摘要：随着经济发展及建筑技术的进步,高层建筑已成为目前普遍的建筑形式。文章对高层建筑的结构特点、设计在存在问题及应对措施等方面进行分析，供广大同行探讨，共同提高设计水平。
关键词：高层建筑;结构设计;特点；问题；对策
前言
随着中国城镇化的快速发展，每年都有大量的高层建筑建设和竣工使用。高层建筑结构受外部条件影响的因素更多，设计更多复杂，考虑的因素更多，如果考虑稍有不周，则会对工程质量和安全构成隐患。因此，应分析和总结高层建筑结构设计中存在问题，并采取有效应对措施，提升建筑物结构设计质量。
一、高层建筑结构设计的含义及特点
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010，高层建筑是指10层及10层以上或者房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的非单层厂房、仓库和其它高层民用建筑。其特点如下：
高层建筑较多层、低层建筑有更严格的设计指标要求，涉及到的内容更复杂广泛，抗震性能要求更加严格，更需注重概念设计，对各个专业设计影响更大。
1、水平荷载起着决定作用
水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖向构件中引起的轴力，与楼房高度的两次方成正比，高层建筑楼面使用荷载和楼房自重在竖构件中所引起的弯矩和轴力的数值，仅与建筑高度的一次方成正比，对某一定高度楼房来说，它的竖向荷载大体上是定值，但是其水平荷载却不是定值，它随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。
2、结构延性
结构延性是高层建筑结构设计要考虑的重要指标之一，高层建筑遇到地震作用时，结构会产生较大变形，容易出现倒塌问题，必须在其构造设计上采取相应的措施，确保建筑结构具有足够的延性，提升其变形能力，降低其因地震作用引发的倒塌问题。
3、轴向变形
高层建筑竖向荷载较大，在柱中容易引发较大轴向变形，使得连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外它还会对预测构件的下料长度、构件剪力和侧移等产生影响。
4、侧移
高层建筑结构设计应重视结构侧移问题。高层建筑中，水平荷载下结构的侧移变形情况会与建筑高度有密切关系，高度增加，侧移变形也相对增大，与建筑高度的四次方成正比，因此，在水平荷载作用下，应将结构的侧移控制在一定的限度范围内。
二、高层建筑结构设计存在的问题
高层建筑结构设计质量虽然取得了很大成绩，但仍存在不少问题，其中主要包括以下几方面：
1、超高
目前,许多业主为了最大限度地提高收益,均要求建筑物的高度达到极限,而不按有关设计规定执行。建筑物超高，会对建筑结构的质量和安全构成严重影响，当遇到极端天气和自然灾害时，会容易出现倒塌等问题，造成经济损失。
2、短肢剪力墙
高层建筑结构中，基于各种因素的考虑,会把短肢剪力墙考虑到设计方案中,但如果使用短肢剪力墙不当或增加数量过度,影响到墙体的抗震性能,损害高层建筑使用期间的安全性和稳定性,容易引发安全隐患。
3、结构体系设计不合理
个别设计人员,由于考虑不周,导致进行高层建筑结构体系设计过程中,存在较多问题,自身受力形态不合理,会影响到结构的稳定性和抗震性能。工程所在地不同,其结构设计的抗震等级要求也有所区别,应结合工程所在区的实际情况和抗震等级要求,采用相应的结构形式,此外,还应对高层建筑的荷载分布情况进行分析,在综合考虑后,最终确定高层建筑的结构形式,如框架-剪力墙结构、钢结构、或其它形式的结构。如果不对项目进行具体分析，就盲目照抄其它项目进行设计，没有合理确定建筑结构体系，很可能会产生质量和安全隐患。
三、高层结构设计常见问题的解决对策
1、控制结构超高
要严格按照有关设计规范和要求，确定建筑物的高度。建筑高度超高，会导致结构设计中的某些参数超出了现有规范的适宜范围，发生了质变，比如力学模型选取、材料性能、延性要求、荷载取值、安全指标等，这些参数不准确时，设计出来的图纸也会有严重的问题，这样施工出来的建筑就会有工程质量问题与安全隐患。
