吴玉明
贵州中天尚城建设管理中心（有限合伙）， 贵州 贵阳 550000
摘要：我国建筑行业自改革开放发展至今，其建设技术已经远超其它发展中国家，其建筑规模遥遥领先我国其它行业。随着社会发展，城市化的进程越来越快，人民对城市住房的需求越来越多，对住房结构的要求也越来越多样，城市中高层建筑的建设项目也越来越多。由于高层建筑的结构设计复杂，要求特殊，因此在结构设计过程中面对的问题也越来越多，要做到经济安全和质量保证。设计部门的结构工程师对高层建筑的结构设计方案一定要做到精确合理。
关键词：高层建筑；结构设计；关键性问题
引言
我国建筑行业的发展关系到我国各行业的发展速度和我国经济建设的发展方向，一直以来受到高度关注。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。
1、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。若建筑结构设计方案具备科学性、合理性，则建筑的安全性和稳定性就有了保障。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。
2、高层建筑结构设计关键性问题分析
2.1高层建筑的超高引起的建筑高宽比问题探讨
随着我国建筑物高度的不断增加，高度超限问题是目前高层建筑结构设计中普遍存在的问题，通常高层建筑由于建筑场地及建筑功能的限制，建筑平面尺寸一般不大，这就使得建筑的高度和宽度的比成为高层结构设计中必须考虑的重要指标和控制性因素。主要控制指标建筑位移与建筑宽度的三次方成反比，与建筑高度的四次方成正比，底部倾覆力矩是建筑高度的二次方，所以增加建筑宽度，减少建筑高度，控制高宽比对高层建筑结构设计的经济性的提高是非常有利的。当建筑高宽比无法改变的情况下，当高宽比不大于2时，此时结构为剪切变形，此时建议增加剪力墙抗侧构件的作用；当高宽比为2-5时，此时结构为弯剪变形，此时建议平衡框架和剪力墙之间的比例，适当加大外围框架的作用；当高宽比大于5时，结构为弯曲变形，此时需要增加外围框架的刚度，通过外围框架剪切变形来协调剪力墙弯曲变形顶部位移大所带来的影响。
2.2针对剪力墙的加强措施
为增强剪力墙的受力性能，改善剪力墙的延性，采取如下措施：1.严格控制加强区墙体在重力荷载代表值下的轴压比在0.6以下，对楼板洞口周边的剪力墙适当加厚。2.在较长墙肢中设置结构洞口，以减小单片墙肢的长度和刚度。3.底部加强区域内，提高角部墙体的约束边缘构件配筋率，提高加强区墙体的承载力和延性。4.严格控制剪力墙截面的剪应力水平，适当提高底部加强区剪力墙水平钢筋的配筋率，以提高剪力墙的抗剪承载力。5.底部楼板洞口周边剪力墙加强平面外墙肢约束，以提高其墙体稳定能力。6.在不影响建筑功能的情况下，剪力墙设置边框柱，并安规范要求设置暗梁。
2.3安全性问题
高层建筑的风荷载，是结构设计中位移和扭转超限的主要控制因素，是结构设计安全的重点和难点之。结构系统的选择及抗侧力构件的设计，主要是为了建筑结构可以承担大部分风力以及地震荷载力，使得建筑整体刚度得到保证，也需要考虑到玻璃幕墙的装饰要求。同时应考虑对电梯的影响，当电梯运行时，如果建筑的晃动超出一定范围，电梯的钢缆会由于不同的松紧受力受到伤害，存在一定的安全隐患。因此，项目在开展设计前，通过风洞实验，确定作用在塔楼高层塔楼建筑表面上的平均风荷载和脉动风荷载、体型系数，以及确定其重要部位的风振位移和加速度响应以及各层的等效风荷载，为确定主体结构与幕墙结构的风荷载提供设计依据，确保结构设计抗风性能安全，以及位移满足电梯运行和外幕墙安全性等要求。
2.4地质情况对地基的影响
建筑物稳固安全的基础与根基是地基。我国幅员辽阔，各种地质地貌齐全，不同地区的地质情况不同，因此在进行高层建筑的结构设计时对地基的基础设计要求也应该有所不同。结构设计师在进行高层建筑的地基基础设计时应该根据建筑项目对地基的实际需求，并与当地的地质环境相结合，进行全面考虑，并合理设计，避免因地质原因造成的地基不稳的现象。结构设计时应该严格依据地质勘测的结果，地基承载力，地质特性以及建筑的实际功能与规模进行综合考虑，这关系到建筑项目的安全性与建筑使用寿命。
2.5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。同时，在设计阶段，设计人员还应对地下水水的分布情况进行监测，对地基基础做好防水排水设计，提高建筑结构稳定性。针对地质结构较为复杂的地区，设计人员应充分考虑地质构成，然后对地基基础进行加固设计，增加土壤结构的稳定性，确保地基基础能够承载整个建筑荷载。
2.6解决高层建筑抗侧刚度不足的问题探讨
随着建筑高度的增加，结构抗侧刚度与结构各项控制指标和经济性更加密切相关。通常高层建筑为框架—核心筒结构体系，此结构体系外围框架抗侧刚度比较弱，抗侧刚度不足，而核心筒还需要承担较大的剪力和倾覆力矩，筒体负担过重，如何才能增强筒体与外框筒之间共同作用，增加增加结构整体的抗弯刚度是必须探讨的问题。在外围框架柱间距无法减小，外围框架梁无法增大的情况下，当结构抗侧刚度相差较多时，在高层建筑结构设计中通常采取伸臂桁架来增加结构抗侧刚度是一种有效的解决方式，但也有经济性差，对建筑功能影响较大的缺陷。当结构抗侧刚度相差不多时，建议采取环带桁架进行解决，这样环带桁架同楼层板共同形成虚拟伸臂桁架，起到一定伸臂桁架的作用，但环带桁架仅在局部楼层外框架间设置，对建筑功能影响较小，经济性也比较合理。
结语
综上所述，随着经济社会的高速发展，建筑行业得到空前的发展和提高，随之而来的高层建筑的数量越来越多，其高层建筑的安全问题已经受到了大部分人的重视。在面对高层建筑结构这一关键性问题时，相关研究人员要投入大量资金，加大对高层建筑结构设计的研究，还要加强对专业技术人才的培养，从而促进我国高层建筑行业向着又好又快的方向发展。
参考文献
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