计原则的基础上，就建筑结构设计阶段存在的问题展开分析，并指出高层建筑结构设计问题应对措施。期望能进一步提升结构设计效果，促进高层建筑的持续、稳定发展。
关键词：高层建筑；结构设计；问题
城市化背景下，高层建筑的建设数量不断增加，其在充分利用城市纵向空间的基础上，有效地缓解了城市用地紧张问题，满足了人们建筑居住及办公需要。新时期，人们对于高层建筑建设施工提出了较高要求，在项目建设初期阶段，极其重视高层建筑结构的系统设计。然而受诸多因素影响，高层建筑结构设计尚存在较多问题，如抗震能力不足、结构扭转、建筑超限等。基于高层建筑安全使用需要，应重视建筑结构设计的系统优化。
一、高层建筑结构类型及设计原则
1、结构类型
结合当前建筑建设形式可知，高层建筑的类型具有多样性的特点。常见的高层建筑结构形式包括：一）、框架结构，作为一种平面布置较为灵活的高层建筑结构形式，框架结构对于平面设计与布局的约束较小，其不论是设计还是施工环节都具有简单易操作的特点。所不足之处在于框架结构的抗侧刚度相对较小，当建筑物过高时，较大的梁柱截面会对室内空间的使用效果造成不利影响。二）、剪力墙结构，该结构在住宅、旅馆类建筑中应用较多，其抗侧刚度较大，水平力作用下侧移小，整体性比较突出。三）、框架剪力墙结构，该结构在当前建筑结构设计中应用较多，其在融合剪力墙结构、框架结构优势的基础上，有效地提升了建筑的刚度、强度，提升了建筑整体稳定性。要注意的是，在框架剪力墙结构设计中，应尽量确保结构刚心和质心重合或者相互接近。四）、框架-核心筒结构，作为与框架剪力墙结构受力特征相似的一种建筑结构形式，框架-核心筒结构的设计过程较为灵活，其能实现建筑空间的最大化利用，同时建筑采光性能较好，有效地满足了建筑功能应用需要。现阶段，在公共建筑、办公建筑中，框架-核心筒结构应用较多[1]。
2、设计原则
高层建筑结构设计具有较高的专业性、综合性和复杂性；在具体设计阶段，还应遵守以下原则：一方面，建筑结构设计应严格遵守安全性原则，这是建筑结构设计中最基本的原则和要求，即不论选择何种结构形式，均需要考虑建筑刚度、强度、稳定性等指标，确保建筑使用的安全性。另一方面，建筑结构设计应遵守实用性及经济性原则，实用性原则下，建筑结构的选择和应用应确保其使用功能的实现；而高层建筑设计经济性要求实现各环节、各要素的系统控制，确保在结构设计下能有效降低建筑后期施工成本，实现项目质量与效益的统一。此外，新时期开展建筑结构设计还需考虑建筑造型美观性原则，塑造良好的城市建筑形象[2]。
二、高层建筑结构设计问题分析
1、抗震问题
作为建筑结构设计的重要内容，抗震设计本身具有较大的难度；这是因为地震本身是一种自然因素，其具有突发性、不可控性的特点。在建筑抗震设计中，每个地区的抗震设防烈度均不相同，这使得建筑结构抗震设计本身存在一定不确定性。另外在建筑结构设计中，有部分设计人员灵活性不足，不能很好地完成抗震结构设计任务。受此影响，现阶段建筑结构设计中经常会出现抗震能力不足问题，严重地影响了建筑使用的安全性。
2、建筑超高问题
节约土地资源，最大限度地开发建筑空间是高层建筑施工建设的最初目的；但不可否认的是，随着建筑高度的增加，建筑的安全性问题日益严峻。在我国现行建筑工程管理规范下，可分为高层建筑和超高层建筑。高层建筑与超高层建筑在结构设计中具有较大差异，应从项目所在地的地质基础、建筑功能需要、结构安全、经济要素等层面开展系统设计[3]。但在实际设计中，建筑超高设计的问题较为突出。建筑超高设计与业主方过度追求经济效益具有较大关系，这在一定程度上降低了建筑的整体性、稳定性，影响了建筑使用的安全性，给人民群众生命财产安全带来严重隐患。
