摘要：随着高层建筑在我国的迅速发展，建筑高度的不断增加，建筑类型与功能愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，高层建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。对于高层建筑而言，其结构设计质量优劣的判断依据，主要就是对其工程整体及局部结构的刚度、强度、耐久性与稳定性等因素来进行分析而得出的。
关键词：高层建筑；结构设计；使用寿命；耐久性
随着城市发展进程的不断加快，高层建筑数量逐年增多，结构形式趋向复杂，这一点在设计阶段体现的最为明显。只有保证高层建筑结构设计的科学合理，才能使高层建筑建设过程得以顺利实施。另外，在结构方案设计过程合理性又是作为核心功能存在的，能够对高层建筑使用的安全与稳定提供充足的保障。由此可见，设计人员一定要对高层建筑结构方案设计合理性给予必要的重视。
1.高层建筑结构设计概述
由于高层建筑具有层数多、高度高的特点，随着层数的增多，设计过程中主要控制好竖向的结构体系。这是由于垂直荷载越大就需要越大的墙和柱，且侧向力造成的剪切变形和倾覆力矩就会越大。就侧向荷载与竖向荷载相比而言，前者对建筑物的效应并不是线性增加，而是随高度增高而增大。比如在一切条件相同的情况下，同时受到风荷载的作用，建筑物用 地基底所手的倾覆力矩通常与建筑物高度的两次方成正比例关系而建筑物顶部的侧向位移与建筑物高度的四次方成正比例关系，其地震作用效用更为明显。高层建筑不仅要抗剪，还要注重还应注重整体抗弯及抵抗变形。因此，高层建筑与低层建筑的结构受力性能有着很大的差异。
2.高层建筑结构设计中常见问题分析
2.1 对于高层建筑的设计选型需要注意以下几方面：
（1）结构设计的不规则问题。新规范出台后，对于结构的规则性做了硬性要求和限制。而且新规范明确规定建筑不需采用严重不规则的设计方案。因此，在设计结构选型的时候，一定要注意这方面的问题，否则，后期施工图设计阶段将会遇到不必要的麻烦。
（2）建筑结构的高度问题。在地震力的作用下，超高限的建筑物将会变形，性态会发生很大的变化。由于建筑的高度增加，许多参数会超出原有的指标范围，如安全性，延性，承载指数等等。因此，我们在结构设计的时候，必须严格按照国家的规范要求来执行。
（3）嵌固端的设置问题。嵌固端的设置会影响嵌固端上下层的刚度以及抗震等级。如果忽略了这个问题，那么会在后期的工作中造成安全隐患。
2.2 高层建筑的扭转结构问题
高层建筑的扭转问题就是指在结构设计过程中没有做到三心合一（即几何形心、刚度中心、结构重心）。在建筑物受到水平荷载作用时会发生扭转振动效应，为了避免建筑物因扭转而遭到破坏，我们在结构设计时采用合理的结构形式和平面布局，做到三心合一。
2.3 高层建筑的地基和基础设计问题
地基和基础设计是高层建筑设计的一个重要环节，是设计人员比较重视的问题之一，地基和基础设计的好坏成功将会直接决定后期结构设计能否顺利进行。建筑物的地基基础也决定了整个工程的造价高低，也影响到建筑在后期使用的质量问题。如果在这一时期出现的问题，不引起重视，那么将会对后期的的施工造成巨大的损失。
2.4 建筑材料的选用和结构问题
通常，在地震多发区，工程技术人员非常重视建筑材料的选取和建筑结构的设计。在我国，一般150米以上的高层建筑主要采用框筒、筒中筒和框架作支撑的建筑结构体系。这三种结构在其他国家已被广泛采用。在国外的地震高发区，高层建筑主要采用钢结构，在我国，将近90%的比例是钢筋混凝土结构或砂石混合结构。混合结构中钢筋混凝土内筒部位，一般要承受接近九成的地震作用力，这种情况对于建筑物来说非常危险。由于混合结构是以钢筋混凝土核心筒为主，在对建筑材料的变形控制要考虑到钢筋混凝土结构的位移问题。如果我们只用钢度很小的钢架来减少侧移，相对于钢筋混凝土结构的大幅度弯曲变形是远远不够的，这样还会增加钢结构的承载力。
2.5 高层建筑结构的计算和分析
能否高效准确的对工程进行内力分析并按照相关规范来进行设计直接决定这个工程设计的质量好坏。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在结构计算和分析时，首先要选定结构体系，借着就是高层结构设计的关键部分。由于新规范对整个结构计算和分析内容进行了调整和改进，所以对这一部分比较常见的问题就要有一个清晰的认识。接着根据选好的结构体系，运用准确的结构模型和正确的结构设计软件开始计算。
