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高层建筑结构设计探究王林涛

发表时间：2020/11/17 来源：《基层建设》2020年第22期作者：王林涛

[导读] 摘要：高层建筑的建设质量对建筑的稳定性能具有直接影响，在建筑结构设计过程中，除了按照规范设计外，还需要对实际建设施工中存在的问题进行不断收集并分析其原因，找出对应的措施来解决规范设计之外的问题，形成结构设计质量动态提升机制，对于行业发展具有重要意义。

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        摘要：高层建筑的建设质量对建筑的稳定性能具有直接影响，在建筑结构设计过程中，除了按照规范设计外，还需要对实际建设施工中存在的问题进行不断收集并分析其原因，找出对应的措施来解决规范设计之外的问题，形成结构设计质量动态提升机制，对于行业发展具有重要意义。鉴于此，本文主要分析高层建筑结构设计。
        关键词：高层建筑；建筑结构；设计
        1、引言
        高层建筑结构设计直接关系到建筑工程质量和结构稳定性、安全性，因此，在设计过程中，设计人员需要遵循严谨、认真的态度，对高层建筑结构设计中可能存在的问题进行分析，并针对这些问题制定行之有效的预防措施和解决方案。在进行结构设计前，设计人员还需要深入到建设场地，对其周边环境和地质情况等进行细致的勘察，为结构设计工作提供可靠的数据支持，也为后续工程的施工给予正确的指导和规范。
        2、高层建筑结构设计的作用
        首先，满足高层建筑架构需要，随着建筑层数的不断增高，建筑结构设计就需要考虑达到一定高度后建筑的应用需求问题，考虑如何进行上层建筑结构的架构。结构设计工作前期是对建筑的需求，如材料、结构以及应用效果等方面对结构进行设计和研究，但在确保满足建筑整体结构的合理性和完整性的基础上，设计出符合高层建筑特点及功能性需求的结构。
        其次，满足高层建筑的安全性和稳定性需求。对于任何建筑来说，其稳定性和安全性是判定建筑是否合格的重要指标，随着建筑层高的不断提升，对安全性和稳定性的要求也随之提高。
        最后，满足建筑的应用性能。建筑结构设计应从用户角度出发，丰富建筑的实用性和功能性，使得用户能高效运用室内空间。合理科学的结构设计能够影响其结构空间的应用性能，因此，在设计时应着重注意。
        3、高层建筑高效率结构设计需要遵循的原则
        3.1、安全原则
        任何一座建筑结构的设计，都必须要保证建筑结构的安全性。尤其是在当今时代下，建筑方案越来越追求创新和变化。只有保证建筑结构设计的安全性，才能够保证高层建筑的经济效益与社会效益，才能够进一步促进高层建筑的发展，促进社会的发展。
        3.2、经济原则
        层建筑的结构设计需要遵循经济性原则。要从结构、材料、构建以及体系构成方面对多套设计方案进行对比，然后选择最佳的一套高层建筑结构设计方案；其次，随着社会的发展，时间与人力成本有所升高，再加上高层建筑结构的施工建设具有施工周期长、施工难度大、施工条件复杂等特点，所以必须要在结构设计阶段充分考虑建筑结构设计的经济性，尽可能缩短施工周期、提高施工效率、降低人力成本。
        3.3、合理原则
        所谓合理原则，指的是高层建筑结构设计应当注意建筑、结构以及机电等专业之间的协调性，在保证结构强度的情况下提升高层建筑的艺术性。
        3.4、高效原则
        高效原则是当今时代对建筑结构工程师提出的新要求。按照高效原则进行高层建筑结构设计，需要做到以下几方面：注重施工材料的高效、结构体系的高效、受力体系的高效，即要将各种施工材料的性能作用发挥到极致，通过最少的施工材料进行最优结构的设计；采用高效设计施工一体化利用，通过工业化施工来缩短施工时间、提升施工效率，进而保证高层建筑结构的经济性。

