高层结构设计中存在的问题及设计方法

刘国强

摘要：高层建筑建设施工中，结构设计好坏对工程项目整体质量、安全、经济效益产生一定影响，做好高层结构设计工作有助于后续施工的有序进行。文章主要对高层结构设计特点进行分析，并从高层结构设计中存在的问题出发，探讨具体的设计方法，希望能够为相关人员提供一些参考。

关键词：高层结构;结构设计;设计问题;高层设计

1高层建筑结构的设计特点

第一，水平荷载。高层建筑结构设计时，水平荷载是决定性因素。已有研究显示，建筑自重和楼面荷载，在竖向构件中引起的弯矩和轴力，和建筑高度的1次方成正比;水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及在竖向构件中引起的轴力，和建筑高度的2次方成正比。在建筑高度一定的条件下，竖向荷载一般是固定的;而水平荷载会受到风力、地震的影响，会产生较大变化。第二，轴向变形。高层建筑结构设计时，轴向变形是不能忽略的因素。由于竖向荷载较大，在柱体中会引起轴向变形，影响连续梁弯矩，导致连续梁中心支座处的负弯矩减小，而跨中正弯矩、端支座负弯矩增大。此外，轴向变形还会影响预制构件的下料长度，应该根据轴向变形值大小，调整下料长度。第三，侧向位移。高层建筑结构设计时，侧向位移是关键控制指标。高层建筑的高度越大，在水平荷载影响下，结构的侧向位移越明显，必须将位移量控制在允许范围内。第四，结构延性。高层建筑结构设计时，结构延性是重要设计指标。相比于非高层建筑，高层建筑更加“柔软”，在地震发生时，结构变形更大。建筑结构处于塑性变形阶段，为了增强抗变形能力，避免发生倒塌，就要在关键部位和构造上，采取有效措施提高结构延性，防止发生断裂现象。

2高层结构设计中存在的问题

2.1抗震性能較差

结合以往情况来看，我国很多建筑物在建设完成后都存在着抗震性能较差的情况，这使得其在地震灾害发生时，造成了较大的财产损失和人员伤亡，严重阻碍了国民经济的进一步发展。由于建筑结构设计涉及的内容相对较多，知识面较广，对于设计人员的要求也较高，设计人员无法达到建筑结构设计的标准要求。再加上设计人员自身创新思维、工作态度以及综合素质水平的缺失，在设计中经常存在各种失误，进而影响了建筑结构设计的准确性和有效性，导致建筑抗震性能较差。其次，受到传统设计理念的影响，工作人员无法结合实际情况充分考虑到建筑的抗震性能，难以保证建筑结构的安全性，进而造成较大的人身和经济损失。

2.2设计深度不够

目前不少设计单位钢结构设计水平低，多数是刚毕业的新人承担此类任务，普遍存在照搬规范、套程序的情况，设计成果质量不高，仅仅是给出“构件布置图”，对关键的“节点”设计不分具体情况，原本应由设计单位完成的“节点构造”“支座详图”“施工安装”等均交给加工企业，最终导致质量隐患严重。我国住建部明确规定，“施工图设计”由设计院完成，必须将此规定落实到位，防止出现互相扯皮的情况。

3高层结构设计优化的有效措施

3.1结合抗震要求提升结构设计合理性

目前大多数建筑均是以横墙和纵墙相结合的承重体系设置来确保结构稳定性的。因此在布置过程中，一定要确保受力的均匀性，做到水平方向上的对齐，竖直方向上的有效衔接，有效避免缝隙、错位等问题的发生，保证结构整体安全性。再者，楼梯间的设置要尽可能的避开尽头和转角的地方。对于特殊的建筑，最好使用双向抗侧力结构布置来提升其稳固性和安全性。

3.2做好高层建筑结构稳定性设计

高层建筑结构稳定性需要科学设计与规划作为保障，要从系统和局部、整体和部分的联系分析出发，提升高层建筑结构的协调度和整体连续性，避免高层建筑框架设计出现结构失稳和承载力不足等问题。当高层建筑结构进入到构造部分设计时，应强调结构的稳定性和连续性，要系统而科学地形成建筑主梁与其他架构的连接关系，提升高层建筑结构稳定性，通过合理设计和科学系统控制使高层建筑结构形成承载优良、结构稳定的建筑体系，提升高层建筑结构整体的稳定性。在设计高层建筑框架辅助部分的工作中，必须着重分析和利用剪力墙、框架结构、梁柱结构的细节，对高层建筑结构的受力形式和负荷状况进行平衡度和稳定度的设计与计算，确保高层建筑结构能够在系统上成为连续、有机的整体，能够在高层建筑结构施工中具有良好的效率性，确保高层建筑结构的抗震、防震能力达到结构稳定的目标。在高层建筑结构稳定性的优化和强化过程中，要控制剪力墙、承重墙等关键构件的分布和使用，发挥其连接、承重、负荷的价值和功能，做到主梁结构与其他结构形式的高度吻合，提高高层建筑结构整体的连续性和稳定性，建立提升高层建筑结构稳定性的结构和技术设计基础。

3.3建立健全的建筑施工技术管理体系

现代施工技术水平在当前科学技术和社会经济发展中取得了巨大的进步，随着建筑的复杂程度和建筑规模化的不断提高，为了保证建筑结构质量的安全性，要求建筑施工技术管理水平更进一步完善发展。施工企业应该制定各项技术标准，保证整个施工过程合理有序;认真落实技术交底和现场资料管理工作，让所有施工人员充分了解设计图纸和明白自身的工作内容;加强对施工材料和施工质量的监管，重视对施工技术人员的技术培训。施工企业应该重视施工技术，不断提高施工质量，才能在市场竞争中顺利生存和发展。

4结语

如何保障建筑的安全性是结构设计和建筑施工的重中之重。为了提高建筑的安全，在按照国家规范的前提下，注重抗震设计，加强设计人员的技术水平，提高设计规范的安全储备;应合理使用设计软件，能够合理判别计算结果的对错。同时，施工单位应该加强施工人员技术水平以及对整个项目的施工管理，只有这样，才能保障建筑的质量要求，提高其安全性，推动高层建筑事业的健康发展。