高层结构设计中存在的问题及设计方法

高层结构设计中存在的问题及设计方法

么利伟

么利伟

天津诚处科技有限公司天津300450

摘要：对结构进行了整体分析，必须在预算和施工之前，对建筑的稳定性进行合理准确的分析、计算和评估。对结构的重要部位、薄弱部位和薄弱层进行了加强，从计算结果分析，可满足正常使用和耐久性要求，达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的总体设防目标。本文基于高层结构设计中存在的问题及设计方法展开论述。

关键词：高层结构；设计中；存在；问题；设计方法

引言

随着我国城市整体建筑风格的多样化，给高层建筑结构设计提出了更高的要求和挑战和越来越多的工作难点。要想保证我国高层住宅建筑结构设计得到优化，就必须让相关设计人员对结构优化引起重视，要对设计中各环节进行深入研究，只有这样才能在一定程度上保证建筑施工项目的正常运行。

1高层结构设计的原则与要求

1.1整体性原则

目前，在进行高层结构的设计工作时，要严格遵循结构的整体性原则。建筑结构设计工作时，不同的设计人员所具有的设计理念存在着一定的差异，因而设计过程中的偏重点不尽相同。通过遵循结构的整体性原则，可以不断优化结构设计方案，使得建筑工程的结构设计更具综合性、系统性，进而确保建筑的结构能够成为一个连续的整体。

1.2耐久性原则

由于受到建筑工程使用年限的影响，在进行结构设计过程中，要确保高层结构有着良好的耐久性。这样一来，可以保证建筑工程可以长时间的使用，并且在使用年限方面达到设计要求。现阶段，一些建筑工程使用期间需要进行多次的维修，对于这一问题而言，不仅是施工过程操作不当所引起的，同时也说明设计过程中存在着相应的瑕疵。因而，设计过程中要提升高层结构的耐久性，优化建筑承重结构的受力性能。

1.3安全性原则

所谓的安全性原则，主要是指建筑结构在施工、使用的过程中，要能够承受各种负荷对于建筑所带来的影响。同时，设计过程中还要对一些突发的负荷状况进行考虑，提升建筑结构的稳定性与完整性。比如建筑工程施工、使用期间，经常会出现超负载运行以及温度落差过大、遭遇猛烈撞击等情况，设计过程中要不断提升高层结构的安全性能，防止结构出现破坏。荷载工况本身不能在结构上产生任何响应。一个分析工况可以对应一个荷载工况或者几个荷载的组合。对于模态分析或线性静力分析，分析工况会自动生成。但对于动力分析、非线性分析、屈曲分析、移动荷载分析、多步静力分析等，需要人为定义相应的分析工况。

2高层建筑结构设计难点分析

2.1基础设计

从高层建筑的总体结构而言，高层建筑设计标准，符合国家高层建筑设计要求，是建筑结构设计达到最佳状态的表现，这也表明高层建筑整体受力足够稳定。但不论高层建筑顶层设计如何变化，都离不开高层建筑结构的基础部分，高层建筑结构设计，作为建筑施工的主要参考标准，必须做好基础环节的设计。由此，设计人员就必须将高层建筑结构设计的基础要点，作为体系规划的一种形式，进行地基基础的科学规划，把握高层建筑结构设计难点，通过多方案比较确定地基基础设计方案。

2.2高层结构设计稳定性

城市高层建筑结构设计稳定性分析，是指高层建筑结构设计整体与部分之间的协调程度，避免出现高层建筑框架设计失衡，高层建筑承载力不够的问题。一般来说，高层结构设计的稳定性，与高层主体建筑关联程度之间存在联系。因而，高层建筑结构设计，必须要合理控制高层建筑结构建设体系，形成相互协调的高层建筑结构承载模式。例如：我们常说的高层建筑主体梁部分设计，就属于高层建筑结构设计稳定性因素表现形式。同时；高层建筑框架辅助部分，也需着重分析高层建筑剪力墙结构、框架剪力墙之间的受力平衡度设计，确保高层建筑结构设计后，能够具有良好的抗震、防震能力。例如：高层建筑中女儿墙设计与主梁设计的吻合程度等，都属于建筑框架设计稳定性的问题。

