基于高层建筑工程设计的研究

白新密

基于高层建筑工程设计的研究

白新密

（煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司 河南郑州 450000）

近些年以来，随着经济的快速与持续发展，我国城市有关高层建筑结构的建设数量不断增加，本文重点探讨高层建筑结构设计中出现的一些问题进行分析，并研究解决这些问题的有效对策，以便提高高层建筑结构设计的总体质量水平。

高层建筑；结构设计；问题；对策

1.引言

新时期城市高层建筑随着高速发展的经济水平逐渐涌现出来，因而人们越来越重视高层建筑结构的相关土建施工与设计问题，并且随着逐渐加大的城市建筑密度，高层建筑工程数量不断增多，良好的高层建筑结构设计工作可以有效保证建筑工程的整体质量。

2.高层建筑结构设计中的存在问题

2.1高层建筑结构设计中的变形扭曲问题

依照建筑相关的力学理论可知，一般高层建筑结构都是底端固定悬臂梁结构，但是该种建筑结构具备的稳定性不高，而解决高层建筑结构低稳定性的主要措施就是提高悬臂梁结构的刚度，在提高建筑悬臂梁结构刚度的同时还要确保建筑结构的几何中心、刚度中心以及结构中心一致并重合，以便有效提高高层建筑结构的抗弯水平。但是在实际高层建筑结构设计中无法实现这三个中心的重合，受到外加荷载的影响导致建筑结构会呈现一定的变形与扭曲，甚至在冲击荷载的影响下还会导致高层建筑结构出现局部的变形与弯曲，极大的影响到整体建筑的安全与稳定性。

2.2高层建筑结构设计中的受力性能问题

高层建筑随着不断升高的层数，会逐渐降低受力性能。在高层建筑结构设计之前，相关人员还要对施工场地的水文、地质条件等进行全面勘测，依照这些地质水文资料来准确并详细的讨论与推断，以便确定最终高层建筑结构设计方案。在方案设计之后，审核人员与设计人员还要对高层建筑结构空间特征进行分析，并结合模拟仿真软件来模拟分析高层建筑结构的受力性能，以确保整体建筑结构的稳定性。

2.3高层建筑结构设计中的超高问题

伴随着建筑层数与高度的逐渐增大，在结构设计的过程中还需要考虑到高层建筑的抗震性能。一般高层建筑结构设计会严格规定建筑物的高度，在满足基础抗震性能的前提下，高层建筑超高范围不断增加，因而要求更规范的高层建筑结构。在高层建筑结构设计中要强化细分高层建筑范围，以便完善高层建筑结构的设计方案与过程。在设计高层建筑结构的时候要关注好结构范围的变化，并注重超高层建筑结构设计的抗震性能设计。

2.4高层建筑结构设计中的设置短肢剪力墙问题

建筑结构剪力墙结构具有结构强度高、结构刚度大、变形性小以及完整性良好等特点，该结构在水平力的作用影响下会产生较小的侧向变形，因而具有较高的抗震性能。而所谓短肢剪力墙实际上就是墙肢截面厚度与高度为8:5的剪力墙结构。设置短肢剪力墙的过程比较复杂，在实际设计过程中还要综合设计经验以及具体工程设计来设置。高层建筑结构在施工中大多数剪力墙的墙肢厚度都为2.5厘米，这就造成支撑梁与墙肢之间不具备足够的有效宽度，再受到其他结构施工的影响，会导致支撑梁强度不足以支撑整体结构，使得剪力墙截面的抗扭能力较低。

3.高层建筑结构基本设计原则

3.1要合理设计高层建筑结构模型

高层建筑结构设计的基础就是建筑结构模型，而想要提高高层建筑结构设计的安全与合理性，就需要依照实际情况选择正确的建筑结构模型。高层建筑一般施工方法都为悬臂分阶段施工，多次并分段的施工方法会使得整体施工可靠性与设计计算值存在较大偏差，结构设计人员在分析整体建筑施工质量的时候要计算并分析分段施工的应力应变，但是所需要的计算量与计算方法比较复杂，因而一般会结合仿真模拟软件来计算施工过程中的变形情况与受力情况，以便对各阶段施工质量进行有效监控。

