金土洪
摘要：近些年来，高层建筑逐渐增多。高层建筑安全性、经济性和合理性受建筑结构影响越来越大。下文是作者对高层建筑结构特点及其设计原则的分析，提出了目前我国高层建筑存在问题的解决方案。
关键词：高层建筑；建筑结构设计；对策探讨
设计高层建筑的结构并不是一项简单的、短期能够完成的工作，这项工作十分复杂，即使在设计过程中出现的问题是微小的也有可能影响整个设计的最终结果。那么，首先让我们了解高层建筑结构设计有什么特点。
一、设计高层建筑结构的重要出发点
对比低层、中层和高层建筑的结构我们发现，高层建筑的结构的专业要求更高。建筑平面如何布置、具体的楼层高度、各个管道如何设置和建筑成本都会受到建筑结构的影响。它的主要特点包括以下几点：
1.1水平力设计
高层建筑的结构打破了中低层以重力为主要载体的限制，采用了竖向荷载和水平荷载相结合的结构方式。以水平荷载作为主要荷载可以有效地改变水平承受力的大小，更好的维持了建筑物稳定。对比竖向构件在不同作用力影响下的轴力我们发现，竖向构件在重力作用下产生的轴力与建筑高度的平方成正比，但是竖向构件在水平荷载作用下产生的轴力却与建筑高度成正比。除此以外，如果建筑物高度不变，那么其竖向荷载是不变的，而其水平荷载却是变量，因为水平荷载的大小经常会随着结构动力的改变而产生变化。
1.2抗震设计
在设计高层建筑结构过程中一定要考虑建筑的抗震性。也就是说高层建筑不但要做好竖向荷载和风荷载设计，还要保证建筑结构具有良好的抗震效果。只有做到小震不坏、大震不倒才能保证建筑物不受自然灾害的侵害。
1.3轴向变形设计
在高层建筑尤其是应用剪力墙体系的建筑中使用框架体系。在框架体系中，中心柱产生的轴压应力一般略大于边柱，从而导致中心柱受压应力的影响更大，导致轴向变形。如果建筑物高度过高，中心柱的变形量就会到达最大限度，造成不好的后果。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。
二、在对高层建筑的结构进行设计时应遵循的原则
2.1选用适当的计算简图
计算简图完成后才可以开始结构的计算工作，也就是说计算简图是结构计算的基础。选择正确地计算简图可以保证结构安全，此外我们还要选取准确的计算简图，选择完成后必须要采取与之相适应的构造措施。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
2.2选择合适的基础方案
工程地质条件、上部工程结构类型以及工程的施工条件等因素都是基础设计的依据。在进行基础设计时，我们需要综合分析这些因素从而保证选择的基础方案是最经济的、最适用工程的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，我们还需要编撰地质勘察报告，某些重点地区一定要进行详细的现场勘查。详尽的地质勘察报告能够为基础方案的选择提供依据，提高地基潜力的利用率。
2.3选择合理结构方案
只有经济可行的结构方案才能保证设计的合理性，结构方案主要包括建筑结构形式和结构体系。在选择建筑结构体系时，同一个结构单元要使用相同的结构体系，在地震区要兼顾水平规则和竖向规则。总之，在选择结构方案前必须要综合分析工程设计要求、材料供应和施工条件等信息，充分协商水、电、暖等各个专业，在沟通了这些信息后进行建筑结构类型选择，多方比较，最终选择一个最优的结构方案。
应符合下列要求：
1）自身承载力、刚度和变形能力达到规定标准。
2）避免建筑结构的承重荷载、风荷载受部分结构影响失去作用。
3）加强薄弱结构的建设。
三、高层建筑中存在问题及其解决方案
3.1结构的超高问题分析及对策
总体结构的高度是有严格限制的，尤其是在使用新的抗震规范和高低规范后，建筑的限制高度被提高了。原有的高度被定义为A级，使用新规范后新设立了B级高度，并且新高度的设计方法产生了很大的变化。但是在实际工程中，高度的处理在结构类型变更后经常被忽视，这时候的审查图纸工作难以通过。必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
3.2嵌固端的设置问题分析及对策
大多数的高层建筑都带有地下室和人防，并且其地下室多在二层左右。这种高层建筑的地下室的顶板上一般都有嵌固端用以加强建筑稳定性，但也有少数的嵌固端在人防顶板附近。因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：如何设计嵌固端附近楼板，如何将嵌固端上下层刚度比控制在一定范围内，如何保证嵌固端维持相同的抗震性，以及如何协调嵌固端位置等都是需要着重注意的问题。一旦忽略了其中的一个问题都会给后期工作带来巨大障碍。
3.3框支梁支放在剪力墙上的设计问题分析及对策
《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》对框支梁和框支柱的截面及配筋都有详尽规定，但是这两类规范却都没有涉及在混凝土剪力墙上放置框支梁的内容。如果在剪力墙上支放框支梁，框支梁就会施加给剪力墙一个同时具有竖向和水平两个方向、集中压力和推拉力两种作用力的荷载，这个荷载力量是十分强大的。尽管剪力墙沿墙长度方向具有较强的承载能力，但垂直于剪力墙支放的框支大梁所传荷载的作用方向正是剪力墙的弱轴方向。下面是在对剪力墙进行设计时需要考虑的基本问题。
1）严格限制框支梁的高度尤其是截面高度。保证框支梁的截面高度和钢筋的锚固要求符合《高层建筑混凝土结构技术规程》，通过这些信息计算出合适的剪力墙的厚度。
2）把暗柱设置在剪力墙中，保证暗柱所在的剪力墙厚度比框支梁大，以便进行计算。
3）验算框支梁传递集中荷载部分的抗力。
3.4结构调整问题分析及对策
椭圆形是当今我国建筑中使用最多的平面形式，这是一个极具现代感的建筑形式。虽然这种形式的设计具有很多的优点，但也难免会出现结构扭转的问题。我们必须要合理选择结构形式，尽力消除结构扭转带来的负面作用，并利用相关技术手段使结构扭转的作用朝向正面发展。
3.5扭转问题分析及对策
建筑结构的三心指的是几何形心、刚度中心和结构重心。这三心一定要汇聚在一处，实现三心合一。如果三心无法合一，结构就会扭转偏离预先设计。只有真正实现了三心合一，才能保证建筑选择的平面布局和结构合理，防止扭转事情发生。如果高层建筑只受水平荷载的影响，那么建筑质量就是建筑扭转程度大小的完全决定因素。在设计建筑平面时，以方形、矩形和正多边形等简单图形为主的平面可以有效地防止扭转的发生，保证水平作用力施力均匀。受建筑规划中建筑场地和建筑附近环境的影响，我们不得不使用复杂图形。L型、T型和十字型是常见的几种复杂平面图形。使用这些复杂图形时一定要控制凸处宽和厚之比，一旦比值超出可控范围建筑就会因为扭转而被破坏。同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。建筑结构的振动周期问题包含两方面：首先，对建筑结构的自振周期进行控制。其次，保证建筑结构的自振周期不与场地的特征周期产生矛盾。
四、结语
随着高层建筑发展速度的加快，建筑物的造型和规模也不断更新。现阶段我国高层建筑与早期相比，结构更加独特，规模更加庞大。为了满足越来越复杂的高层建筑的需要，建筑物的材料和力学分析模型变得更加多元化。要想完善高层建筑的发展必须保证设计人员和技术人员采取正确的措施解决出现的各种问题。
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论文作者:金土洪
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/28
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