3当前高层建筑钢结构设计中存在的问题

3.1短肢剪力墙的设计缺陷

目前，高层的短肢剪力墙的设计存在不合理之处，对高层的结构存在着巨大的隐患威胁，容易引发致命性故障。在很多高层建筑的设计上，存在着大量的短肢剪力墙，这就不利于高层建筑的稳定和安全，影响高层建筑的后续使用，其抗震能力也会大大削弱。因此，高层建筑在其设计的使用年限内存在较大的安全隐患。

3.2嵌固端的设计缺陷

一般来说，嵌固端在高层建筑工程设计中有着重要的地位，其设计有着不可替代的作用。目前的嵌固端在设计下主要有以下三个方面：首先，嵌固端的位置选择不合适，一些高层建筑在设计的过程中将嵌固端设置在地下室，也有选择在人防顶板的位置，这种位置的选择不利于嵌固端效果的发挥，存在较大的不确定因素；其次，嵌固端的设计比例不合理，该不合理体现在上下层刚度上，这些刚度在比例设计的过程中存在较大的计算误差以及其他问题；最后，在处理嵌固端与抗震缝之间的关系处理比较复杂，之间的协调比较难，对高层的稳定有着一定的影响。

4高层结构设计优化方法

4.1对建筑主体上部结构进行的科学性优化

房屋建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程最先一步就应当合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的质量是均匀的，这样能将楼层中平面刚度的中心点重合于楼层整体的结构重心，从而减少地震或者风力等对其的破坏性。在房屋建设时，如果条件允许，要尽可能地对剪力墙进行大开间的构造，加长剪力墙的墙肢长度，这样就能减少墙肢的数量，还能在符合标准的基础上减少混凝土的使用。另外，剪力墙里的暗柱要按照构造配筋，如果采用较长剪力墙就可以减少相对的钢筋使用数量，减少相应的成本。

4.2设计模型的优化

建筑结构设计的第一步需要建立合理的结构模型，后续设计工作围绕相应的模型体系来开展，而建筑结构设计优化第一步就是结构模型的优化。模型优化在造型复杂的建筑上的体现尤为明显，如何将复杂的造型简化提炼，并最终在结构分析软件中体现为结构构件。合理的结构模型是结构设计的关键，错误的结构模型必然导致错误的计算结果，由电脑输出的计算数据更加具有隐蔽性和欺骗性。

4.3建筑、室内、结构协调的优化

结构设计时应保证房屋建筑及室内的美观性、合理性。结构柱及剪力墙要与建筑平面功能保持一致，在保证结构安全的前提下，尽量减小结构柱及剪力墙的截面尺寸。结构梁的布置应尽量和建筑墙体同宽，结构梁比建筑墙宽时，应将结构梁向次要空间偏心，如厨房、卫生间等。商品住宅对建筑1层大厅的美观要求越来越严，受到建筑企业的重视，在大堂顶位置，应避免布置梁，无法避免时尽量将梁上反或减小梁的高度。

结束语

随着社会经济的迅速发展，高层建筑已经遍布世界各地。不同国家对高层建筑的定义不同，美国将建筑高度大于２４．６米或高于７层的建筑称为高层建筑；而中国把住宅建筑高度大于２７米的和其它非单层民用建筑高度大于２４ｍ的建筑定义为高层建筑；从建筑定义的角度来分析，高层建筑是近年来迅速发展的建筑形式。对于高层建筑的结构分析，高层建筑的结构体系是随着结构设计理论的进步和新材料、新工艺的应用而不断发展的，其结构设计越来越巧妙，新结构建筑物的寿命也越来越长。

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