【摘要】随着我国城乡一体化的不断推进，城市建筑量的现实需求日益增长。科学合理的建筑结构设计是保证建筑物安全、高社会效益的前提。本文即以高层建筑结构设计为主要话题，鉴于众学者研究的基础上，首先阐释高层建筑结构设计原则，而后指出现阶段高层建筑结构设计中存在的问题，提出优化高层建筑结构设计的相关策略。
【关键词】高层建筑；结构设计；常见问题；优化措施
作者简介：杨海；江西同济建筑设计咨询有限公司
doi:10.12159/j.issn.2095-6630.2020.02.0806
前言
建筑物结构在很大程度上直接影响建筑物的质量与使用价值，因而对于高层建筑而言，必须要保证建筑结构设计的科学、合理性。但实际工作中不乏存在的是部分设计团队为自身经济效益更大化，未切实考虑业主需求而“压缩设计”，影响高层建筑的整体质量及其社会效益，下文将针对高层建筑结构设计中常见的问题及解决措施展开分析探究。
1.高层建筑结构设计原则
1.1设计合理的高层建筑施工方案
高层建筑的结构设计要全面了解、规划建筑的受力结构、施工环境以及地质状况等，切实满足高层建筑结构的受力需求，同时保证施工便捷性与合理性。其中需重点考量分析高层建筑的抗震性能，遵循竖向与平面的结构设计要求，针对同一单元的结构设计，可根据受力情况选择不同类型的结构设计[1]。此外切忌忽略水电暖设备安装等环节，保证高层建筑结构设计方案的全面性、综合性。
1.2计算分析要确保具备精准性
设计高层建筑结构一般情况下都需要利用计算机技术来进行，在计算相关数据的时候，设计人员要确定使用软件的条件和适用范围，不仅可以避免高层建筑结构设计的实际状况与软件程序不符合的问题，还可以提升应用软件技术的质量。当获取到设计结果之后，相关设计人员需要仔细核对结果，对计算结果进行判断，以保障设计结果精准性[2]。由于实际工程如材料等种种原因，与力学模型有一定差距，所以除了精密的计算外，还需采取合理的构造措施才能使高层建筑设计得更加合理。
2.高层建筑结构设计中现状
2.1没有科学的结构体系
钢筋混凝土及混合结构形式是现阶段高层建筑结构设计中应用较多的建筑形式，然而钢筋混凝土结构形式具有弯曲变形的风险性，侧移量相对较大，高层建筑体系的质量和稳定性相对存疑。因而设计高层建筑嵌固端时，需保证设计比例的科学、合理性[3]。
2.2结构刚度未能满足设计要求高层建筑结构设计中，经常出现竖向结构与平面刚度不相适应的问题，不同的设计人员所设计的高层建筑结构方案，其结构刚度方面具有一定差异，例如未科学或未结合实际情况分配抗侧移刚度，导致高层建筑结构的刚度设计未能满足实际设计要求与目标。
3.解决高层建筑结构设计的相关方法
3.1科学设计高层建筑的地下室
设计高层建筑结构的地下室时，必须根据实际情况及建筑的实际需求进行荷载组合，其中包括顶板、内承重墙以及基础荷载等。顶板对于地面主要起到支撑作用，支撑力随着顶板强度的变化而变化。设计地下室外墙时，需严格调幅弯矩，支座固定于底部，若为多层地下室时，即应当根据多跨连续进行设计计算。车道侧壁的构件为悬臂，底板的抗弯能力不能低于侧壁底部。若车道与地下室外墙距离较近，可在外墙中部加设车道底板，切记不可忽略外墙承受车道底板的水平集中力作用[4]。底板与外墙一样，要有足够的强度满足受力要求，同时还要具备防水抗渗性，所以地下室的配筋不能太小，厚度不能太薄。在地下室的底板标高变化区域，梁的设置要根据实际情况来进行，但是梁的宽度不能比底板厚度小。
3.2做好高层建筑的基础设计
