摘要：随着各地城市化进程的不断加快，高层建筑在我国大量涌现，高层建筑土建工程结构安全性设计也开始成为学界关注的焦点，近年来学界围绕高层建筑抗震设计、风荷载优化设计开展的大量研究源于这种关注，基于此，本文简单分析了高层建筑土建工程结构安全性设计标准、措施，并结合实例开展了更为深入研究，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键词：高层建筑；土建工程结构；安全性设计
前言
高层建筑首先需要满足人们的安全需求，这一需求的满足必须得到高质量的高层建筑土建工程结构安全性设计支持，但在笔者的实际调研中发现，很多设计师不能较好结合抗震等级标准、牢固性标准构件承载力标准等要求开展高层建筑土建工程结构设计，而为了尽可能避免这类情况出现，正是本文围绕高层建筑土建工程结构安全性设计开展具体研究的原因所在。
1.高层建筑土建工程结构安全性设计标准、措施
1.1安全性设计标准
高层建筑土建工程结构安全性设计标准主要包括抗震等级标准、耐久性标准、构件承载力标准，具体标准内容如下所示：（1）构件承载力标准。在高层建筑土建工程结构安全性设计中，设计师必须围绕高层建筑的设防类别、结构类型、烈度和房屋高度四个因素开展抗震设计，由此保证高层建筑构架的整体牢固性即可有效降低地震对高层建筑造成的破坏，同时设计师在设计过程还需要考虑延展性、冗余度等因素。（2）耐久性标准。受高层建筑的特殊性影响，耐久性标准也是设计师在土建工程结构安全性设计中必须考虑的问题，地基沉降、混凝土腐蚀等原因可能造成的高层建筑土建工程结构耐久性变化必须得到关注，因此设计师必须充分参考国内外相关标准进一步降低高层建筑安全事故出现几率。（3）构件承载力标准。围绕构件承载力标准的高层建筑土建工程结构安全性设计需考虑材料强度系数、荷载系数，行业规定的高层建筑荷载要求也必须在设计中得到重点体现，由此即可保证土建工程结构设计拥有较高的安全系数[1]。
1.2安全性设计措施
1.2.1加强混凝土结构耐久性
为开展高质量的高层建筑土建工程结构安全性设计，混凝土结构耐久性的保证应成为首要关注目标，围绕该目标的安全性设计策略如下所示：（1）合理设置混凝土养护期。在笔者的实际调研中发现，我国很多地区很多高层建筑土建工程结构设计存在盲目缩短工期情况，混凝土养护期往往因此大幅缩短，混凝土结构耐久性很容易受到影响，因此本文建议有关部门加强对高层建筑混凝土养护期的审查，同时设计师也必须认识到合理设置混凝土养护期的重要性。（2）建设合理的混凝土体系。设计师必须关注整个高层建筑土建工程结构中的受力钢架合理配置情况并融入裂缝宽度和抗裂计算，引入风洞实验等新型技术也将为混凝土结构耐久性提升提供支持[2]。
1.2.2开展高质量抗震设计
抗震设计属于高层建筑土建工程结构安全性设计的重要组成，这一设计应围绕场地选择、布局合理性设置、参数计算工作开展，具体措施内容如下所示：（1）场地选择。需选择平坦场地作为高层建筑场地，同时避免建筑场地位于地震断裂后软土区域。（2）布局合理性设置。设计师需全面考虑高层建筑土建工程结构的平面设计、立体设计、空间设置，同时在设计过程融入抗震理念并遵循结构设计平衡性原则。（3）参数计算。高质量的抗震设计离不开大量参数计算工作的支持，设计师应围绕地震冲击力带来的损失、土建工程结构实际承载力开展计算工作，这一计算可使用弹塑性时程分析法、振型分解反应谱法、基底剪力法，以此真正保证高层建筑满足我国政府提出的“小震不坏、中震可修、大震不倒”抗震要求。
2.高层建筑土建工程结构安全性设计实例分析
2.1抗震设计实例
2.1.1工程概况
为提升研究实践价值，选择了某地建筑高度为258m、场地类别为Ⅱ类、抗震设防烈度为7度的框筒结构S超限高层建筑土建工程结构安全性设计作为研究实例。
2.1.2具体设计
