摘要：针对高层建筑结构设计存在的方案不合理、高度超限、嵌固端选择及剪力墙布置不合理等问题，提出了优化结构方案选择、重视超高超限结构分析内容的把控、正确选择上部结构嵌固部位、合理布置剪力墙等方面切实可行的方法，为高层建筑结构设计人员更好地进行优化设计工作、提高优化水平提出了深层次思考。
关键词：高层建筑；建筑设计；结构设计
一、我国高层建筑结构设计概述
近年来，随着我国经济的快速发展，城镇化进程的加快，城市土地资源日趋紧张，高层建筑逐渐成为城镇建设中的主流建筑形式。对于高层建筑来说，使用人数通常较多，受到破坏时，容易出现较大伤亡，造成巨大的生命财产损失，故高层建筑结构设计，比多层建筑结构设计，各方面的要求都要更高。在进行高层建筑结构设计时，需要进行统筹兼顾，综合考虑建筑结构的竖向及水平载荷、抗震、使用功能等一系列的问题。在满足这些要求的基础上，还要考虑施工的可行性和结构的经济性等问题。因此，高层建筑结构设计是一项综合要求较高的工作。然而，在整个设计过程中，结构工程师主观因素影响较大，也容易出现一些导致高层建筑结构不合理、不经济甚至不安全的问题，这值得我们注意和探讨。
二、高层建筑结构设计中存在的问题
1.高层建筑结构方案不合理
当下建筑结构设计，在房地产等行业“高周转”模式的重压下，设计周期受到压缩，同时，设计院十几年来收费不变，降低设计成本成为获取利润的重要手段。在此背景下，高层建筑结构在设计前期确定方案阶段，普遍存在以下问题：1，结构对比方案少。现阶段高层建筑结构设计中，基础、上部方案普遍只有一到两个对比方案，有时限于时间、成本考虑，甚至未进行方案对比。2，对备选方案的分析不足，以主观判断为主。这常常体现在确定方案时，未进行经济性，可靠性，合理性的深入且综合的对比，而以主观判断为主。如：在未进行概预算数据对比，也未结合施工难度，工期等进行综合分析时，便主观进行经济性判断。
2.建筑高度超限
现阶段，建筑高度超限是设计中的常见问题，虽然在设计规范中对建筑结构的合理高度进行了明确，但是企业为了追求最大利润，在没有规划上的高度限制条件时，往往会选用规范中的B级高度，甚至超B级高度的建筑方案。超高层建筑使用人数更多，建筑面积更大，人员逃生困难，一旦遭受破坏，造成的生命财产损失将远大于多层建筑和普通高层建筑。
3.嵌固端的选择不合理
设计规范对高层建筑结构嵌固端的选择有刚度比的要求。经常有设计师为了追求经济性，仅简单地进行刚度比的判断，只要刚度比满足要求，即选用地下室顶板作为上部结构的嵌固部位。这种选择有些时候是安全可行的，但当地下室为半地下室、地下室顶板存在大开洞或较大高差时，会存在一定的安全隐患。
4.剪力墙设置不合理
剪力墙在建筑的结构中起着承载着水平和竖向荷载的作用。结构布置时，应确保其具有足够的强度、刚度以及抗倒塌能力。在实际工程中，由于业主对成本的严格要求，剪力墙结构的刚度往往仅能满足规范规定的最低要求。同时，为了满足使用要求，常常出现剪力墙以一个方向布置为主，另一方向为保证开窗、开门的宽度，仅设置刚好满足3倍墙厚的小墙肢的情况。另外，为了满足内部空间的使用要求，经常出现一字型剪力墙、短肢剪力墙。以上种种牺牲结构概念设计，满足使用要求的现象，有可能对结构整体的抗震性能造成较大的不良影响，影响结构安全。
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三、高层建筑结构设计中问题的解决策略
1.重视高层建筑结构方案的对比分析
建筑结构设计中，结构方案的选择应受到充分的重视。应该认识到，结构方案选择，很大程度上决定了最终整个结构是否能满足规范对于高层建筑结构安全适用、技术先进、经济合理、方便施工的要求。在进行结构方案对比分析时，应注意以下的问题：1，应选取不小于2~3个备选的结构方案进行深入对比。2，对于备选方案，应进行深入分析。能通过简单的数据分析选出优劣的，一定不要主观判断，因为主观判断，尤其是缺乏对比分析经验的主观判断，往往是错误的。而对于一些只能主观判断的指标，可逐项列出，然后依据数据分析的结果和多方探讨，综合评定最优方案，从而达到方案的最大合理化。