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2、优化平面布局设计
高层建筑结构设计，由于未能做到三心合一，产生扭转问题，导致结构不能均匀分布质量。所以，在具体设计时，应尽可能采用规则形状，
包括正方形、矩形、正多边形、圆形等，这些形状，均容易使到建筑质量均匀分配，尽量避免采用T形、L形、十字形等形状，如果工程项目因特别情况如地质或结构要求，必须采用时，一定要严格按照规范规定要求设计，避免结构突出部分过大，以确保建筑物能呈现对称性。
3、优化抗风结构设计
高层建筑容易受风力作用而受损，因此，必须做好以下工作：
（1）基础设计。高层建筑必须拥有较好的基础，才能抵抗风的作用。
在进行基础设计时，必须采用级配较高的砂石，在受力层增加抗拔锚杆。
（2）减少水平荷载和风力叠加作用的影响
高层建筑高度相当，当遇强风时，容易产生结构内力，如果水平方面产生结构内力，再加上风力的影响，两者叠加，其产生的破坏力更大。因此，设计时要考虑到水平力的作用和影响，在实际施工时应采用高性能混凝土，避免出现结构内力。
（3）增大结构的承载力和抗风力
依据高层建筑的各项数据，进行建筑的承载力计算和抗风力计算，以此为前提制订放大系数，才能保证高层建筑具有较高的抗风作用。
4、优化抗震结构设计
抗震设计是高层建筑结构设计的一个难点。设计时要做好以下工作：
（1）确定抗侧力构件的位置，在设计高层建筑时，如果能够较好的保证水平方向的对称性，则可以有效降低地震对高层建筑的影响，在设计时利用改变抗侧力构件的位置，可以在建设中形成应力分布系统，与竖直方面的侧力构件结合在一起，形成更为完整的应力分布系统，可以保证建筑具有更好的连续性和稳定性，有效应对地震。
（2）做好地基的抗震效果。在产生地震时，高层建筑的地基容易受到损坏，为了保证地基的安全性，可以增加桩基埋深，使桩基与上部结构紧密联系在一起，可以增加基础的抗震能力。
（3）设计高质量的剪力墙。具有较高性能的剪力墙，在发生地震现象时，可以吸引建筑产生的内力，使墙体和楼板的刚度增加，防止建筑物产生位移，具有较好的防震效果。
四、工程实例分析
工程概况：本工程为商业办公用房，位于南海区平洲三山。共有16层，一层地下室车库。地下室层高为4.850，首层层高为6.0m，二～十六层的层高均为4.500m，建筑总高度为73.50m，X、Y两个方向的跨度分别是53.1m、17.2m。
本工程属于A级高层建筑，采用剪力墙结构，结构设计使用年限为50年，抗震设防类别为丙类建筑，地震基本烈度为7度。本单体的计算参数取值及构造处理措施如下：
1、板厚取值。标准层楼板跨度主要有5.2m和6.3m两种，本项目板厚取值按跨度的三十五分之一，然后再适当加厚一点，故板厚分别取160mm及200mm，这样板厚的挠度值和刚度控制在合理的范围内，并且有一定的富余度。
2、荷载取值。由于办公用房具有灵活多变的使用功能，甲方要求办公用房预留板上隔墙及夹层荷载。办公楼规范要求荷载为2.0 kN/m2，实际计算考虑荷载为3.5kN/m2。故计算荷载取值时，必须预留充足的荷载，考虑甲方的真实想法和意图，避免少荷载、漏荷载情况。
3、加强构造措施。本单体标准层梁、板砼强度等级采用C30，钢筋全部采用HRB400，板跨度大于4m的楼板，要求构造起拱2‰，全楼板支座面筋拉通后再附加支座钢筋，可以控制楼板开裂问题，提高安全储备。
五、结论
高层建筑规模的不断发展，其建筑层数和结构也更加复杂多样，结构设计师将面对更多的机遇与挑战。因此，我们应当在实践中不断总结经验，化解设计中出现的问题和难点，深入研究每项工程的具体特点，并根据有关规范要求，采用有效的应对措施，提高设计质量，为市民创造更多更好的建筑作品。
参考文献
[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010.
[2]王号.高层建筑结构设计相关问题及对策分析，低碳世界,2015,(01).
论文作者:李文乐
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/23
标签：高层建筑论文; 荷载论文; 结构论文; 结构设计论文; 建筑论文; 高度论文; 水平论文; 《基层建设》2019年第4期论文;