高层建筑结构设计中的若干问题研究

摘要：随着经济的不断发展，城市规模的不断壮大，建筑工程的数量也在不断地增加，要实现建筑物的经济性和适用性的目标就要对建筑结构进行优化设计，并使其在实际中得到运用，从而降低工程造价。

关键词：高层建筑；结构设计；问题；措施

中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号：

引言

建筑结构设计关系到建筑工程质量的高低，影响着整个工程的质量，结构设计人员要严格掌握结构设计过程，拥有扎实的技术水平，确保结构设计的安全性，为工程的施工质量提供保障。本文通过说明高层建筑结构设计的重要性及在设计中遇到的问题，并提出具体措施解决。

一、高层建筑结构设计优化的意义

1.节省工程造价

高层建筑工程造价中建筑结构的成本大约占到50%，对高层建筑结构进行优化设计可以将在很大程度上降低工程总造价，节约造价成本。所以高层建筑结构优化设计对于企业有很大的帮助，节约其投资成本，提高企业的利润，实现巨大的经济价值。

2.提高工程质量

目前设计单位的水平都不相上下，对于设计质量要由专业人员进行把关，不然会导致严重损失和浪费。首先，很多设计单位的成本控制意识低，忽略对高层建筑工程的成本造价控制，只追求高的安全系数，从而造成设计过于保守。其次，没有相应的责任工作制，工作人员缺乏责任心，对高层建筑结构的设计概念不清楚，一味的使用计算机而不是大脑来进行计算，常常导致计算错误。而专业负责人无法及时的看设计图，造成设计存在安全隐患。另外，设计人员很少站在甲方的角度去考虑问题，进而造成产品不能满足顾客的需要。

据统计，设计责任是造成工程质量出现问题的主要原因。因为在设计过程中，设计的质量差，造成功能布置的不合理，相关专业人员没有相互沟通，导致经常出现施工、停工、返工现象。同时因为工程质量差，工程存在安全隐患等问题，造成投资的巨大浪费。通过建筑结构设计优化可以有效的提高工程设计质量，降低安全隐患，减少投资浪费。

3.增强企业竞争力，实现盈利

企业在发展中不断的壮大，通过把建筑结构设计优化等任务交由专业人员进行操作，可以有效的提高企业效率、使企业管理成本得到节约，提高了企业的核心竞争力。

国家的宏观调控力度在不断的加大，原材料的价格在不断的上涨，企业通过销售来获取利润的空间得到减小，从而在内部挖掘潜力，节约建筑造成本是企业盈利的重要手段。一些有预见性的企业在大力加强建筑结构设计优化的投入力度，实现企业的盈利。要实现房地产公司健康、长期发展，必须要科学的优化设计，节约设计成本，提高企业竞争力。

设计优化还有利于节约材料、保护环境，符合国家“低碳、节能、环保”的理念，利国利民，更利于企业。

二、高层建筑结构设计中存在的问题与措施

1.框架柱剪力调整

其受力需要为框剪结构在小震作用下，弹性计算变形协调所得的框架柱剪力较小，大震作用下，剪力墙、筒体及连梁出现裂缝后刚度退化框架柱剪力将大大增加抗震需要，提高结构二道防线的抗震能力。

剪力调整计算原则：

框架层总剪力：

第i层框架剪力调整系数：

第i层j框架柱剪力弯矩调整：

相连第i层j框架梁梁端剪力弯矩调整：

图1框架剪力调整弯矩图

其主要问题是是否需满足节点力系平衡，调整相连框架梁梁端剪力、弯矩。

框架柱偏压、轴压比控制、配筋一般由构造控制。使用柱承载能力未能使剪力调整得到有效提高。框架梁纯弯、梁端弯矩调整、配筋成比例调整增大，梁承载能力使剪力调整得到明显提高。实际结构承载能力向强梁弱柱方向发展，不利于整体结构强柱弱梁延性抗震。

所以在小震作用下柱剪力调整十分必要的；不必拘泥于地震作用下框架节点力系平衡；不必调整相连框架梁梁端弯矩、剪力。

2.框架柱轴压比控制

抗震受力延性需要，避免大震作用下框架柱压屈脆性破坏。现行规范框架柱轴压比控制计算原则为控制框架柱小震作用组合下轴向压应力水平。

表1现行规范框架柱轴压比限值[ξ]