3.2要合理设计高层建筑结构

高层建筑结构具备的整体力学特征主要包括：抗应力较小；压应力较大；支撑梁强度低于支撑柱强度；弯曲应力较小；剪切应力较大。所以在对高层建建筑进行结构设计的时候要综合以上几方面的力学特征，并与具体建筑工程实际相结合，加强分析建筑连接构件部位的应力应变，并综合考虑到构件应力应变特征与材料温度特性来完成设计工作。

3.3要优化高层建筑结构设计方案

科学的高层建筑结构设计方案不仅要满足经济性要求，还要具备高技术条件，因此在设计高层建筑结构的时候要遵循优化并简化设计原则，在高层建筑相同单元结构中最好使用一种设计方案，在达到结构力学要求的基础上，最好选用简单的高层建筑结构设计方案。比如若是高层建筑施工区域存在频繁的地质活动，并且其地下土质比较松软，那么在设计结构应力的时候还要综合竖向与平面规则。在拟定高层建筑结构设计方案的过程中要协调好其他专业的设计与施工，并结合先进的设计方法与优秀的设计经验提高整体建筑结构设计水平。在确定好高层建筑结构设计方案之后，不可以随意的变更施工设计方案，若是需要对设计方案进行调整与更改，还需要结合建设单位、设计单位与施工单位的共同审核与研讨。另外还要控制好整体工程的质量，依照技术规范要求与设计要求来进行建筑的施工建设，同时还要由专业技术与监督人员对施工现场进行巡查，一旦发现质量隐患与施工问题就需要立即上报单位，以便及时采取措施处理。

4.应对高层建筑结构设计中问题的解决措施

4.1要对高层建筑结构的高度进行有效限制

新时期为了应对时下建筑行业的发展趋势与需求，高层建筑结构设计的高度范围已经增加到了B级建筑高度，有效对建筑设计标准进行了规范。高层建筑结构设计人员在设计施工方案的过程中要根据规范设计高度标准严格执行，在审核方案的过程中一经发现违反设计高度规定的方案要立即否决，若是需要变更高层建筑结构设计高度，还要结合技术人员与专家来研究与探讨。

如今我国超高层建筑结构类型大多为剪力墙与框架结构。剪力墙与框架结构既具有框架结构的内部空间大、立面结构处理方便、平面布置灵活特点，还具有剪力墙结构强度高与刚度大特点。在设计剪力墙与框架结构的时候要按照基本设计要求与标准进行。

4.2要设置好高层建筑结构的嵌固端

高层建筑在施工设计时一般都会包含至少2层的地下室结构，存在地下室结构就会缩减并降低建筑结构的整体力学性能，所以地下室结构在设计的过程中要相应的设置一些嵌固端，以便提高整体建筑的安全与稳定性。嵌固端可设置在地下室底端与顶端部位，技术人员要在设计过程中结合嵌固端可能给整体结构带来的影响，以便将地下室顶板刚度与嵌固端整地刚度比例控制在科学范围内，并与建筑结构抗震缝隙的设置进行充分协调与配合，提高整体建筑结构的质量。

4.3要按照高层建筑结构设计的标准规则来实施

高层建筑结构设计的主要原则就是规则性，建筑的规则性越高则其具备的力学性能也就越高。我国针对高层建筑结构设计的新规范表明，不对称的结构设计方案不予施工采用，另外还对建筑施工工序、建筑基准平面刚度、地下室结构嵌固端下层与上层刚度比等会影响到建筑结构规则性的相关因素进行了严格的规定，因此要根据这些标准要求与规则来科学设计高层建筑结构。

结论：

总而言之，高层建筑结构的设计质量会影响着后期施工建设的质量，因而我们要正确面对设计过程中所存在的一些关键性问题，采取有效措施处理好高层建筑结构设计中的问题，以便提高高层建筑结构设计的安全性与稳定性，促进建筑行业的健康与持续发展。

[1] 沈洋. 浅谈高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J]. 城市建设理论研究:电子版.2015，04（7）：12-13

[2] 徐胜坚. 高层建筑剪力墙结构优化设计初探[J]. 建筑工程技术与设计.2015,02（12）：27-28

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1007-6344（2017）03-0088-01