关键词：高层建筑；结构设计；问题；对策
引言
随着社会的不断发展，农村人口不断涌向城市，导致城市用地越来越多。为了更好地解决城市用地问题，通过建设高层建筑可以很好地节约城市用地面积，满足人们的需求。在高层结构设计中，需要考虑的因素比较多，还需要很多要完善的地方，所以需要加强对高层建筑结构设计研究，从而更好地提升高层建筑施工质量。
一、高层建筑的特点
高层建筑相对于低层建筑，不仅有较大竖向荷载，而且随着高度的增加，水平荷载和地震作用都将有显著的提高，往往在高层建筑设计中，水平荷载和地震作用将成为设计的决定因素。所以，竖向结构体系的设计成为关键。为使竖向结构体系有足够的承载能力和刚度以及良好的抗震性能，必须选择合理的结构体系布置方案、基础形式、结构材料。
此外，随着我国经济的不断发展，建筑类型和功能也日益复杂，结构体系也更加的多样化。特别是在高层建筑设计中，必然是各相关专业的密切配合，才能做出安全、经济、舒适的设计。
二、高层建筑设计中存在的问题及对策
1、高层建筑的结构类型
目前钢和钢筋混凝土是建筑高层建筑的常用材料。对于钢筋混凝土结构而言，其具有较好的经济性，材料来源具有多样性特点，能够针对各种复杂的断面形状进行浇筑，将各类结构体系更好的体现出来，整体结构耐久性和防火性具有一定的优势。针对于钢筋混凝土结构进行科学和规范的设计，能够更好地发挥出结构的抗震性能。但钢筋混凝土结构使用时存在构件断面大及自重大的问题。对于钢结构时，其在强度和韧性方面具有较强的优势，同时结构断面小、自重轻，具有较强的抗震性。通过在工厂中对钢结构构件进行加工，可以实现施工工期的节约。但构件用钢量较大，造价相对较高，防火性能不强，使用过程中需要大量的防火涂料，无论是施工周期还是成本都会有所增加。因此要针对建筑的实际情况来选择适宜的结构类型。从建筑业发展的趋势，可采用更为合理的钢和钢筋混凝土材料组合结构，进一步保证结构的稳固性和安全性。
2、建筑高度及平面布置
建筑高度的增加，结构底部的倾覆力矩也相应增大。应根据抗侧力构件承担的倾覆力矩比值来确定结构体系的类型。并按规范确定相应结构体系的最大适用高度。结构体系确定后，抗侧力构件应按“均匀、对称”的原则进行平面布置，竖向抗侧力构件自下而上均匀变化，避免刚度和承载力的突变，遵循下大上小的原则。对于平面和竖向不规则的结构，建筑的最大适用高度应适当的减小。
3、高层建筑结构基础设计
在高层建筑结构设计中，基础设计是非常重要一部分。在基础设计中，需要对高层施工条件和周围建筑影响因素进行合理的分析，结合地质条件选择合理的基础设计方案。与低层建筑相比，高层建筑有较大的埋深，部分设计人员在设计中未引起足够的重视，存在后期开挖基础以达到增加建筑层高和层数的现象，给建筑物的安全带来严重隐患。基础埋深应严格按《高规》的如下规定执行：天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15；桩基础，不计桩长可取房屋高度的1/18。高层建筑传至基础的荷载较大，常采用桩基础将荷载传至较深的持力层上，需要注意的是采用摩擦桩的效果并不好，一是回填土的压实困难，二是地震时会因为土壤扰动丧失摩擦力。所以有条件时尽量选择端承桩和嵌岩桩。
4、建筑抗震设防类别的确定
建筑抗震设防类别的划分主要是根据建筑遭受地震损坏对各方面影响后果的严重性所需考虑的因素划分为“特殊设防类、重点设防类、标准设防类、适度设防类”。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于高层建筑只有特殊设防类、重点设防类、标准设防类三类，没有适度设防类。需要注意的是建筑各区段的抗震类别不同时，可以按不同的抗震类别设计，下部区段的类别不应低于上部区段。对于区段抗震类别的划分，局部地区可能有不同的规定。设计前应收集所在地区的相关文件。
