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摘要：近些年来，我国高层建筑层出不穷，已经成为现代化城市发展中很重要的标志之一。结构设计是否合理在很大程度上决定了施工能否顺利完成，并影响工程的质量、安全和成本，因此需要对其进行综合分析与探讨。
关键词：高层建筑；结构设计；综合分析
引言
高层建筑与普通建筑在建设方式上存在较大的不同。首先，在设计时应确保在施工阶段不会存在问题，并保证各项施工作业活动能够顺利实施。其次，在设计过程中要注重结构设计这一核心问题，为确保高层建筑符合稳定性及安全性的相关要求，设计人员应在高层建筑的设计过程中加强对于结构设计方面的关注，结合现阶段高层建筑的设计情况来看，在结构设计方面仍存在较多的问题。
1高层建筑结构设计概述
对于高层建筑结构设计来说，在设计中不仅考虑建筑的美观性和经济性，首先要重点考虑的高层建筑的安全性和可靠性。高层建筑不同于其他建筑，由于重点较高，在收到外力作用时，尤其是一些自然灾害的影响（比如地震），很容易导致高层结构发生坍塌，因此如何安全性和可靠性是高层结构设计第一原则。另外随着我国城市土地资源越来越紧张，如何在有效的空间内更好地进行建筑设计也是高层建筑设计需要考虑的问题。同时在进行建筑空间的设计时需要进行统筹兼顾，从而全局的角度来进行设计，将建筑的消防、防水、抗震等方面要求都考虑在设计环节。在满足这些要求的基础之上还要考虑施工的可行性和经济性，很多建筑设计在设计过程中没有考虑到材料和施工技术对于建筑的影响，使得高层在建筑在建设过程中造价成本很多，导致企业的经济效益不高。因此进行高层建筑设计需要从宏观角度出发，充分利用经济学、设计学和美学的知识使得建筑在满足安性的基础，尽量降低高层建筑的成本，从而保障企业的经济效益。
2工程概况
本例为某一高层商住楼工程项目，总建筑面积比较大，地面35层，地下一层，其中地下一层为停车场、消防通道，地面以上6层为商业，第七层为设备转换层，第八层以上则为高档住宅，其结构体系为剪力墙结构。本次工程中的业主对上部住宅以及底部商业层的质量要求相对比较高，原先打算设计成框支－剪力墙结构，但经过结构专业的不断优化，再加上建筑和业主的协调配合，适当地对上部住宅户型进行调整，并优化整合下部商业功能，最后决定改为剪力墙直接落地的剪力墙结构体系。同时根据建筑功能的必要性，对局部位置的少数剪力墙结构进行局部转化。本次工程由原先的B级高度的框支－剪力墙结构转换为A级高度的剪力墙结构，从而更好地提高了工程的安全性、合理性及经济性。另外原上部结构的总长度为88m，是超过规范允许不设伸缩缝的长度78％。从建筑工程的合理性、可行性及经济性出发，上部结构可以采用伸缩缝，将地下室顶板以上分为两个完全独立的结构单元，这两个结构单位中的左塔长度为32.6m，右塔长度为56m。按照剪力墙结构的抗震缝的最小宽度设计要求，本工程中两结构单元间的缝净宽度设计为300mm。
3高层建筑工程结构设计的综合分析
3.1结构设计中的不足
3.1高度、宽度比较大
在Ａ级高度剪力墙结构中，其结构高宽比建议性限值为“6”，而本项目中的左塔高宽比为7.88，右塔高宽比则为6.8。因此可以看出本工程的高度比较大，已经超过100m，所以设计师可以采用弹性时程分析法，来进行多遇地震下的补充计算。在进行风载、多遇地震下结构整体抗倾覆验算中，也包括是否需要地基基础的拉压提供抗倾覆弯矩的验算；另外还需要进行风载下舒适度的验算；大震下位移的验算可以采用静力弹塑性进行分析，以便让其能够满足规范要求，从而保证大震下的安全；同时，大震下的主要墙、柱的拉压力状况均需考虑进去，以便最大程度降低其破坏程度，并且可以通过加强配筋的方式，来让其延性得到提高。
