浅谈高层建筑结构设计的经验与体会

　　摘要：随着我国经济的发展以及人建设用地的稀缺性，高层建筑的应用越来越广泛，高层建筑结构体系也呈现出多样化的发展趋势，加强对高层建筑结构设计具有一定重要意义。本文结合笔者工作经验，对高层建筑结构设计的部分方面设计原则、相关注意事项进行分析与探讨，以期与读者共同探讨高层建筑结构设计中的重点与难点问题。
　　关键词：高层建筑; 结构设计; 原则; 方法
　　随着城市化进程的不断加速，城市用地越来越紧张，因此高层建筑的应用越来越广泛;加强对高层建筑结构设计的重视程度，既可确保安全性、稳定性，也可顺利实现经济效益目标，其重要性不言而喻。以下将对相关问题进行具体分析：
　　1、 高层建筑结构设计的重点与难点
　　1.1 水平荷载的优化
　　在高层建筑设计中，涉及到的水平荷载问题非常重要。一方面，考虑到高层建筑自身的重量以及各个楼面的荷载作用主要集中于竖向构件，而由此产生的弯矩数值、轴力数值等与建筑高度的一次方呈正比例关系;另一方面，对于高层建筑来说，竖向的荷载力为定值，但是水平荷载力将随着建筑结构特性的不同而有所差异[1]。不同结构形式、不同烈度地区的水平控制荷载主要体现在水平地震作用及风荷载两种情况。
　　1.2 结构变形的控制
　　对于高层建筑结构设计来说，位移问题是设计的关键要素之一。随着当前建筑的高度不断增加，水平荷载力也有所提高，因此建筑结构位移和变形随之加大，如何确保高层建筑结构的安全性、稳定性，是非常重要的话题，这也需要采取有效措施将建筑结构水平荷载作用下的变形幅度控制在规范要求之内。
　　1.3 结构延性的调整
　　在高层建筑结构设计中，应考虑到震动情况下的变形问题。为了确保建筑结构受到变形力之后仍能保持良好性能，而不至破坏或者坍塌，这就需要在设计过程中采取相应措施，对其延性进行优化调整。
　　1.4 竖轴向变形的约束
　　以高层建筑结构设计的实际情况来看，一般竖向的荷载值比较大，如果在设计过程中忽略这一问题，可能引发轴向变形问题(超高层结构尤其明显)，进而对连续梁弯矩产生影响;这时候，可能对连续梁中间部位的支座负弯矩值造成影响，并且增大端支座的跨中正弯矩与负弯矩等;在高层建筑结构设计中，应该根据轴向变形的实际情况对相应数值进行确定;采取有效方式应对轴向变形问题、加强对构件剪力值、侧移幅度等控制，确保建筑结构的安全性、稳定性[2]。
　　2、 高层建筑结构设计应遵循的原则
　　2.1 合理的结构计算模型
　　合理的结构受力模式计算模型，在高层结构设计中的重要性不言而喻，如果计算模型与工程实际不相符，则可能对结构设计精准性产生影响，严重者甚至引发结构事故。因此，若想确保高层建筑结构设计的合理性、安全性、稳定性，必须加强对计算模型的重视程度。
　　2.2 基础的优化设计
　　以高层建筑的地质条件为出发点，有针对性地选择基础设计形式，对建筑的上部结构类型、荷载分布等进行综合分析，合理选择施工条件，减少对周边建筑物产生的影响;通过考虑各方面的实际因素，最终确定施工组织方案。合理方案的选择，必须充分发挥地基潜力并应考虑经济型及施工简便性，必要情况下需要对地基变形控制[3]-[4]。此外，在高层建筑结构设计中，需要制定详尽的地质勘查报告，必要时应进行现场施工勘查并应充分考虑周边建筑物的情况，还必须对降水、抗浮问题采用有效的措施。
　　2.3 确定高层建筑结构方案
　　只有提高结构设计方案的经济性、合理性，同时满足高层建筑的结构体系要求，才能确保整体设计的顺利实现。对于结构体系来说，要求明确受力过程，保障传力的简洁性。对于同等的结构单元来说，结构体系也应相同;如果高层建筑位于地震区域内，那么就需要充分考虑平面规则与竖向规则。
　　2.4 分析计算结果的合理性
　　随着我国科技水平的不断进步升，结构设计中计算机的应用越来越广泛，可以选择的计算软件种类非常多，不同软件可能获得不同的计算结果，对设计人提出更高要求，既要了解工程实际情况，也要掌握软件适用的条件、范围等，提高软件的针对性、适用性;由于计算机的程序并不可能与建筑结构完全相符，应用计算机辅助手段，可能产生人工输入错误或者由于软件缺陷而造成计算结果不准确等问题，因此通过计算机软件获得计算结果之后，必须经过设计人员的反复校核，确保计算结果的精准性、合理性，切忌生搬硬套。
　　2.5 采取针对性地结构措施
　　结合以往高层建筑结构设计的经验来看，应遵循“强剪弱弯”、“强柱弱梁”等原则，尤其关注薄弱部位(薄弱层)，重视控制节点构造，同时考虑到温度应力、延性等因素，避免因构造不当对构件产生负面影响。
　　3、 高层建筑结构设计的注意问题
　　3.1 结构超限问题的控制
　　我国有关高层建筑结构设计的相关规范以及抗震标准等，对建筑的高度及规则性提出了较高的要求，很多高层结构会遇到超限问题。超限问题主要体现在建筑结构高度及规则性两个方面，对建筑结构的经济型与安全性影响较大，对此类情况应进行综合全面的分析尽量避免或减少，并应采取有效措施予以加强;适当情况下应考虑性能设计目标加以控制以确保结构安全性。
　　3.2 嵌固端的设置
　　对于高层建筑来说，一般设置1层或者1层以上的地下室、人防工程等，因此可能在地下室的顶板位置设置嵌固端，或者在人防顶板位置设置嵌固端。但是在实际进行结构设计过程中，一些工程师忽略了嵌固端设计中需要注意的问题。例如，嵌固端的楼板设计要点、嵌固端上下的刚度比、结构抗震缝的设计以及与车库的衔接构造等;如果忽略了其中某个环节，都将对结构整体性产生影响，甚至留下抗震安全隐患，这一点必须充分重视。
　　3.3 保持结构规则性
　　对于结构的规则性，在当前新规范中提出了较多限制条件，如平面规则性、嵌固端的上下层刚度比等;同时提出高层建筑不得采用“严重不规则”的设计方案，应在设计中应引起高度重视，确保结构的安全性、经济型以及施工简便性。
　　综上所述，随着高层建筑的与日俱增，高层建筑设计尤其是结构设计越来越重要。作为结构工程师，除了掌握基本的专业知识以外，还要具备复合型能力水平，了解现代化信息技术，提高结构计算的完整性、精确性，结合工程具体情况，最终确定最合理、最经济、最合适的方案，解决设计过程中可能遇到的各种问题，推动我国高层建筑的优化发展。
　　参考文献：
　　[1]王钲日.试论现代高层建筑结构设计特点及相关问题[J].黑龙江科技信息，2012(4)
　　[2]刘华新，孙志屏.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2007(2).
　　[3]季静，黄超，韩小雷，等.基于性能的设计方法在超限高层建筑设计中的应用