摘要：随着我国经济的发展，人口数量的增加，使城市高层建筑成为城市建筑结构的主流。随着高层建筑结构体系的多样化发展，高层建筑的结构设计中存在的一些问题，直接影响了高层建筑的质量。如何解决高层建筑结构设计中存在的一些问题，已成为当前建筑师重点研究的问题。本文通过对高层建筑结构的设计特点进行研究，分析了高层建筑结构设计存在哪些问题，并提出解决对策，仅供参考。
关键词：高层建筑；结构设计；设计特点；设计原则
1 概述
随着城市化建设进程不断加快，城市居民人均居住面积不断缩小，土地资源日益紧张，给高层建筑带来了极大的发展空间。 高层建筑提高了土地利用率，增大了人均居住面积，已经成为城市未来发展的主要方向，并逐步深入到人们的日常生活中去。 结构设计是高层建筑的关键部分，直接影响了高层建筑的实用性能以及后期的维护，做好高层建筑的结构设计，使其满足抗风、抗震等相关标准的同时，还能方便居住用户的生产和生活。
2 高层建筑结构设计的特点
与一般的建筑结构设计相比较而言，高层建筑结构设计要求的专业性更强，对于不同的结构体系，影响建筑平面的布置、 楼层高度和立面体积等，而且可以影响建筑工程造价的高度，其结构的设计特点主要包括：
2.1 水平力设计。
在一般的建筑结构设计中，以重力为代表的竖向荷载控制着建筑结构的设计，但是在高层结构设计中，竖向荷载对结构设计有着重要的影响，而水平荷载起着决定性的作用。这主要是因为楼面和在和建筑结构的自重在结构竖向构件中的轴力和弯矩数据，仅仅与建筑结构的高度有关，成正比例关系；与建筑结构的倾覆力矩、 竖向构件上的轴力等，与建筑的高度的二次方成正比。 另一方面，对于一定高度的建筑物来说，竖向荷载一般为定值，而水平荷载中的风荷载和地震作用，随着结构动力性的变化而变化。
2.2 抗震设计。
高层建筑结构的设计，往往需要考虑结构的抗震设计，而抗震设计出了要考虑正常使用时的竖向荷载和风荷载之外，还需要使结构具备良好的抗震性能，在发生地震时，降低建筑受损的程度。
2.3 轴向变形设计。
高层建筑物的轴向变形设计通常采用框架体系和框架，也就是剪力墙体系。 在高层建筑结构中，框架中柱的轴压应力一般比边柱的轴压应力要大，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。 当楼层比较高时，这种轴向变形的差距将会拉大，其后果相当于连续梁中间的支座下沉。
3 高层建筑结构设计的原则
3.1 选择合理的高层建筑结构计算简图
在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算，如果选择不合理的计算简图，那么就比较容易造成由于结构安发生的事故，基于此，高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时，计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中，其结构节点不单是钢节点或者饺节点，保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。
3.2 选择合理的高层建筑结构基础设计
按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。 综合分析高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况，考虑施工条件，相邻的建筑物的影响等各个因素，在此基础上选择科学合理的基础方案。 基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥，必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告，如果缺失，那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下，相同结构单元应该采用相同的类型。
3.3 选择合理的高层建筑结构方案
合理的结构设计方案必须满足经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确，传力简单。 在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，如果高层建筑处于地震区，那么应力需要平面和竖向的规则。在进行了地理条件，工程设计需求，施工条件，材料等的综合分析的基础上，并和建筑包括水，暖，电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。
3.4 对计算结果进行准确的分析
随着科技的不断进步，计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。 当前市场上存在着形形色色的计算软件，采用不同的软件得到的结果可能不同，所以，建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下，选择合适的软件进行计算。 由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符，所以进行计算机辅助设计的时候，出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题，基于此，结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后，应该进行校核，进行合理判断，得出准确结果。
3.5 高层建筑的结构设计要采用相应构造措施
高层建筑结构设计的原则是强剪切力弱弯变，强压力弱拉力，强柱弱梁。 高层建筑结构设计过程中把握上述原则，加强薄弱部位，对钢筋的执行段锚固长度给予重视，并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4 高层建筑结构设计中存在的问题
4.1 短肢剪力墙设置存在问题
