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摘要：伴随着人类科技进步和社会经济发展，加速了我国在高层建筑领域的建设与发展。相比一般的建筑结构，高层建筑结构更为复杂且施工方面也具有很大的难度，因此，高层建筑的结构设计以及安全性问题正在受到更多人的关注。对于高层建筑来说，建筑结构设计是保证整个工程质量的基础，也是提高建筑安全稳定性的重要基础，所以，针对加强高层建筑结构设计有着极其重要的实际意义。本文会对高层建筑结构设计存在的问题进行相应的探讨，并对存在的问题提出了相应的解决方案。
关键词：高层建筑；结构设计；问题；对策
一、高层建筑结构设计的特点
高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有：
（一）水平力是设计主要因素
在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
（二）位移控制指标
与低层或多层建筑不同，结构位移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大。高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的位移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：
1.因位移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心矩增大，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋倒塌。
2.使居住人员感到不适或惊慌。
3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行。
4.使主体结构构件出现结构受力裂缝，甚至损坏。
（三）抗震设计要求更高
有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、中震可修改、大震不倒。
（四）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要
高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力考虑，如果在同样地基承载力的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建数层，这在软弱土层有突出的经济效益。
地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。
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（五）轴向变形不容忽视
采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
（六）概念设计与理论计算同样重要
抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假定条件下进行的，尽管分析手段不断提高，分析的原则不断完善，但由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件局部开裂甚至破坏，这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。
二、高层建筑结构设计存在的相关问题分析
2.1 剪力墙的布置问题
在高层建筑结构在设计过程中，存在很多需要解决和处理的问题，任何一个方面的问题都可能对建筑结构造成影响。对于剪力墙的布置，如果设计不准确或者布置不合理，那么对于建筑物的稳定性影响将会是致命的。布置剪力墙的建筑可以提高其结构的整体稳定性和安全性，但如果剪力墙设计不合理，会对整个建筑结构产生很对安全隐患[1]。
2.2 嵌固端设置问题
嵌固端也是结构设计中的一个重点，也是一个很容易忽视或者出现问题的方面。在实际的嵌固端设置过程中，第一个问题表现在位置的选择方面，有一些设计人员将嵌固端设计在地下室或者是人防顶板处，这种设计和安排是非常不合理的，同时也不利于其作用的发挥；第二个问题是设计的变形问题，变形过大或者过小都会影响到嵌固端的正常使用；第三个问题就是设计过程中的抗震缝隙处理和协调问题，这个问题的存在也会直接影响到建筑物的稳定性。
2.3 建筑高度超限问题分析
建筑高度超限的问题是结构设计中常遇的问题之一。建筑高度超限是建设单位对建筑高度增加以达到提高经济效益的行为和现象。建筑高度超限设计是不满足相关的规范和要求的，人为的增添建筑高度会降低高层建筑结构的稳定性，当建筑物受到外力作用后会发生断裂或者坍塌等现象。
2.4 建筑结构抗震设计规范问题
目前国内建筑设计年限一般为50年，且对地震烈度与地震等级对应下的高层建筑物的抗震能力提出了明确规定。但目前国内在近10年间多次发生地震问题，建筑抗震等级及抗震烈度有着不同程度的需求，如果仍然按原设计规范执行，一旦发生大规模地震事故，高层建筑结构抗震性能存在安全隐患。
2.5 其他设计问题
高层建筑的结构设计是一个复杂性的问题，也是一个较为庞大的系统化体系，所以需要注意和关注很多方面的问题。除了以上三个设计方面问题，还有一些其他的比较显著的设计方面问题，比如在抗震性能计算、构件计算和布置以及设计参数的选择等等，这些问题的存在都会影响到设计的结果和经济效益，对于工程产生直接或者间接的影响。
三、高层建筑结构设计中常遇问题的优化与对策
3.1 对结构设计方案进行选择和优化
高层建筑结构设计遇到的问题与解决和应对，首先要需要对结构设计方案进行深度探讨，不断完善探讨和优化，通过分析比较，进行结构方案合理化论证，选择最恰当、合适的结构设计方案，这也是能够保证高层建筑严格执行相关技术标准进行设计的重要体现；其次是要将建筑设计与施工现场的实际情况进行结合，不仅有利于对设计方案进行检验，同时也可以在这个过程中对于设计方案进行完善和检验，对于施工过程中复杂因素多且需要参建单位给予以更多关注和重视；最后对于设计方案中存在的问题，保证方案不断进行优化和完善。
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论文作者:吴志伟
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第28期
论文发表时间:2019/8/26
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