高层结构设计中存在的问题及设计方法

李楠

摘 要：本文首先阐述了高层建筑结构设计的特点，接着分析了高层建筑结构设计中存在的问题，最后对优化高层建筑结构设计的有效措施进行了探讨。希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。

关键词：高层建筑;结构设计;问题;对策

我国社会经济和城市建设快速发展，高层建筑成为了城市中独特的风景，高层建筑越来越多，高层建筑的质量和性能，尤其是高层建筑的抗震性能成为了人们关注的焦点。高层建筑结构设计在高层建筑建设中占据着极为关键的位置，设计人员务必准确把握高层建筑结构设计的要点，切实保障结构设计水平，以此增强结构稳定性，推动工程的顺利完工。

1高层建筑结构设计的特点

目前我国高层建筑结构通常会使用到的建筑工程原料是钢和钢筋混凝土，这两种建筑工程原料在使用性能方面存在着一定的差异被广泛的应用在高层建筑结构中。但是这两种建筑施工材料在使用的过程中同样存在着一定的局限性，例如钢结构的造价较高、耐火性能较差，而钢筋混凝土的自重太大，施工难度较高。

在高层建筑结构实际的施工过程中，其结构特点主要包含以下几个方面，其一高层建筑结构的水平力设计情况会直接影响到高层建筑结构整体设计的合理性，因为高层建筑结构的水平荷载对建筑结构的影响程度是随着结构动力性的变化而不断变化的，而高层建筑结构的竖向荷载一般为定值，不会因为外界因素的变化而产生变化。另外高层建筑结构的轴向变形设计也是建筑结构设计的关键之一，剪力墙体系中随着楼层数的不断增加，中轴受力产生的形变相比边轴受力产生的形变要大，这一现象会导致高层建筑的结构受力不均。最后高层建筑结构设计还需要充分考虑结构的抗震设计，因为地震对建筑结构不仅会产生水平荷载还会产生一定的竖向荷载，这两种荷载的同时作用对高层建筑结构的安全性能要求较高。

2 高层建筑结构设计中存在的问题

2.1 超出规定高度的问题

从本质上的追求来说，高层建筑的出现，主要是为了节约建筑用地，优化建筑布局和结构，因此，在结构设计中，虽然高层建筑的在层高上有一定的具体要求，但在具体实践中，基于建设需求和建设成本的要求，建筑设计超过规定限度的情况还是比较常见的，超高后，整个建筑结构的稳定性和承重情况都会发生变化，这不仅从直接的表现上体现出建筑结构设计的违规，从建筑本身的质量方面分析，超出限定的高度，也会影响整体的质量水平。例如，导致建筑的抗震水平降低，抵御外界环境影响的能力降低等。

2.2 抗震结构设计存在问题

我国部分地区是地震的高发区，如无法保证抗震设计质量，则出现地震灾害时，建筑物无法承受地震产生的作用力，最终会出现变形和倒塌现象。另外，部分设计部门并未高度关注结构抗震设计，并未对高层建筑采取有效的抗震设计措施，部分高层建筑的抗震设计模型与高层建筑结构存在明显差异，最终的抗震设计与模型的抗震性能也无法完全一致。部分高层建筑抗震设计中应用了较低的抗震强度标准，抗震烈度无法与抗震要求相适应，进而引发不同程度的安全问题。

2.3 嵌固端设计存在缺陷

嵌固端设计在高层建筑结构设计中占据关键位置，而嵌入固端位置不合理和嵌固端设置在局部错层的地下室顶板中，是当前存在的主要问题。若高层建筑地下室高层嵌固端并未设置在大刚度的地下室顶板当中，则会出现明显的安全隐患。如设计人员不能精准把握，嵌固端无法打开，则无法合理处置交错地下室屋顶的固定端，也就无法保证结构安全。

3 优化高层建筑结构设计的有效措施

3.1 提升建筑结构设计方案的合理性

这一点主要是指，在实施建筑设计的过程中，应当注重基础的建筑结构设计方案的合理性。在方案确定的阶段，为了提升高层建筑结构设计的合理性，一方面应当从理论的专业方面，选择应用建筑结构设计的科学理论作为指导，达到提升建筑结构设计效果的目的，另一方面结构设计的工作，也可以通过应用专业的结构设计模拟软件，实现对结构设计方案中各个层面的要点进行模拟和分析，从而为建筑方案的设计提供依据。