在当前的高层建筑结构设计中存在的问题是比较多的，并且很多问题的存在甚至会对于高层建筑产生致命的影响，尤其是对于结构的损害更是极为严重，其中短肢剪力墙的不合理设置就是极为典型的一种，这种不合理性主要表现在在当前的很多高层建筑结构设计中，相关设计人员往往很容易出现增设短肢剪力墙的现象，这一现象的出现必然会影响到高层建筑的稳定性和安全性，尤其是会直接造成整个高层建筑短肢剪力墙抗震能力的降低，进而不利于后期高层建筑长期安全使用。
4.2 嵌固端设置存在问题
在高层建筑结构设计中，嵌固端也是极为重要的一个组成部分，对于嵌固端的设计来说，当前存在的主要问题有以下几点：（1）首先，对于嵌固端位置的选择存在着较大的问题，尤其是很多高层建筑把嵌固端设置在地下室或者是人防的顶板，这种设计模式在一定程度上来看存在着较大的安全问题，极为不利于其效果的实现；（2）其次，嵌固端上下层刚度比例设计不合理，对于嵌固端的合理设计来说，上下层的刚度比例是一个极为关键的指标，对于这一指标来说，当前很多嵌固端设计中存在计算失误或者是设计问题；（3）最后，对于嵌固端的设计来说，当前还存在的一个突出问题就是其和抗震缝隙的处理存在一定的矛盾和冲突，平衡性不足，进而影响了整个高层建筑结构的稳定性。
4.3 超高问题
超高问题也是当前高层建筑结构设计中比较突出的一个问题，所谓的超高问题主要就是指很多高层建筑建设单位无视相关制度和标准的规定而过度的把高层建筑的高度增加，因为高层建筑高度的增加在很大程度上能够提升其经济利润，但是从另外一方面看，这种超高问题对于高层建筑结构的影响却是极为不利的，尤其是对于高层建筑的稳定性和抗震能力会产生较大的干扰，一旦遭遇地震或者强风等自然灾害很容易发生一定的危险，导致高层建筑结构出现断裂或者是倒塌等现象，最终危机人们的人身和财产安全。
4.4 其它设计问题
对于高层建筑结构设计而言，其实涉及到的内容是比较多的，并且需要注意到的重点性能也是多方面的，而这也决定这当前高层建筑结构设计中存在的问题也是多方面的，除了上述极为常见的三类问题之外，在高层建筑结构设计中仍然存在的一些设计问题还表现在其对于结构的抗震性、 牢固性以及相应应力的处理上，在这些方面的问题也必然会影响到高层建筑结构设计的效果，最终导致其整体的高层建筑建设受损；此外，对于高层建筑结构设计中需要计算的一些设计位置来说，其计算的准确性也会影响到其设计的水平，而这种计算准确性问题的影响因素又是多方面的，比如资料的健全与否，计算公式的选择恰当与否，计算过程的失误等都会导致其计算结果出现问题，进而影响其结构设计的效果。
5 高层建筑物结构设计应采取的对策
5.1 高层建筑结构设计基础方案的选择
高层建筑设计之前，应对高层建筑工程项目的所在地区实际情况进行自习勘探，了解工程项目所在地区的地质、地貌、水文、气候等要素，在科学的指导下选择基础设计方案；设计人员应对建筑项目的结构类型、荷载情况进行全方位的了解，以便能对工程项目的施工条件、施工影响因素进行准确判断，使基础方案达到最优化。
5.2 计算简图的选择 计算简图是高层建筑物结构设计的计算依据，因此，保障计算简图的精准性，对于建筑物结构设计的科学性具有直接影响。
5.3 计算工具的选择
现代信息技术的发展及应用，极大的推动了建筑设计行业的发展，在高层建筑结构设计中，可利用先进的计算机技术对工程项目进行结构设计，并通过各参数的优化，实现工程结构设计的安全化、科学化、先进化和节约化。 如仿真模拟软件、 CAD制图技术等均得到了广泛的应用。高层建筑设计人员应不断提高自身的计算机应用水平，提高工程项目结构设计的效率和安全性。
5.4设计方案的选择
高层建筑工程项目施工之前，应对工程设计方案的可行性进行科学判定，在对设计方案进行评价时，应从工程的经济性角度、实用性角度、科学性及安全性等多个因素进行综合评定，以确保工程项目设计方案能够按照既定计划加以实施。
5.5 提高设计技术
高层建筑物结构设计过程中，由于客观、主观因素的影响，不可避免的存在一些技术问题，影响了建筑物的安全性。 为避免由于建筑物设计问题而带来的重大安全事故，在设计过程中，应采取有效的控制措施，以杜绝重大灾害的发生。 如针对短肢剪力墙设置不合理问题，应根据工程实际情况，均匀分布短肢剪力墙，并对墙体的厚度及光滑度进行严格的质量控制。 墙体控制在0.2-0.3m 较为合适并保证墙体表面的光滑度；墙体过薄、过厚或墙体凹凸不平，都对建筑结构的稳定性造成极大的影响；同时，还可将部分剪力墙与较长的墙体进行结合，以提高整个建筑工程的安全性。
5.6 设计者职业素养的提升
高层建筑结构设计的各项问题的解决，最终需要设计人员的参与，因此，提升设计者的职业素养，对提升高层建筑物的设计质量具有直接影响。 设计者应不断加强专业设计知识的学习，同时还要加强对建筑领域各项技术标准、法律规知识的学习、以及建筑领域先进设计理念、设计技术、相关的计算机技术的学习，以保障高层建筑设计的先进性和安全性。
6 总结
高层建筑结构设计的合理性和高效性直接关系到高层建筑整体的施工质量和安全性。因此，为了避免安全事故的发生，降低因为高层建筑结构设计问题而带来的经济损失，在对高层建筑结构进行设计中，应该全面加强消防结构、 抗震结构以及抗风结构的设计，以保证高层建筑结构设计的工作效率，保证高层建筑的施工质量，消除隐患。
参考文献：
[1]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[2]何俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨[J].价值工程，2010.2：214.
[3]田龙.浅谈高层建筑的结构设计[J].价值工程，2011.1：99.
[4]钟国华.高层建筑结构设计及某工程结构选型探讨[D].重庆大学硕士学位论文，2006.
[5]陶忠，张耀春，韩林海等.关于高层建筑结构选型设计的初步探讨[J].哈尔滨建筑大学学报，2000，（33）1：20-25.
论文作者:郭华轩
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/7/29
标签：高层建筑论文; 结构设计论文; 建筑结构论文; 结构论文; 高层论文; 荷载论文; 简图论文; 《基层建设》2016年9期论文;