高层建筑的最大特征即是层数较多，上部结构的荷载较大，因而建筑施工周期长、造价高、材料用量大、埋置深度大。因此设计中必须确保基础的差异沉降量和总沉降量符合标准，以及满足复合地基和天然地基的承载力要求、桩基承载力要求，同时保证建筑结构足够的防水抗渗性。此外，保证高层建筑结构质量的同时，还应重视高层建筑的建设效益[5]。埋置高层建筑物的深度在一定程度上决定着建筑物的稳定性，足够的埋置深度可以防止高层建筑出现倾斜，并且还可以使基础沉降量得到减少。因此自室外地面算起，基础底面的下皮标高位置即是天然地基的计算位置，而计算桩基础达到承台的下皮标高处即可。对此在设计方案中详细标明，实际建设中即可省去大量预处理工作，提升效率且保证施工合理性。
3.3合理布置高层建筑的墙柱
高层建筑的剪力墙设计可以有效提高建筑的抗震性能，在设计剪力墙时，首先要了解剪力墙的破坏机理和受力特点，然后根据受力特点选择科学的布置形式。剪力墙的设计需考虑到建筑空间性能，布置方式可以采用多向布置或者双向布置，进而有效连结剪力墙，促使两个方向的刚度尽可能接近，以此保证剪力墙良好的空间工作状态，可通过对直和拉筒作用来实现。高层建筑的剪力墙刚度有时会出现突变问题，要想避免此问题的出现，布置剪力墙的顺序需采用自下而上形式，并且保证布置连续性[6]。此外，在设计高层建筑框架剪力墙的时候，布置框架剪力墙需根据两个主轴方向而定，遵循分散、对称、匀称的布置原则，若结构尺寸差异较大，应先布置短向剪力墙，再布置长向剪力墙，以此切实降低两个主轴方向抗侧力刚度所产生的差异问题，以免结构出现较大的扭转。
3.4高层建筑其他方面的设计
高层建筑结构设计中，梁和楼板的设计在很大程度上可直接影响高层建筑的整体质量和安全性。因此设计高层建筑时，附加箍筋和吊筋应设计在具有次梁的位置，其中包括挑梁的端部。若折梁阴角处于下位，应断开纵筋，同时附加箍筋。根据弹性计算结果来看，若次梁出现于梁上，在主梁支座周围应避免搭接次梁，或者增加箍筋和抗扭的纵筋。为提升建筑抗裂性，需保证梁的纵筋直径和间距遵循“细而密”的原则，同时考虑到抗扭梁情况，纵筋的间距不可高于梁宽。
此外，高层建筑中的楼板不仅可有效提高结构的抗侧刚度，还可提升结构的安全性。所以，在设计高层建筑楼板时为保证数据的精确性与高效性，对于楼板薄弱部位应使用相应的有限元分析软件进行补充分析计算，如ABAQUS、ANSYS、MIDAS等。楼板的平面布置具有不规则性，在高层建筑项目的设计过程中，布置楼板大多是将双向板与单向板进行有机结合。因钢筋与混凝土这两种材料的性能具有一定差异，故布置楼板平面时，质量中心与刚度中心要尽量保持重合，并且在布置竖向楼板的时候需保证均匀性，厚度、宽度及配筋的合理性，才能切实提高楼板的强度和刚度。若建筑过于狭窄，楼板在风荷载的作用下很大程度上可产生弯曲变形现象。
结束语
通过上文的分析探究可见，现阶段高层建筑结构设计中或多或少存在一些问题，因而为确保高层建筑的整体质量水平及其安全性、社会效益，首先必须要解决高层建筑结构设计中所存在的不足，保证高层建筑中地下室、墙柱、梁板等各重点部位的科学性、合理性，才能进一步提高高层建筑的建设质量水平，保障高层建筑的安全性与可靠性。
参考文献：
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[3]刘凯,张崇厚,刘彦生.超高层建筑结构中腰桁架和伸臂桁架的应用问题[J].建筑结构,2019（6）:12-16.
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