超高层建筑结构设计的关键性问题探讨

张军

摘  要：超高层建筑的出现解决了我国很多人的住房问题，然而，超高层建筑同样存在着很多的安全隐患。为了确保超高层建筑的质量达标，能够达到正常的使用标准，需要相关的设计人员对结构设计进行细化，加强对结构设计的把控能力，从而提升整体建筑的安全性。对于超高层建筑结构设计工作来说，需要设计人员对施工场地、环境等各方面因素进行考察，对结构中的各项数据进行精确的计算，从而设计出合理的方案，这对设计人员来说也是一项较为复杂的工作。

关键词：超高层建筑;结构设计;问题

随着社会的不断发展，人类对生活的要求越来越高，同时对超高层建筑结构设计也有了更高的要求。而建筑结构设计在很大程度上影响着超高层建筑的质量，因此，在建筑施工过程中，设计人员应不断地创新建筑结构设计，提升建筑物的整体设计效果，从而保证建筑物的工程质量。

1.超高层建筑结构设计问题

1.1建筑结构超高

随着城市化的进程加快，当前的超高层建筑的数量逐渐增多，并且高度也在不断扩大。在这个过程中，建筑的整体性能面临着更加严峻的挑战，特别是抗震能力以及质量问题。当前，相关部门对建筑物的具体高度做出了严格的说明以及规定，然而，在实际的设计过程中，因为设计人员以及相应标准推广力度弱等原因，仍然存在着很多的建筑物超高现象。建筑物超高意味着整体的抗震性能减弱，无法保证相关用户的生命安全，并且对工程的造价、周期等也有着很严重的影响，因此，相关人员应该对超高问题重视起来。

1.2基础造型不科学

建筑结构设计中基础结构造型设计不科学的情况比较常见。基础结构是建筑设计的关键，建筑结构需要根据基础结构进行补充和完善，如果基础结构不合理，建筑结构整体就难以达到设计要求。基础结构不科学，主要是在建筑设计方面过度追求建筑外观等因素，忽视建筑结构的性能因素，导致建筑造型不符合建筑力学指标，使结构设计陷入困境。建筑基础造型过于怪异，如建筑造型过度偏离重心位置，在实际建筑结构中就需要调整建筑重心以满足设计要求，但由于建筑力学、建筑承载等实际因素的限制，如果建筑造型导致重心过度偏移，建筑结构就容易偏塌。建筑结构设计人员往往忽视造型与结构的关系，在强调美观或风格独特性时，设计中的建筑选型脱离了结构设计原则，导致沉降、塌陷、倾倒等结构性问题，严重影响建筑的安全性能。

1.3设计方案不合理

建筑结构设计方案是对建筑结构各个层面指标数据的一种综合，是根据结构施工要求、建筑材料类型、建筑条件等因素，对建筑结构的施工时间、方式进行规范和整合，最终形成具有建筑指导价值的方案内容。在建筑结构设计中，方案不合理的问题比较突出。建筑结构设计方案要从整体上把握建筑结构，还要做好细节处理，而在建筑结构设计方案中，很多时候设计人员对细节的把握不够全面、深入，有些细节问题没有纳入设计方案，使建筑结构设计应用于施工指导时无从下手。因此，建筑结构设计方案需要专业的设计人员结合相关的知识、技术和经验来完成，要全面收集各种结构资料和信息数据，并经过深入分析构成方案内容。

2.超高层建筑结构设计问题解决对策

2.1严格控制超高建筑物

当前，在建筑物的超高问题上，相关部门对其有了更加明确的规定，这种规定使得超高层建筑的结构设计有了一定的优化。在具体的设计过程中，应该对结构进行全面的计算，模拟发生地震时对建筑结构进行分析，在分析的过程中可以采用弹性时程等方法进行分析，再结合相应的3D模型，对其进行全面的分析。分析的过程中还需要采用更加先进的软件，从而获取更高的精确度。另外，相关设计人员应该明確设计的标准，根据具体的施工规范，对那些细节问题加以重视，明确建筑结构设计中的薄弱问题，从而对其进行优化，提升建筑物的整体性能。总之，对于超高层建筑的结构设计，应该严格设计标准，并且高于规范标准，从而保证建筑物的安全。