3.高层建筑中的优化设计方案
3.1 耐久性优化设计
在通常的混凝土结构设计方案当中，经常忽略的是建筑耐久性的优化设计，建筑的耐久性，是要保证高层建筑建成后，在合理的使用期限范围以内，要保证用户能够正常使用。但是在实际设计方案当中，这样的优化设计往往被忽略。因为在设计的过程中，没有考虑到在外力条件和周边环境的变化的情况下，建筑结构在使用的过程中会发生结构损伤，从而严重 地降低房屋的安全可靠指数使用寿命。对于混凝土的建筑设计，为节省建设投资，所才用的省材料和低造价的设计都应该是科学合理的，但是在实际生活当中，面对各种技术指标或者使用要求成为建筑设计的主要矛盾时，建筑设计师就应该果断地放弃单纯的经济利益追求，应该提出更为人性化的设计方案，而这种人性化在很大程度上就体现在建筑的耐久性上面。
3.2 房屋结构周期性
在房屋的顶盖和框架结构设计的过程中，因为在加固墙体的同时使用填充物，使得结构设计的实际刚度大于设计计算得出的刚度范围，同时刚度的计算周期也大于实际周期。这时，在实际的受力情况中，会出现实际结构剪力偏小的状况，这就导致整个建筑体出现部分结构的不安全状况发生，从而大大降低了整个建筑的受力平衡。所以在设计过程中，对于高层建筑的房屋结构计算的周期应该进行合理的折减，以达到整个建筑受力的大致平衡，起到良好的施工效果，但是必须注意的是，对于房屋框架结构的折减一定不能小于常用的标准折减系数。
3.3 地下室层数设计
高层房屋等多架构的房屋，为了争取建设空间，一般都会设置地下室，但是由于地下室的隔墙相对较少，所以在通常的建设中会采用板筏来做基础。在建筑设计计算时，要将上部结构和下部结构（地下室）进行合理地结合，在工程设计图纸中，一定要按照实际的层数来通过电子计算机进行详细的数据处理。这样，地基纵向载荷以及基础底板就通过几次详尽的计算可达到比较满意的结果。与此同时，还可以通过比较侧层移的刚度系数来判断和调整房屋相对的嵌固位置，采取适当的措施来加固构造，从而保证楼板的最小厚度和最小配筋率保持在一个合理的受力范围内。另外，还需要考虑到，当高层建筑在设计中采用的是不规则的纵向结构时，地下室的层数设计首先要对其最薄弱的一层进行科学合理而又详尽的数据演算，从而通过电子计算机软件来验算出合理的构件厚度和强度，这样就可以保证在控制工程经费的前提下将地下室的工程质量提到最高。
3.4 基础形式的选择
高层建筑的基础形式应选用整体性好，能满足地基承载力和高层建筑容许变形的要求，并能调节不均匀沉降，达到安全实用和经济合理的目的。以下讨论平板式筏基和梁板式筏基经济合理的问题。平板式筏基与梁板式筏基相比较具有节约钢材、混凝土，施工工期短等优点。住宅一般开间小，即剪力墙间距小，并且剪力墙刚度大，所以剪力墙完全可以起到梁板式筏基中基础梁的作用。采用中国建筑科学研究院编制的JCCAD软件，用有限元法对不同基础形式进行基础计算，发现平板式筏基和梁板式筏基的板厚及配筋相差不多，但梁板式筏基却有基础梁的配筋、混凝土用量和基础梁支模等情况。当采用梁板式筏基时有的基础梁的刚度达不到它所应起到的刚度作用，计算时超筋。于是还要再增大梁的断面。从综合经济效益分析，对于采用剪力墙结构形式的高层住宅平板式筏基比梁板式筏基更经济合理。
4.结语
综上所述，在高层建筑结构设计工作中，结构工程师不但要注重结构计算的精确性，还要注重高层建筑结构方案的具体情况，选择合理的结构设计方案，并结合实际情况，认真处理好设计过程中出现的问题。
参考文献：
[1]邢涛.谈现代高层建筑设计要点及发展趋势[J].山西建筑，2014（13）.
[2]曹旭敏.高层建筑设计问题常见弊病及其诊治措施[J].建筑知识：学术刊，2014（B04）.
[3]刘进强，武垒.高层建筑设计问题分析[J].中国房地产业：理论版，2012（8）.
[4]周世航.浅谈高层建筑结构设计存在问题及解决对策[J].广西城镇建设，2016（05）.
[5]赵东晓.高层建筑结构设计的问题与对策研究[J].商品混凝土，2016（09）.
论文作者:陈盛钊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/21
标签：高层建筑论文; 结构论文; 结构设计论文; 刚度论文; 建筑论文; 建筑物论文; 基础论文; 《基层建设》2018年第4期论文;