2.高度超限结构应严格按照规范要求把控结构的性能目标
高度超限在进行建筑结构设计时，需严格执行规范及《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》中对超限结构的要求，并特别重视以下两点：（1）重视结构的概念设计。概念设计做得好的结构，在地震中先天具备良好的抗震性能，并且软件分析结果也更为准确可靠。在超高结构中，应选用结构高度所对应的合理的结构形式，明确多道防线的要求，并严格控制建筑结构规则性。（2）做好结构全面分析。超限结构应至少采用结构分析软件进行以下5项分析：1，采用不少于两个不同力学模型的程序进行多遇地震下的分析；2，应进行多于地震下的弹性时程分析的补充验算；3，应根据建筑高度，选用静力弹塑性分析或动力弹塑性分析进行罕遇地震作用下的补充验算；4，应选定合理的性能目标并进行规范规定的性能分析；5，针对不规则项进行有针对性的分析，如楼板大开洞时应进行楼板应力分析等。施工图设计应依据以上分析的结果，进行包络设计，并针对分析中发现的薄弱部位，进行有针对性的加强，从而使超限结构达到预定的性能目标，保证结构安全。
3.正确选择上部结构嵌固部位
上部结构的嵌固部位设置在地下室顶板时，剪力墙的底部加强区从地下室顶板算起，且地下一层以下结构抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，故可在一定程度上降低地下室顶板以下构件的用钢量，提高结构的经济性，降低成本，因此，这种做法是值得推荐的。但是，地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，应满足以下两点：1，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。此处采用的刚度比应为等效剪切刚度比，笔者注意到，目前国内常用的计算软件，如PKPM，YJK并无等效剪切刚度比的输出，应手算判别。2，地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，应避免出现对基底剪力的传递造成不利影响因素，如：地下室应为纯地下室；主裙楼间地下室顶板无错层；地下室顶板靠近主楼的区域避免大开洞。若无法满足以上条件，应将嵌固端设置在顶板以下。此外，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，顶板及地下室墙柱的构造应满足相关规范的要求。
4.合理布置剪力墙
剪力墙应双向布置，并尽量使两个方向的刚度接近。当受到建筑限制，其中一个方向的剪力墙较少时，可在核心筒部位适当增设该方向剪力墙，使其得到加强，同时，增强该方向的连梁刚度，从而尽可能使两个方向刚度接近。此外，应尽量避免设置短肢剪力墙及一字型剪力墙，当内部空间使用有要求时，可通过改变结构布置、一字型剪力墙增设端柱、短肢剪力墙改柱等方法处理。
结语
高层建筑结构设计人员要立足于加快城市建设进程和社会经济快速增长的大局，要看到高层建筑物在结构、功能和资源上的优势，有针对性地采取优化设计策略，以严谨的精神、科学的手段、系统的措施进行高层建筑结构的优化设计工作，从初始阶段就奠定好精品高层建筑结构的基础，对高层建筑结构施工建设产生更加直接、更加规范的引导和影响，系统强化，全面保障高层建筑结构施工质量和建设成果。
参考文献
[1]朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析JGJ3-2010[M].北京:中国建筑工业出版社,2013.
论文作者:郭永源
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/13
标签：结构论文; 顶板论文; 建筑结构论文; 地下室论文; 刚度论文; 方案论文; 高层建筑论文; 《基层建设》2019年第29期论文;