在地震作用下中柱所受轴力较小，边柱、角柱所受轴力较大，尤其角柱叠加斜向扭转作用所受轴力最大。

3.框支框架倾覆弯矩控制

现行规范规定框剪结构，控制框架结构承受倾覆弯矩 ≤ 50%整体结构倾覆弯矩。现行规范尚未提及框支框架结构承受倾覆弯矩的控制。

对带转换层高层建筑结构 增加地震作用下框支柱轴力水平量化控制，控制框支框架结构承受倾覆弯矩≤50%整体结构倾覆弯矩。

有利于落地墙、筒体加强，有利于减轻框支柱受力，提高结构抗震、抗倒塌能力。

4.高层建筑结构上的作用力及估算

直接施加于结构，使其产生内力效应的称为荷载。由于某种原因使结构产生约束变形，从而产生内力效应的原因称为作用。作用力分为三种：永久作用力、可变作用力、偶然作用力。

4.1重力荷载的估算

弄清总结构体系中竖向荷载的传力途径。估算竖向受力构件的受力面积。由竖向受力构件的受力面积乘单位面积竖向荷载平均值（经验数值）得到构件的轴向力。

4.2水平地震作用的估算

FEK=a1Geq，Fi=(GiHi/∑GjHj)FEK。其中Geq－结构等效总重力荷载，多质点可取总重力荷载代表值的85%。a1－相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值。

表2水平地震影响系数最大值

5.结构的承载力和承载力设计

结构设计的三个基本要求：结构应能承受正常使用、正常施工时可能出现的荷载或内力，不会因承载力不足而破坏（含失稳破坏）。结构应能承受正常使用、正常施工时可能出现的荷载，不会因抗倾覆能力不足而倾倒。结构在正常使用时有良好的工作性能，不会产生使用所不允许的过大变形、过宽裂缝等。

6.地基基础设计

现行规范地基基础设计原则：

平均压应力：

边缘点最大压应力：

地基基础设计控制的要素有控制长期重力荷载作用下地基基础的变形及其差异变形，满足重力荷载水平荷载组合作用下地基基础承载能力要求。

产生的效果有强化中央区、弱化边缘区、减小重力荷载作用下地基基础最大沉降及盘式差异、沉降斜率、改善结构工作性能、提高结构安全度、更加的经济合理。

三、高层建筑结构设计优化技术应用

1.优化设计中要遵循结构设计规范

追求适用、安全、经济、美观以及便利施工是建筑结构优化设计的目的。因此，建筑结构优化设计不但要求结构设计工程师有丰富的设计经验，也同时也要要对建筑结构规范的条文有较为详细的了解，在建筑结构设计规范的基础上，能够把自身的结构设计方案科学的融入到整个项目工程中。

2.结构工程师要积极参与工程规划

建筑结构工程师要积极主动参前期工程规划是实施结构优化技术的重点内容。因为，在在实际施工中，建筑结构工程建筑师难以把握对结构体系的受力的正确分析，相关建筑结构工程师要积极主动地参与前期方案设计，帮助建筑师构思与逐步创新，使整个建筑的优化功能能够全部体现出来。

3.将概念设计与细部结构相结合

概念设计通过处理很多种问题，使建筑结构在遇到不同情况时不会遭到破坏，或者将对建筑结构的破坏影响降到最低。所以要充分考虑到建筑结构设计可以遇到的各种情况。其中地震带来的影响和破坏效果最为明显。因此对建筑结构的设计就要考虑周到，在建筑结构的各方面都要考虑到抗震效果，采取措施减小地震带来的影响。

4.充分考虑地基基础结构设计

地基基础是建筑结构设计的重要组成部分之一，地基基础虽然埋置在地下，属于隐蔽工程，但其重要性不言而喻，建筑物的高度与安全性等受地基基础影响很大。因此，建筑结构中的地基基础的结构设计优化必须选择合适的方案，譬如属于桩基础，就要依据现场地质条件，综合其他现场场地的条件因素进行基础选型及埋深等设计，选择桩基类型，从而节省造价。

结语

高层建筑结构体系和房屋高度的发展是与经济及科学技术的发展密切相关的。在对高层建筑进行结构设计的过程中，必须着重考虑其与普通低层建筑和多层建筑结构和竖直、水平方向受力情况的不同，分析其所受荷载对建筑物结构产生的影响。要全面考虑各种高层建筑基本结构的利与弊，善于综合使用不同的基本结构，准确分析，大胆创新，使不同的结构之间可以优势互补，达到建筑物功能、外观、稳定性等整体效果的最优化。

参考文献

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