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摘要：在高层建筑的建设中，其结构设计是一个重要方面，直接关系到高层建筑的安全性能。对此，本文将主要探讨高层建筑结构设计中存在的问题，并提出相应对策，以提高高层建筑结构设计的合理性和稳定性。
关键词：高层建筑；结构设计
在城市化进程中，城市土地可利用的面积不断减少，如何高效的利用好这有限的建设用地是一个重要问题，而新建高层建筑是城市建设的未来发展方向。而在高层建筑的建设中，结构设计是一个重要的组成部分，其不仅影响到高层建筑的施工，还关系到其安全性能。高层建筑受水平力作用比较明显，尤其是随着建筑物高度的增加，水平力产生的内力和位移迅速增大，高层建筑过大的侧移不仅影响居住者的舒适度，还会损坏结构构件和非结构构件等。除此以外，高层建筑结构设计中还有诸多问题，本文也将对此进行分析，并提出相应解决对策。
一、高层建筑结构设计的问题
1、扭转问题
刚度中心、几何形心、结构重心是建筑结构设计中的三心，在建筑结构设计中，使建筑三心归于一点，形成三心合一，一直是一个重要目标。但在高层建筑结构设计中，由于其结构复杂，特别是因功能需要，往往不能设计的完全对称，因此很难真正使刚度中心、几何形心、结构重心归于一点，从而使高层建筑出现扭转问题。高层建筑在这种状态下，容易受到水平力的影响，出现扭转震动现象，使建筑结构受到损坏。
2、超高问题
在高层建筑的设计和建设中，其高度确定是一个很重要的问题，高层建筑的高度设计必须要满足其结构及抗震要求。但就目前来看，我国并没有一个明确的、统一的有关建筑结构防火、抗震、超高结构体系的规范与划分。一般而言，高层建筑是指24米高以上的建筑，而超高层建筑是指高度在100米以上的建筑。虽然在建筑高度、抗震规范设计中，对高层建筑的高度有明确的限制，但在实践过程中，建筑结构类型的变更而导致施工图的更改，最终出现超高问题，将会影响高层建筑的施工进度和整体规划。
3、地基承载力问题
对于高层建筑而言，由于其用途广泛，对空间利用要求较高，因此结构设计师有必要首先根据高层建筑的空间组成特点，进而确定高层建筑的具体结构。由于高层建筑的重力始终向下，作用于地基，因此在高层建筑的结构设计中，考虑高层建筑的结构体系，尤其是向下的作用力与地基的承载力之间是否相符合，如果向下作用力超出了地基承载力的范围，那么就说明该高层建筑的结构体系是不稳定的。
4、设备承载设计问题
高层建筑从其功能利用上来看，多是以写字楼和办公场所为主，因此在具体的设计中，还应该综合考虑空调等设备的安装。与其他设备的安装不同，空调等设备的安装更多的是安装于楼层间的梁底之下，而其他设备却较多的安装于的安装于梁上。如果梁底没有开洞，那么空调等设备将无法安装，因此从这方面来讲，对梁的承载力计算和校验就显得尤为重要，如果计算不够精确，可能会导致梁底承载力不足而出现安全结构问题。
5、抗震结构设计问题
在高层建筑结构设计中，抗震问题一直是一个重要问题，要提高建筑结构的安全性和稳定性，就需要协调好抗震烈度与结构设计之间的关系。由于高层建筑结构设计复杂，因此在设计中对抗震性能进行计算时常出现不够精确的现象，从而使高层建筑在抗震结构设计上存在漏洞，而这会使高层建筑在地震中出现破坏。此外，当前我国建筑构造规定的安全度和抗震计算方法相对较低，在轴压比、配筋率、梁柱承载力匹配程度等抗震延性的相关规定也不够严格，这些都影响了高层建筑在抗震结构上设计的合理性。
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二、高层建筑结构设计问题的解决对策
1、选用合理的平面布局或结构形式
在高层建筑结构设计中，由于三心不归一，而使得建筑物出现扭转问题，导致整个建筑结构受到破坏，这具有很大的危害性。在建筑结构设计中为防止这类问题的出现，结构设计人员应该选用相对规则合理的平面图形及结构形式，尽可能使建筑结构三心合一。比如，结构设计人员在选用平面图形时，应该使用正方形、矩形、正多边形、圆形等规则简单、分布均匀的平面形式，而不要使用L形、T形、十字形等复杂不利于计算的平面图形。而在设计选用高层建筑结构形式时，除了要满足建筑功能需求以外，还要根据相应建筑规范进行设计，保证结构形式的对称性，尽量避免使建筑结构部分过大。