3、结构扭转问题
随着高层建筑高度的增加，其结构内部各单元构件承受的作用力也会随之增加，当高层建筑结构竖向构件布局不合理时，建筑本身会发生扭转问题。一方面，在内外因多种因素的影响下，高层建筑的质量中心、刚度中心和几何中心很难维持在同一位置，这增加了高层建筑发生扭转的风险。另一方面，相比于多层建筑，高层建筑受风荷载的作用较为凸出。当建筑风荷载较大时，高层建筑有较高的概率会发生扭转问题。基于此，在建筑初期设计阶段，就必须将这些因素纳入考虑范围，尽可能地消除建筑结构扭转问题，提升建筑使用的安全性。
三、高层建筑结构设计问题的应对处理措施
1、系统选择建筑结构设计方案
科学合理地选择高层建筑结构类型，并编制高层建筑结构设计方案，能为后期结构细节设计奠定良好基础。在建筑结构设计方案选择、确定中，应注重以下要点控制：一方面，在项目设计初期阶段，设计人员应规范化地开展施工现场及周边环境的勘察工作。在具体勘查中，不仅要掌握本地区的地质结构、地下水文分布情况，而且需清楚不同建筑结构类型特征、地震、风荷载等外部因素对建筑的影响，这样能为建筑结构设计工作开展提供良好基础，确保结构设计符合施工现场实际情况。另一方面，在确定高层建筑结构类型后，需要严格按照现行设计标准及规范开展高层建筑结构设计，确保设计对象的科学性、合理性。此外，在完成高层建筑结构设计中，应充分利用所掌握的数据，对各结构单元设计的内容进行验证和优化，在建筑设计满足标准及规范的同时，为后期高层建筑施工创造良好条件，不断提高高层建筑的工程质量。
2、深化设计简图的规范使用
设计简图在建筑结构设计中起到至关重要的作用，在建筑结构设计中，设计人员需要以具体的设计方案为基础，在考虑计算原理和方法的要求下，对建筑支撑进行结构力学计算。该过程中，需要通过点、线等方式对构件的受力状态进行描述，并准确分析建筑构件的稳定状态。从建筑结构设计成果计算过程来看，除建筑高度外，大部分构件尺寸、力学特征及关系等均需要进行系统计算。设计简图是这些结构设计要素计算的基础，在初期阶段，设计人员需要合理的选取和利用设计简图，以此来获得相应的结构模型，确保设计简图计算符合项目工程实际。对于高层建筑而言，其在设计中需要考虑的参数较多，计算过程较为复杂；与此同时设计简图受多种因素影响，基于此应重视设计简图的规范使用，在设计简图支撑下，全方位、立体化的开展设计计算，确保计算结果的准确性，为后期精准施工提供有效参考[4]。
3、开展高层建筑抗震设计
提升结构稳定性是高层建筑结构设计的重要目标，其能有效地减少地震等自然灾害对建筑的破坏，确保建筑使用的安全性。出于建筑稳定性控制需要，在高层建筑结构设计中，应重视抗震设计的系统控制。一）、在建筑抗震设计中，应重视对截面高度的调整，确保截面高度满足设计规范要求。同时应对主轴、水平方向上承重柱的抗震能力进行计算，确保建筑纵横向框架的稳定性。二）、建筑抗震设计涉及大量的数据计算，应从源头上保证建筑抗震设计数据的准确性。三）、在建筑抗震设计中，为避免出现刚度过大问题，在应力控制中，需要保证支柱、横梁和剪力墙的应力始终处于平衡状态。四）、在信息时代下，要进一步提升建筑抗震设计质量，还应注重现代信息技术的深层次应用；即应构建建筑信息化设计平台，在该平台下系统构建高层建筑3D视图模型，并开展建筑模型的有限元分析，以此来实现建筑结构内力的有效分析。值得注意的是，进一步提升有限元模型在建筑结构设计及抗震设计中的应用效果，还应合理控制有限元模型创建过程，在建设模型与实际建筑物差距的基础上，确保模型使用的准确性。另外完成模型建设后，应结合有限元模型和数理知识，对建筑抗震能力进行计算，确保高层建筑结构设计的稳定性。