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        4、高层建筑结构设计分析
        4.1、合理计算并使用简图
        在高层建筑结构设计过程中，要善于合理地应用计算简图。计算简图指用一个简化的图形代替实际结构，反映实际结构的主要性能。
        高层建筑结构体系比较复杂，很难凭空想象结构的受力、传力模式，而如果能熟练地使用计算简图，就能在设计之初，对整体结构有相对明确的把控，对下一步精细设计进行完善的准备，虽然是计算简图，但是各种设计的要素和重点应全部涵盖，要保证从实际出发，真正地适用于该结构，以便于后期更好地进行对比和计算。
        4.2、合理设计嵌固端
        嵌固端就是预期塑性铰出现的部位，嵌固部位应能限制结构上部构件在水平方向的平动位移和转角位移，并将上部结构的剪力全部传递给下部结构。因此在选择嵌固端时通过对结构刚度和承载力的调整，使塑性铰出现在设计预选的位置。对于把地下室顶板作为结构嵌固端，首先，地下室的顶板标高与室外的实际地面高差，一般情况下不能高于地下1层高度的1/3。
        其次，地下室顶板采用现浇梁板结构，不能开设大面积孔洞，使楼板刚度满足设计的要求。要保证整个结构的承载力能够得到顺利的传递，在实际施工过程中，地下室顶板的厚度要在180mm以上，混凝土的等级也要在C30以上，配筋率不小于0.25%才符合结构规范要求。如地下室顶板不能满足成为嵌固端的相关要求时，应将嵌固端移至结构的最底部，即地下室底板。
        4.3、合理设计地基基础，避免沉降发生
        地基基础设计过程中，设计人员需要全面掌握施工现场的地质、水文及地下水分布情况，通过对地基基础设计的优化，可以有效提升建筑结构安全性和稳定性。设计时通常采用天然地基、防水板与锚杆组合的形式进行，同时准确计算基础配筋量，增加基础结构的稳定性，避免因承载能力较差而导致建筑失稳。若高层建筑设有地下室，可以采用褥垫方式设置不同持力层，提升地下室结构的承载能力和强度，避免地下室顶板因持力不足而出现裂缝，影响地基基础结构的整体稳定性。
        4.4、减隔震设计应用
        在抗震结构设计过程中，传统方法是通过增强结构本身的抗震性能（强度、刚度、延性）来实现，这也是目前结构抗震设计的主要模式，但是随着科技的进步，对于一些对抗震安全性和使用功能有较高要求的建筑，还可采用隔震和消能减震设计。在建筑物的基础部位进行隔震支座的设计，可有效地延长结构的自振周期，减少结构的水平地震作用。
        4.5、加强对先进分析手段的引进与应用
        为了实现高层建筑设计的跨越式进步，必须要加强对先进分析手段的引进与应用。例如，可以引进参数化设计和弹塑性计算软件，确保不规则建筑的建模效率，加强结构形态的分析与研究，明确形态与结构受力之间的关系。另外，还可以将参数化软件与BIM技术等进行有机结合，进一步提升高层建筑设计的工作效率。而弹塑性计算软件的应用不仅可以有效符合结构的大震弹塑性受力，第一时间发现高层建筑结构设计的缺陷，还可以进行反向性能化设计，提升高层建筑结构设计的价值。
        5、结束语
        高层建筑的房屋高度和结构体系的发展是和科学技术、经济、材料科学的发展密切相关的，随着城市形象和土地使用要求以及我国对高层建筑关键性技术的控制能力，高层建筑已十分常见，使得高层建筑的结构设计问题逐渐引起人们的重视。随着建筑行业的高速发展，高层建筑逐渐成为现代建筑的主角，人们在高层建筑设计方面需要作出巨大的思考和突破，研究高层建筑在结构设计方面存在的问题，并将问题尽快解决是关键。高层建筑结构设计就变得尤为重要，因为其直接影响着高层建筑物的质量、使用和经济性问题。
        参考文献
        [1]刘有权.高层建筑结构设计问题及对策分析[J].科技创新与应用,2019 (36):94-95.
        [2]岳文萍,周强茂,刘飞飞.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].住宅与房地产,2016(03):90-91.
        [3]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):132-133.