陈光鉞 李加铭
浙江天然建筑设计有限公司 浙江省温州市 325000
摘要：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。
关键词：高层建筑结构设计；存在的问题；优化措施
1导言
高层建筑物的出现，极大地改善了城市人群的居住环境，也有效地丰富了城市建筑物的类型。在高层建筑结构设计的过程中，不仅要满足建筑物本身的各种特性，还要结合具体的使用目的、环境安全进行专业有效的设计，并对结构内部的各个要点进行可靠设计，以最大化地满足高层建筑的优势发挥。
2高层建筑结构设计存在的问题
2.1嵌固端设置问题
嵌固端的设置直接关系到建筑结构能否与上下层结构形成有机的整体，若设置不合理则会导致建筑结构的安全性下降，甚至引发安全事故。嵌固端问题具有以下几个方面：首先，在实际的高层建筑设计施工过程中经常出现嵌固端位置设置不合理、嵌固端连接处强度和抗震能力不达标的问题，使得嵌固端结构的稳定性受到威胁 。其次，设计刚度的大小控制不足，这是由于嵌固端上下层的刚度比例不合理，或是设计刚度计算误差较大。最后，抗震设计不合理，导致抗震裂缝处理不当，引发结构安全问题。
2.2扭转问题
建筑“三心”主要指建筑结构的几何形心、结构重心及刚度中心，“三心合一”时，建筑结构的稳定性最强。然而由于受到地基形状与建筑功能要求等因素的影响，在许多情况下，建筑体型是不规则的，设计中也难以实现“三心合一”，致使建筑结构出现扭转问题，进而影响建筑结构的稳定性。
2.3设计中计算简图使用问题
在高层建筑进行结构设计的过程中，存在着计算简图不准确的现象。高层建筑的建筑高度很高，相比多层建筑需要进行更严格的设计与计算，结构本身需要承受更多的荷载，但是在部分高层建筑物的结构设计过程中，对建筑物承受的外力计算不准确，不能合理地将各种外力影响因素进行分析、计算，计算简图与实际建筑物的结构体系有偏差，造成整体建筑物的结构计算结果有误，影响高层建筑物的施工和使用安全。
2.4抗风问题
因为高层建筑的楼层较多并且高度较高，所以，相对其他建筑，高层建筑更容易改变风的流动性与空气的动力效应。由于建筑的刚架结构以及玻璃幕墙等柔性结构的刚度较小，在风荷载较大的情况下，很容易破坏建筑物的墙体、装饰结构及支撑结构，降低建筑物的稳定性。因此，进行高层建筑结构设计时，需要对结构进行抗风设计，防止建筑物受自然因素的影响而存在隐患。
3高层建筑结构设计优化措施
3.1对计算简图合理使用
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。
另外，在计算过程中，要对各种影响计算结果的因素进行分析，对这些影响因素可能产生的影响进行预测和计算，尽可能地准确，保证将影响因素的作用降到最低，发挥出计算简图的作用。
3.2科学设置嵌固端
嵌固端是在预期塑性铰发生的位置，嵌固位置能限制整个上部结构构件在一定的水平方向进行平动位移或是转角位移，在将上部剪力结构全部传送给下部结构。因此在选择嵌固端时要对结构总体刚度与承载力进行合理调整，使塑性铰出现在设计预选的位置。对于把地下室顶板作为整个结构的嵌固端，首先，其地下室位置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，地下室位置顶板应采用现浇梁板工程结构，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，地下室顶板其厚度要在180 mm 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。如地下室位置的顶板不能够满足成为嵌固端的相关规范要求时，应将嵌固端移至结构的最底部，即地下室底板。对于不带地下室的结构，通常在地震作用下其结构塑性铰一般会出现在整个工程结构的最底部，基础面作为结构嵌固端。
3.3提高建筑抗风荷载作用的能力
为了使高层建筑结构抗风构件与结构优化设计的牢固性相符，对高层建筑结构进行合理的抗风设计时，必须要注重一下几方面：优化基础，只有高层建筑的基础部分稳定性较强，才能保证高层建筑上部分结构的稳固性。因此，明确混凝土的级配标准成为高层建筑结构基础设计最基本的工作。应尽可能购买高级配的砂石，加强基础持力层的基本厚度，加设抗拔的锚杆构件，加强基础结构的牢固性；通过优化结构布置，合理结构体系来抵抗风荷载作用。
3.4减隔震设计应用
在抗震结构设计过程中，传统方式主要是通过加强结构自身抗震性（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，对于一些对抗震设计安全性或是使用功能都有很高要求的建筑，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，可有效地延长工程结构本身的自振周期，并减少水平地震的出现。经过大量工作经验与国内外的实际经验表明：采用了隔震技术的结构，水平地震加速度降低了60%，极大地提高了结构的地震安全性。但值得注意的是，在使用隔震技术时，也要考虑适用范围，并不是所有建筑都可使用，有时可能会适得其反。比如场地土本身就较软的情况，如果使用隔震延长了结构自振周期，导致场地卓越周期与结构基本周期更加接近反而不利于结构安全。
3.5加强消防结构设计
高层建筑结构结构复杂，一旦出现火灾，建筑使用者的人身安全与财产安全会受到严重的威胁。为此，必须重视高层建筑的防火设计。首先，应合理设计防火间距。设计人员需要依照相关规定准确测量建筑物间的实际距离，需要注意的是，相邻两建筑之间的最佳防火间距应按建筑外墙间的最小距离进行计算，若外墙包含凸出的易燃构件，应从该构件外缘算起。另外，还必须设计安全疏散通道。通常情况下，需要尽可能多地设计几条便于人们疏散的安全通道。为加速烟雾扩散，安全疏散通道必须设计防烟区。对此，设计人员可以采取分割式设计，以有效控制火势与烟雾的蔓延速度。
4结束语
总之，相对其他建筑，高层建筑结构更为复杂，因此，设计人员在设计过程中，应更加全面地考虑各方面的影响因素。同时，设计人员需要充分了解高层建筑结构设计特征，遵循高层建筑结构设计原则，善于发现并采取有效措施解决问题，防止出现质量或安全问题。高层建筑的安全性是重中之重，所以，设计人员不仅需要提高本身的专业能力，还应不断积累经验，进行创新突破，推进我国建筑行业的长期、稳定发展。
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