S超限高层建筑土建工程结构安全性设计主要围绕剪重比、基础刚度展开，具体设计内容如下所示：（1）剪重比把握。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对剪重比这一抗震设计的重要指标做出了明确要求，因此S超限高层建筑设计人员在土建工程结构安全性设计中采用了放大楼层地震剪力、在规定范围内选取较小的周期折减系数、提高结构刚度等具体设计方案。在S超限高层建筑设计初期，设计人员发现建筑土建工程结构1~15层剪重比为0.93%~1.185%，这一数值低于规定的1.20%剪重比限值，因此设计人员将200mm的剪力墙加厚至300mm、400mm的剪力墙加厚至600mm，同时引入了周期折减方法，通过选择较小的周期折减系数提升判别值β，S超限高层建筑土建工程结构1~15层剪重比变为1.22%~1.29%，该剪重比的把握有效提升了建筑土建工程结构的抗震性能、安全性能。（2）基础刚度控制。为进一步提升S超限高层建筑土建工程结构基础刚度，设计师采用了图1所示的隔震结构整体基础转动刚度计算简图开展计算，并同时开展了重力二阶效应引发的结构侧移增幅控制，由此S超限高层建筑土建工程结构在地震作用下的基础刚度、内力分布局部影响被控制在合理区间，该工程结构的安全性设计水平进一步提升[3]。
图 1 隔震结构整体基础转动刚度计算简图（左立面图、右平面图）
2.2基于风荷载的设计实例
2.2.1工程概况
选择了某地建筑高度为600m、场地类别为Ⅰ类、带外伸臂的混合结构Y超限建筑作为研究对象，受600m的建筑高度影响，风荷载对Y超限高层建筑土建工程结构安全性设计提出了较高挑战，因此设计人员开展了针对性的优化设计。
2.2.2具体设计
为降低风荷载对Y超限高层建筑土建工程结构安全性造成的影响，设计人员通过建立1：500风洞模型开展了结构受力控制因素风荷载的研究，通过ANSYS有限元等专业结构设计软件实现了风荷载的科学研究分析，由此设计人员开展了如下Y超限高层建筑土建工程结构安全性设计（1）结构优化设计。考虑风荷载影响，设计师最终确定了向天空方向拉伸的土建工程结构设计，同时设计选择了形成平面微微渐退的锥形尖顶，由此形成了凹四角正方形平面形式及流线型的外立面形式，该建筑因此得以拥有连续的渐变角且大部分外立面为垂直状态，通过对比常见的正方体或长方体立柱结构外形建筑，Y超限高层建筑土建工程结构的风力载荷抗力降低35%、倾覆力矩抗力降低32%。（2）结构的平面、立面优化设计。图2为借助风洞实验实现的Y超限高层建筑土建工程结构优化设计，由此可发现风洞实验能够为高层建筑土建工程结构安全性设计提供的支持。
图 2 Y超限高层建筑土建工程结构优化设计（平面、立面）
结论：综上所述，高层建筑土建工程结构安全性设计具备较高现实意义。而在此基础上，本文围绕S超限高层建筑、Y超限高层建筑开展的剪重比把握、基础刚度控制、结构优化设计、结构的平面与立面优化设计等内容论述，则证明了研究具备的较高实践价值。因此，在高层建筑土建工程结构安全性设计相关的理论研究和实践探索中，本文内容能够发挥一定参考作用。
参考文献
[1]项震炜.复杂高层与超高层建筑结构设计要点分析[J].城市建设理论研究（电子版），2017（07）：110-111.
[2]何绪家，管西亮.浅谈混凝土高层建筑结构设计[J].江西建材，2016（06）：59+64.
[3]王泰康.关于目前高层建筑结构安全设计的若干问题探讨[J].科技创新与应用，2015（14）：233.
论文作者:周殿松
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/23
标签：土建论文; 高层建筑论文; 结构论文; 工程论文; 安全性论文; 荷载论文; 标准论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;