3.2抗震
因为楼电梯间开洞的缘故，8层以上住宅的楼板比较薄弱。因此连接板的刚度需要加强，可以采用150厚的板，同时设置双层双向钢筋以及提高配筋率。针对第26层这一薄弱层，因为需要对建筑进行局部收进，虽然该收进的幅度比较小，并没有形成所谓的竖向不规则，不过按照时程分析结构，在该楼层附加还是存在一定的位移突变。针对此情况，同时采用的方案为控制好收进上下层的刚度比，防止出现高位的薄弱；并且针对第26层楼板出现的一定位移突变，可以通过适当加强其上下剪力墙来解决。
3.3分析整体结构
3.3.1假定及模型的计算
在本次结构中，可以采用到SATWE计算软件。根据设置好的结构缝，按照左塔、右塔结构的实际尺寸分别建立模型，并且建立到基础顶面。另外m为了验证“嵌固”层上下层侧向刚度，地下室部分取塔楼以外的1～2跨并入主体模型来进行整体分析，按照强制刚性楼板，把楼层位移角以及位移比计算出来，其他的则按弹性膜来计算。
3.3.2地震作用下的剪力以及剪重比
左右两塔在地震作用下的剪力及剪重比计算结果见表1、2。
从表1、2中的计算结果可以看出，左塔底部剪重比均大于等于1.6％，是符合规范要求的；而右塔底部3层剪重只是稍微小于规范要求。在对该结构单元位移、整体稳定等其他指进行评定中，认定右塔的整体刚度比较合理。因此，只需要按照规范要求，对剪重比不达标的局部楼层进行相应的调整和处理。
3.3.3运用动力时程分析法来对整体结构进行分析
根据建研院提供的地震波并结合结构单元的动力特性，按照规范要求选择3条波，来进行多遇地震下的动力时程分析。采用35cm／s2的主分量峰值加速度，0.51s的设计特征周期以及0.05的结构阻尼比。地震波需用天然波，左塔为US061、US223，右塔为US370、US061。左塔与右塔的人工波都为L750。底层剪力通过各时程波进行分析计算，将得出的结果和振型分解法计算结构进行比较，两者时程基本一致，每条时程曲线计算出的底部剪力、平均值不能低于振型分解反应谱法计算的65％、80％，这样才能满足规范要求。弹性时程分析的各楼层剪力评价值基本都低于振型分解反应谱法的结果。在顶部8个楼层的X向的地震剪力，其时程分析结果都大于CQC法。在进行后续设计时，按照时程分析的结果适当把该楼层的地震剪力进行放大，从而实现对构件强度及变形的控制。弹性时程分析平均值基本接近于振型分解反应谱法的结果，可以按照振型分解反应谱法的计算结果来进行施工图纸的设计。在计算位移角结果时，以看出弹性时程分析结果在第八层（裙房屋面处）以及第二十九层（局部收进层）处的体现比较明显，结构的刚度及位移都存在一定的变化，但指标基本上都符合相关的规范要求。所以设计师在设计施工图纸时，需要按照刚度突变对这两处进行适当的加强。
结语
综上所述，高层建筑结构设计和其它普通建筑有很大的不同，这不仅源于对高层建筑结构提出了更高的要求，还和结构实际受力等因素有关。因此在实际的结构设计过程中，必须充分考虑高层建筑结构实际受力特点，根据相关规范的规定及要求切实做好结构设计，保证设计的合理性与可行性。
参考文献
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[3]潘峰.高层建筑结构设计的问题分析及对策探讨[J].江西建材，2017（15）：62.
论文作者:王伟
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/9/10
标签：结构论文; 结构设计论文; 高层建筑论文; 剪力论文; 位移论文; 建筑论文; 刚度论文; 《城镇建设》2019年第14期论文;