3.2 完善建筑结构的抗震结构设计

在对高层建筑的抗震结构进行设计和规划时，建筑工程企业应当经由专业的抗震规划设计人员来对抗震结构进行设计和规划，在设计和规划的过程中需要根据建筑物的结构特征以及建筑施工地区的地震发生状况，在满足建筑结构抗震设计规范的基础之上对抗震结构进行严格的规划。另外设计人员还可以借鉴国内外优秀的建筑物抗震设计成果来弥补国内抗震设计作业中存在的不足，不断加强地基的牢固程度，切身的投入施工现场进行勘察，精确的对防震结构进行预测，在整体上提高高层建筑结构的防震性能。

3.3 确定结构底部嵌固部分

高层建筑结构计算分析前，工作人员需先明确结构嵌固端的具体方位，可结合实际调整刚度和承载力，在预定的位置设置塑性铰。受建筑物自身情况和基础形式的影響，如未设置地下室，但是建筑结构埋深较大或设置地下室但地下室层数和形式差异明显，则在设计中容易出现多种技术问题。如高层建筑中带有多层地下室，则设计人员要在地下室顶板设置上部结构的嵌固端部位。首先，地下室顶板标高与室外地坪的高差要合理，通常不得高于地下一层层高的三分之一。其次，地下室顶板结构主要采用梁板结构，避免在楼层下预留较大的孔洞，楼面框架梁的抗弯刚度也需满足结构设计的要求。地下室结构设计中，还需确保地下室顶板和地下室多层楼板平面的刚度和承载力满足设计的基本要求。其能够将上部结构的刚度和承载力顺利地传递到下部地下室构件当中。因此，规定地下室顶板的厚度在180mm以上，混凝土等级在C30以上。

另外，设置双层双向配筋，不同方向配筋率应在0.25%以上。地下室结构自身的刚度要能够承受上部结构的荷载以及地下室所承受的地震作用力。地下室楼层的剪切刚度要为相邻上部结构楼层剪切刚度的2倍以上。如计算多塔大底盘地下室楼层剪切刚度比，则需保证每个塔楼范围室内的地下剪切刚度和相邻塔楼上部的剪切刚度比在1.5以上。地下室柱截面单侧截面的纵向钢筋面积既要满足计算的要求，又需确保其面积在地上一层对应柱纵向钢筋面积的110%。如地下室多个顶板降板或地下一层做车库使用，且无法满足结构设计要求，针对三层以上的地下室，可在地下一层底板位置设置结构嵌固部分，且确保满足下列条件：

其一，地下一层楼层的剪切刚度不得小于地上一层的楼层剪切刚度;其二，地下二层楼层剪切刚度不得小于地下一层楼层剪切刚度，且其剪切刚度应在地上一层刚度的2倍以上。

3.4 针对安全问题加强设计效果

这里所指的安全问题，主要就是指在设计工作中的抗震性能、消防安全等各方面的问题，这些问题也是建筑结构设计中最为核心的问题。具体的设计方法方面，设计人员应当针对抗震性能、消防设计等问题，从原材料的筛选应用以及建设设计中抗震缝、消防系统和出口等具体的设计工作入手，结合建筑应用的实际需求合理地进行规划和设计，切实实现结构设计为抗震和消防服务的效果。另外，应当对这部分设计工作的效果进行及时检验和分析，确保相关的设计在实际应用中的效果，切实发挥设计的安全保障作用。

4 结语

总的来讲，高层建筑由于其特殊的结构和应用需求，在结构设计的工作中，设计效果的安全性、应用性和结构本身的合理性是设计中需要考虑的几方面核心问题，为了提高建筑设计的效果，优化建筑设计的流程，设计人员应当结合实际从技术应用、理念更新的以及安全稳定都能够多个方面入手综合考虑，达到良好的设计效果。

参考文献：

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[3]侯贵贤.高层建筑结构设计难点分析[J].建材与装饰.2019（06）