2、控制建筑物高度
在《高层建筑混凝土结构技术规程》中，对高层建筑的结构和高度有严格的规定，这使高层建筑的结构设计方法有了很大的改进。针对高层建筑超高问题的影响，在进行设计时，应该合理确定高层建筑的高度，通过各专业的协调，使高层建筑的整体设计达到最优。同时，对于施工过程中的任意修改，也应该强化修改流程，杜绝任意增加高度的行为。
3、确定地基承载力
地基承载力是高层建筑结构设计中需要考虑的重要因素，在结构设计之初，就需要对高层建筑的承重墙和承重柱的布局和数量等有个明确的估算，同时还需要根据地基土性质、地基土生成条件，计算出地基承载力。将地基的极限承载力除以一定的安全系数以后，得出地基的容许承载力，比较高层建筑结构体系向下的作用力，与地基的容许承载力之间的大小，在地基承载力范围之内进行高层结构设计，只有这样才能保证高层建筑的安全性。
4、确定梁的承载力
在高层建筑结构设计时，要精确计算梁的承载力，避免因为承载力不足而出现安全结构问题。对于需要进行梁底开洞的钢筋，结构设计人员可以通过孔洞周边补强筋以及开孔梁挠度、裂缝宽度等数据进行分析。对于钢筋混凝土梁腹部开孔，《高层建筑混凝土结构技术规程》《混凝土结构构造手册》等，对钢筋混凝土梁腹部开孔位置、大小、流程等都进行了明确的规定，因此设计人员在计算梁的承载力时，还需要根据腹部开孔情况，以提高钢筋混凝土梁承载力计算的精确度。精确的承载力计算，对于提高建筑结构设计稳定性有重要意义。此外，针对梁上开孔的遗留问题，还可通过在梁上设置无粘结预应力筋及加强配筋来减少温度应力对建筑结构的影响，确保高层建筑结构设计的稳定性。
5、优化抗震结构设计
为了进一步提高城市高层建筑结构设计的安全性以及稳定性，建筑结构设计单位在高层建筑结构设计方面做出了重大的努力，取得了重大的突破，高层建筑结构安全性以及稳定性水平得到进一步提升。一般而言，在抗震烈度为七级及以上时，对于高层建筑的抗震结构，首先需要布置合理的抗侧力构件，形成应力分布系统。在高层建筑的结构设计中，在水平方向上布置抗侧力构件，能够保证在水平方向上的对称，有效降低高层建筑在地震中遭到破坏的可能性，而在垂直方向上布置抗侧力构件，能够增强结构的稳定性，提高高层建筑的抗震能力；其次，应增加地基的抗震能力。在地震中，高层建筑的地基容易受到破坏，从而使得建筑的整体稳定性下降，发生倒塌的危险，对此可以在进行基础施工时通过增加桩基埋深，或者在结构设计中增加桩基与上层结构的联动性来提高高层建筑的基础抗震能力；此外，在高层建筑的结构设计中，高性能剪力墙也能够有效消除地震中高层建筑所受到的冲击力，因此可以通过适当增加墙体刚度和楼板刚度，形成高性能剪力墙，来控制建筑位移，达到抗震目的；如果高层建筑的结构是一个整体，那么在受到外力冲击时，都能够在这个结构体系中迅速消除，因此在进行高层建筑结构抗震设计时，要注意将建筑中的各个关节打通，使其畅通无阻，能够最大限度地减少外力作用，通过对柱子、楼板进行一体化设计，增强高层建筑的整体性和刚度，进而增强高层建筑的抗震能力。
三、结语
高层建筑结构设计是一项技术性很强的工作，结构设计的好坏，将影响到高层建筑的稳定性和安全性。在高层建筑结构设计中，扭转问题、超高问题、地基承载力问题、设备承载设计问题和抗震结构设计问题，是较为常见的问题，设计人员设计时有必要针对这些问题进行合理的设计，以确保高层建筑结构的安全稳定。
参考文献：
[1]王续晶.高层建筑结构设计问题探讨[J]价值工程，2011（25）
[2]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，2012（09）
个人简介：
陈明（1984.6-），男，广西玉林人，助理工程师，本科，从事建筑工程结构设计工作。
论文作者:陈明
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/12/1
标签：高层建筑论文; 结构设计论文; 结构论文; 承载力论文; 建筑结构论文; 建筑论文; 地基论文; 《基层建设》2015年17期论文;