分析高层建筑结构设计的相关问题与建议

王学斌

摘要：近几年来，伴随着我国经济的飞速发展，高层建筑也日益增多，因而对于高层建筑结构问题的要求也越来越重视。高层建筑结构设计是一项集综合性、技术性、安全性为一体的工作，对于建筑设计的发展有着重要的意义。因此开展高层建筑结构设计问题及对策的探讨意义重大。深入研究当前我国高层建筑结构设计现状，创新高层建筑结构设计策略，是今后设计单位在高层建筑结构设计方面的重要课题。

关键词：高层建筑，结构设计，问题，原则

1 高层建筑结构设计原则

高层建筑结构设计原则，是高層建筑结构设计过程中需要注意和遵循的重要标准和准则，也是高层建筑设计单位提高高层建筑结构设计质量与效益的重要保障。只有在一定的高层建筑结构设计原则支持下，才可以进行建筑结构设计。总体来讲，高层建筑结构设计原则主要包括以下几点：

1.1 基础方案合理。

合理的建筑结构基础方案是高层建筑结构设计的前提和基础，在实际的建筑结构基础方案设计中，设计单位需要根据实际施工地质条件，根据实际建筑结构施工需求进行设计。同时建筑结构基础方案需要配置完善的施工地质勘察报告，最大程度的发挥建筑物地基的潜力，必要的情况下设计人员还需要对地基的变形做好相应的验算。另一方面，设计单位还需要对建筑物进行综合性分析，尤其是对于建筑物负荷以及上部结构类型，通过对这些综合性分析，最终选定最适合的基础方案，从而可以在提高设计质量的基础上获得更好的经济效益。

1.2 计算简图适当。

计算简图设计，也是高层建筑结构设计中需要注意的重要问题，主要原因在于高层建筑结构设计时需要对一些基本的数据进行计算分析，而这些计算分析都必须要建立在计算简图的基础之上。只有通过计算简图基础之上的数据分析，才可以提高高层建筑结构设计的安全性以及牢靠性。举例来讲，建筑物结构节点问题，建筑物结构节点并不是我们传统观念中的铰节点或者是钢节点，设计单位在进行计算简图设计时，需要对建筑物结构节点进行深入研究，提高计算简图计算的精确性，进而将计算简图的误差控制在合理的范围内。

1.3 结构措施完善。

除了基础方案合理以及计算简图适当这两大基本原则之外，还有一条基本原则是设计单位经常忽略的，那就是结构措施完善原则。设计单位在进行建筑物结构的设计时，需要注意结构组件的延展性，例如建筑物中钢筋的锚固长度等。同时，设计单位还需要注意建筑物薄弱环节以及建筑物本身温度对于建筑物组件的影响，对于这两方面的问题，在实际的设计过程中，需要遵循“强柱弱梁、强剪弱弯以及强压弱拉”的基本原则，只有这样才可以提高高层建筑结构设计的安全性以及牢靠性。

2 高层建筑结构设计问题与策略

2.1 高层建筑结构设计高度问题及解决。

我国有关部门对于高层建筑结构体系的最大高度问题，出台了一系列的规章制度，对其进行了严格的规定与规范，其中之一便是《高层建筑混凝土结构技术规程》。该《高层建筑混凝土结构技术规程》对于高层建筑结构体系的高度问题规定，主要是从经济性以及适用性等方面进行规范的。《规程》所规定的结构体系最适宜高度，不仅仅与我国建筑施工技术水平以及建筑水平相关，而且还与我国国民经济发展水平，与建筑工程规范体系相协调。但是在实际的高层建筑结构设计以及施工中，出现了许多与《高层建筑混凝土结构技术规程》规定相违背的高度。举例来讲，在有些建筑物设计以及施工过程中，甚至出现了高达四百多米的组合机构大厦以及三百多米的混凝土结构体系的广场。尤其是近几年来，建筑物的高度不断增加，建筑物自身的参考系数已经超出了《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定，例如在安全指标、荷载取值以及延性要求、材料性能、力学模型选择等方面。为此，对于这些高层建筑结构设计高度问题，设计单位需要严格根据《高层建筑混凝土结构技术规程》等有关规定，对设计高度保持科学严谨的态度。