5、结构嵌固端的设置
高层建筑结构中的嵌固端存在两大设计问题，分别是位置的设置和自身的刚度。在结构设计阶段，应确保嵌固端被设置在准确合理的部位。当嵌固端设置在地下室顶板处时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2，设计中容易忽视此处的刚度比为地下一层相关范围与首层的比值，“相关范围”是指地上结构周边外延不大于20米且不大于三跨的范围。当地下室顶板不能做为嵌固端，嵌固端下移至基础顶或是具备嵌固条件的楼层时，设计中容易忽视地下室顶板实际的嵌固作用，此时地下室顶板也应该按嵌固端的要求进行楼层设计。
6、荷载对结构设计的影响
荷载包括恒载、活荷载、风荷载、地震作用等。高层建筑设计中主要是水平荷载起控制作用。风荷载的大小，与建筑物本身的高度、形状，表面状况以及所处的环境、地貌有关，应准确计算风荷载作用，满足结构承载力和舒适度的要求。地震作用的大小取决于建筑物本身的动力特性，建筑物的质量以及场地土的性质。设计时，填充墙应尽量采用轻质材料减小建筑物本身的质量。勘察报告对场场类别的判定很多时候没有考虑场地根据建筑布置平场后的影响，作为设计人员，如发现场地类别与勘察报告有较大差异，应要求勘察部门提供准确的场地类别。水平荷载力直接关系到高层建筑物的安全，一旦破坏将造成严重的后果，因此在设计时需要精准计算水平荷载力，满足建筑物的使用要求，并具有足够的安全度。
7、结构计算软件的合理运用
计算机技术在结构设计中的应用，有效地提高了结构设计的效率，但在实际结构设计过程中还存在一定的约束因素。在当前部分设计人员太过信任软件的计算结果，对结构受力的合理性缺乏足够的重视。在实际计算过程中应选择合理的计算简图，明确的传力路径，以此来保证计算模型或是计算简图能够与实际工程状况相符。设计人员应至少掌握两种不同力学模型的结构分析软件，特别是对体型复杂、超限的高层建筑应采用不同的结构分析软件进行整体计算分析比较。
三、高层建筑结构设计原则
1、结构体系的选择：在高层建筑设计中，应根据抗侧力构件的布置和结构高度选择合理的结构体系。
2、结构平面布置：结构平面布置应对称、均匀、抗侧力构件应双向布置；构件传力路径应简单、明确。平面形状尽量满足规范对规则性判定要求。
3、结构竖向布置：高层建筑的竖向结构的侧向刚度应逐渐均匀变化，宜下大上小。避免有过大的悬挑和收进。
4、基础设计：高层建筑的基础应综合考虑拟建建筑的场地条件、上部结构体系的类型，采用整体性好，满足地基承载力和容许变形的基础形式。
4、重视结构概念设计：在地震作用下要满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的要求，结构体系应该尽可能做到“均匀、对称、规则、简单”，这些都应该在结构的概念设计中得到体现。
结语
随着城市的不断发展，高层建筑越来越多。在高层建筑设计中，通过制定合理的结构设计方案，能够更好地保证后期施工顺利进行，而且能够更好地延长高层建筑使用寿命。
参考文献
[1]何小雄.建筑结构设计中存在的问题与解决对策分析[J].住宅与房地产,2019(6):78.
[2]张晓锋.高层建筑结构设计的问题与对策研究[J].建筑与装饰，2018（12）：6+11.
[3]蔡伟.高层民用建筑结构设计的问题及对策分析[J].住宅与房地产,2019(6):81.
论文作者:毛祖阳
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年2月4 期
论文发表时间:2020/4/22
标签：结构论文; 高层建筑论文; 荷载论文; 结构设计论文; 建筑论文; 构件论文; 基础论文; 《工程管理前沿》2020年2月4 期论文;