建筑结构设计在建筑工程建设的重要性探讨

摘要 ：随着我国经济建设的蓬勃发展，建筑业也随之发展起来，越来越多的高层、超高层建筑出现在我们的视野里。人们对建筑的美感、安全性、实用性要求越来越高。建筑结构设计是建筑工程建设的关键所在。鉴于此，本文分析了建筑结构设计中存在的一些问题及设计要点。

关键词 ：高层建筑 结构设计 问题 要点

一、高层建筑结构设计特点

1、水平作用是决定因素

首先，因为结构自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力及弯矩的数值，仅仅和建筑高度的一次方成正比，但是水平作用对结构产生的倾覆力矩和在竖向构件中引起的轴力，与建筑高度的两次方成正比;另外，对一些一定高度的建筑来说，竖向荷载基本上是固定值，但作为水平作用的地震作用和风荷载却是不确定的。

2、侧移是控制指标

和多层建筑不同，高层建筑结构设计中的结构侧移是关键因素。随着建筑高度的不断增长，水平作用下结构的侧移变形也随之迅速增加，结构顶点侧移与建筑高度的四次方成正比。所以结构在水平荷载作用下的侧移必须要控制在一定限度之内。

3、结构延性成为重要设计指标

延性是指构件和结构屈服后，在承载能力不降低或基本不降低的情况下，具有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比来表示。受弯构件会随着荷载的增加，首先受拉区混凝土出现裂缝，出现非弹性变形。然后受拉钢筋屈服，受压区高度降低，受压区混凝土被压碎，最后导致构件被破坏。

4、轴向变形也不容轻视

在高层建筑中，竖向荷载数值会较大，会在柱中引起很大的轴向变形，从而导致对连续梁弯矩产生一系列的影响，使连续梁中间支座处的负弯矩值变小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值变大，对预制构件的下料长度也会产生影响，这就要求依据轴向变形计算值，对下料的长短做出相应调整;另外对构件剪力和侧移也会产生影响。不考虑构件竖向变形与考虑构件竖向变形相比较，计算结果会偏于不安全。

二、高层建筑结构设计问题

1、设计人员基础知识薄弱

在部分小型设计公司，有一些设计人员根本不了解施工工艺流程，离开设计图库和计算机作业根本不能设计和画图，缺乏施工现场设计代表的经验，不能以专业知识及经验指导施工技术难题。类似于这样一些纯粹纸上谈兵的建筑图纸，充斥着低成本小型建筑项目市场，比如说拆迁项目返建等，最终导致建筑使用寿命缩短等大量技术隐患问题。

2、结构抗震概念设计不足，标准及规范推广应用落后。

在高层建筑结构设计中，普遍存在结构抗震概念设计不充分的情况。由于我国的地震带分布不一，部分省市对于结构抗震的要求较为忽视，导致结构抗震概念设计处于缓慢发展的状态。比起日本和美国等在结构抗震概念设计领域成果突出的国家，我国的抗震概念设计标准及规范的应用推广相对较为落后。

3、建筑物超高问题

随着建筑物高度的不断加大，在抗震性能和建筑质量方面都面临着更严峻的问题。出于高层建筑抗震性能的较高需要，规范对建筑物的高度作出了严格的规定，超高建筑在设计方面要确保满足抗震的要求。在目前的高层建筑市场中，仍然存在着建筑超高但没采取更严格的措施的问题。

4、短肢剪力墙的设置

短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙。近年兴起的短肢剪力墙结构，虽然有利于住宅建筑布置，也可减轻结构自重，但在高层住宅中，剪力墙肢不宜太短，因为短肢剪力墙的抗震性能较差，地震区应用经验不多，为安全起见，高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。

三、高层建筑结构设计要点

1、地基与基础设计

地基与基础设计已经得到结构工程师的重视，这不仅由于该阶段设计过程合理与否将直接影响到后期设计工作的进行，也是整个项目成本的决定性因素。因此，这个阶段，存在的问题可能会很严重，也甚至会造成不可估量的损失。高层建筑应根据整体布局来选可满足承载力和变形的要求、并可以调整不均匀沉降的基础形式。高层建筑宜设置地下室以减小地基的附加应力和沉降量， 有利于满足天然地基的承载力和上部结构的整体稳定性。此外，基础设计应注意本地的规范的重要性。

2、建筑结构受力性能

对于最初的建筑设计，建筑师考虑更多的是建筑的空间组合，而不是详细地确定其具体的结构。建筑物底面建筑空间的形式在水平方向和垂直方向的稳定性是非常重要的，因为一些建筑物是由又大又重的组合物来组成，因此结构必须能将它本身的重量传至基础，结构的荷载总是向下作用于基础面的，而在建筑设计中的一个基本要求是要理清所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，因此在建筑设计阶段，就有必要对主要承重柱和承重墙的数量和分布做出整体构想。

3、建筑结构设计中的扭转问题

建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一，这是是结构设计的要求。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中没有做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，要在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑扭转效果的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简面形式。在某些情况下，由于街景与建筑空间的限制，高层建筑不可能全部采用简面形式，当需要采用不规则T形、L形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将突出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构设计布局时，最大可能使建筑状态的结构是对称的。

4、建筑高度、高宽超限问题

现行的规范、规程给出了房屋的最大适用高度和高宽比限值。某些高层建筑房屋高度超过最大适用高度或高宽比超出规范限值，甚至个别建筑高度和高宽比均超出规范限值。在结构设计过程中，对于建筑的高度、长宽比和尺寸的复杂程度超过现行规范、规程的高层建筑，应按超限高层建筑进行设计。同时，另一点不容忽视的问题是，建筑适用高度除与结构体系类型及抗震设防烈度有关外，还与场地类别与结构是否规则等因素有关，当位于Ⅳ类场地或结构平面与竖向布置不规则时，其最大适用高度应适当降低。

5、抗震设计要求更高

高层建筑结构设计的抗震设防要求，需要正确计算正常使用时的竖向荷载和风荷载，应当具有良好的抗震性能。

6、概念设计和理论计算具有同等重要性

抗震设计有两部分：计算设计、概念设计。虽然分析手段在不断提高，分析的原则在不断完善，但由于抗震设计计算是在一定的假想条件下进行，而地震作用具有很大的复杂性和不确定性，同时地基土影响和结构体系本身都极复杂，因此理论分析计算很有可能会和实际情况相差甚远。特别是结构进入弹塑性阶段后，构件局部可能会开裂甚至破坏，此时就很难用常规的计算原理去分析结构。而高层建筑的概念设计，诸多实践证明，对建筑结构设计有着重要的意义。

结束语

高层建筑在现代经济体系中已经如此发达，结构设计的相关人员追求更加合理的力学模型和更新颖的建筑物结构形式，在这一个方向上经过高素质高知识结构的专业化人才不断探索，我们可以期待，高层建筑在城市中的应用将变得空前广阔。

参考文献：

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[2] 吴晓琳.浅析高层建筑结构设计与特点[J].中国高新技术企业，2009.

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