4、重视结构设计细节管理
高层建筑结构设计受诸多因素影响，新时期要进一步提升高层建筑设计质量。在实际设计过程中，应重视细节设计要素的系统管理。开展高层建筑结构设计细节管理，首先应重视结构设计参数的系统优化。在相关参数选择中，应从结构尺寸、规格、型号等层面选择参数，确保结构参数输入准确，最大限度地避免计算误差。同时在结构参数计算中，应结合项目实际情况，合理地编写计算程序，确保结构参数计算的准确性。此外针对设计参数的计算，应构建人机相互结合的计算方法，以此来确保结构计算的可靠性。结构设计是高层建筑细节设计的重要内容。在高层建筑结构设计中，应对不同类型的结构缝进行系统计算。从结构缝类型来看，高层建筑结构缝不仅包含膨胀缝、收缩缝、沉降缝，而且涉及体型风险、局部缝、控制缝，此外，施工缝、界面缝、拼接缝等都是工程结构缝的重要类型。针对不同类型的结构缝，应明确项目结构缝计算标准，结合建筑结构整体控制要求，对结构缝进行系统计算，避免出现结构缝设计缺陷问题。转换层设计对于高层建筑结构设计质量具有深刻影响。新时期，建筑工程设计人员也愈发重视转换层的设计管理。在高层建筑转换层设计中，应正确认识到梁式转换层、桁架式转换层、厚板式转换层结构的应用形式，对不同类型转换层的受力特征进行深入分析，确保建筑结构施工安全。譬如梁式转换层的应用受竖向杆件的影响，故而在设计中应考虑竖向杆件实际受力情况，而在箱式转换层设计中，应控制转换层结构自重问题，避免建筑自重超标。此外若高层建筑采用厚板式转换层结构时，还需要对该转换层结构的抗震能力进行控制，确保建筑使用的安全性[5]。
5、消除结构扭转问题
要进一步提升高层建筑结构设计质量，还应注意消除因建筑层高增加而引起的结构扭转问题。高层建筑结构扭转问题控制要点包括：一方面，在建筑结构设计中，要求按照均匀、分散、对称的原则开展设计，要求尽可能地使建筑质量中心和刚度中心保持重合，实现结构抗侧力的有效控制。另一方面，当平面刚度分布不均匀时，建筑发生扭转的概率较高；为消除高层建筑扭转问题，设计人员还应有意识的增强结构平面的刚度，确保平面刚度的均匀性。此外，针对高层建筑易发生结构扭转的问题，初期设计中，还应注意剪力墙的合理布局和刚度优化，如增加剪力墙厚度、设计L型剪力墙，增加剪力墙连梁高度等，这样能有效消除结构扭转问题，确保高层建筑使用安全。
结语
规范化地开展高层建筑结构设计，能为后期项目施工提供有效参考。新时期，建筑结构形式逐渐多样，当建筑结构设计目标要求、功能应用不同时，其在结构选择中也有一定的差异性。基于此，设计人员只有充分认识到结构设计对高层建筑施工及应用效果的影响，深入分析现阶段结构设计问题，在满足安全性、实用性、经济性、美观性等原则的前提下，系统的开展高层建筑结构各单元要素的计算，这样才能提升高层建筑结构设计质量，促进高层建筑的持续稳定发展。
参考文献
[1]宋佳.高层建筑结构设计存在的问题及优化措施分析[J].建材发展导向（上）,2021,19(1):131-132.
[2]李凤菊.关于高层建筑结构设计几个问题的探讨[J].砖瓦世界，2021(1):47.
[3]王蕊.高层建筑钢筋混凝土结构设计常见问题与要点[J].数码设计（下）,2021,10(1):119.
[4]邹帅，耿丽丽.浅议高层建筑地下室结构设计中应注意的几个问题[J].城镇建设，2021(7):331.
[5]刘凤媛.浅谈高层建筑结构地下室和基础设计应注意的问题[J].中国房地产业，2021(4):138.