2.2 钢筋混凝土梁承载力问题及解决。

一般来讲，城市高层建筑主要是以写字楼以及其他办公场所为主，因此，在实际的高层建筑结构设计过程中，设计单位需要着重考虑到空调、消防等设备。这些设备不同于其他设备，它们往往是布置于楼层的梁底之下的，如果没有梁底开洞，就没有办法进行设备的安装。因此，在设备安装之前，设计单位需要对梁的承载力进行分析以及计算，避免出现由于梁底承载力不足而出现安全结构问题。对于梁底开洞之后的承载力，设计单位可以通过孔洞周边补强筋以及开孔梁挠度、裂缝宽度等数据进行分析。对于钢筋混凝土梁腹部开孔，国家出台了有关政策，例如《高层建筑混凝土结构技术规程》《混凝土结构构造手册》等，对于钢筋混凝土梁腹部开孔的位置、流程、环节以及大小等进行了科学的规定。设计单位在进行钢筋混凝土梁承载力计算时，还需要参考不同种类腹部开孔方式，提高钢筋混凝土梁承载力计算的精确度，这对于提高建筑物的稳定性以及安全性意义重大。除此之外，还可以对钢筋混凝土梁承载力进行有效地计算。在计算过程中还需参考不同种类的腹部开孔方式。

2.3 抗震构造与框架梁设计问题及解决。

为了进一步提高城市高层建筑结构设计的安全性以及稳定性，建筑结构设计单位在高层建筑结构设计方面做出了重大的努力，取得了重大的突破，高层建筑结构安全性以及稳定性水平得到进一步提升。但是由于我国的建筑物抗震标准较低，在抗震与构造方面，很难处理好结构设计与抗震烈度之间的关系。为此，在实际的高层建筑抗震与构造设计中，抗震与构造设计需要有一定的弹性，这样才可以满足高层建筑结构设计安全性以及稳定性要求。举例来讲，中震烈度的重现期是475年，被超越率是10%；大震的重现期约为2000年，被超越率是2%。我国建筑构造规定的安全度及抗震计算方法也相对较低，且在轴压比、配筋率以及梁柱承载力匹配程度等抗震延性的相关规定也不够严格。结构设计造价在建筑整体投资之中比例的减少也应给予重视，尤其是在高烈度区域应有严格的抗震方法以及构造措施来保证建筑物结构的稳定性与安全性。另一方面，在实际的高层建筑结构设计过程中还需要进一步解决与框架柱和剪力墙相连的框架梁设计问题。就高层建筑结构的截面设计而言，竖向变形差过大通常会导致与框架柱和剪力墙相连的框架梁出现超筋现象，进而影响到框架梁截面设计。

框架梁端部竖向变形差所引起的剪力和固端弯矩的计算函数式如下：

其中，MAB/MBA为框架梁固端弯矩；QAB/QBA为框架梁端剪力；Δ为框架梁端部竖向变形差；Ib为框架梁截面惯性矩；I为框架梁计算长度。

针对与框架柱和剪力墙相连的框架梁超筋问题，可以从优化结构的轴压比以及提高计算方法的合理性两个方面进行解决。

3 结语

改革开放以来，伴随着国民经济的快速发展，加上科学技术的不断进步，我国高层建筑行业取得了重大的突破。高层建筑结构设计是否合理，不仅仅影响到高层建筑实施施工，而且还直接影响到高层建筑建设以及后期养护的顺利开展。本文主要研究高层建筑结构设计原则，探讨高层建筑结构设计问题与策略，为设计单位在高层建筑结构设计方面的进一步开展提供借鉴。