2.2基础结构设计的优化

在优化超高层建筑基础结构的设计过程中，设计人员必须全方位、多角度、综合考量建筑的结构控制情况，在初步制订后期施工工序方案的同时，完成基础结构设计的优化。以桩基项目施工安装为例，在进行该项目施工时，施工人员必须仔细考虑桩基项目施工过程中的直径高度。此外，为了进一步实现建筑基础结构设计的优化，相关人员必须对建筑施工成本进行有效控制，明确施工采用的先进科学技术，同时还要充分保障超高层建筑基础结构设计与当前行业及社会发展战略理念相契合。最后，设计师应确保超高层建筑结构设计能够满足当下用户的多样化审美需求，为后期建筑维护奠定良好基础。

2.3超高层建筑结构设计模型的优化

首先，合理选择结构设计变量。设计人员必须充分了解超高层建筑的各项参数及系统特性，并对其展开全面透彻的分析，明确设计过程中的各类主客观影响因素。其次，设计人员应确定超高层建筑物结构设计的目标函数。参数的选取是超高层建筑结构优化的重要环节，而成本投入的减少也是进行超高层建筑结构设计优化的一大目标。设计师在进行建筑模型优化时，可寻求相关条件及影响因素，有效控制成本投入。另外，设计师在开展设计工作时，需要综合考量超高层建筑结构的安全性及稳定性因素，为设计方案的有效性和合理性提供充分保障。而在进行约束条件设计时，设计师还应全面分析裂缝宽度、结构强度等约束条件，通过综合对比约束条件和超高层建筑结构的实际情况，进一步规范施工要求，促使超高层建筑结构设计工作发挥最大价值。

2.4优化结构设计方案

建筑形体需求和功能布置对结构整体布局设定了从宏观层面的要求，但这并不能限制结构整体布局的多样性，针对相同的建筑方案可以有对应的不同的结构方案。然而，要想发挥出结构整体布局的灵活性，就需要首先从点到线再到面的各个角度深层次理解建筑方案的内在逻辑，然后可以有的放矢地选取适合的结构承重体系、抗侧力体系，有侧重点地设置结构的特殊承载部位，如加强层和过渡层，以便于最终实现整个结构和局部构件在承载过程中的协调统一。结构的构件布置主要指梁、柱、墙、基础等主要承载构件的布置。现有结构设计规范体系已经给出了相对全面的构件布置原则，设计人员应该深入理解规范体系，贯彻落实规范中的重要条文，在此基础上，根据工程项目的实际情况和结构设计的概念，借助设计计算参数的反馈结果，不断优化构件布置，从构件的空间位置到构件间的刚、铰接连接关系，从构件的三维尺寸到构件的变形能力设定，最终实现结构的传力路径可靠、简洁。结构的材料性质关乎到构件的强度、刚度和稳定性，材料的选取应该主要根据构件的受力性质来决定。对常规受力水平的构件，采用对应标号的混凝土或者对应强度的钢材。随着单体建筑结构体量的不断增加和建筑耐候要求的不断提高，对构件的承载能力、抵抗变形的能力和抵抗外界侵蚀的能力也提出了更高的要求，随之出现的是高强混凝土、超高性能混凝土、超高强度钢材等一系列力学性能和物理性能优异的结构材料。这就要求在结构设计中充分考虑构件的力学性能需求，在相应的位置选用适合的材料，让各种材料都能发挥出其最大效用，这样也就达到的材料的高利用率。

3.结语

超高层建筑是人类生产和生活中主要建筑类型之一，目前我国超高层建筑结构设计已经形成了比较完善的体系，在工程的建设过程中，依然存在着一些问题，所以今后应用尽快的完善超高层建筑结构设计中存在的问题，从而提高超高层建筑工程的安全和质量。

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