舒忠益
杭州市城乡建设设计院股份有限公司 浙江杭州 310000
摘要：在城市的建设中，建筑业的发展是其中的重要影响因素之一，建筑结构设计是其中的关键要素之一。本文主要是分析了建筑结构设计的一些要点、相关问题及解决措施，以供参考。
关键词：建筑结构设计；要点；问题；措施
在房屋的建设中，建筑与结构的设计可以体现设计师设计的理念与风格，一个精心设计不仅影响着设计师的发展，也会使建筑行业更上一个台阶。而对于房屋建筑的设计，较比其他的建筑对舒适、安全、环境的要求更高。结构的优化要从多种方案中进行筛选，不断完善。房屋建筑市场发展较为迅速，但是问题也在不断地涌现，大部分的原因是未能对工程前期设计进行优化，导致后期出现很多漏洞，损失无法避免。对结构的设计和优化是避免损失和问题的关键。
一、高层建筑结构设计要点
1.选择合理的建筑平面方案。
高层建筑平面宜采用规则、简单、对称的方案，受力力求明确简单，使建筑的平面形心、抗侧的刚度中心及建筑质量重心三心尽量重合，从而最大限度规避扭转破坏现象。一般来讲，高层建筑结构可以是方形的，也可以是圆形或矩形，甚至是十字形、Y形、T形、L形。但是无论是哪种建筑形式，其平面尺寸都要符合设计规范要求。L形、十字形、Y形的建筑凸出尺寸B不应大于房屋总宽度Bmax的30%.；平面凹进的尺寸也不应大于相应投影方向总尺寸的30%。另外平面应避免大开洞。有效楼板宽度不应小于该层楼板的50%，总开洞面积不应大于该层总面积的30%。
2.基础设计方案的选择
对于楼层较高建筑的基础选型及设计要根据房屋的地上部分结构类型以及工程现场的地质情况，对上层的结构竖向分体系的荷载传递特征以及邻近建筑物影响和施工条件等多方面的因素进行综合的整理分析，选择最适合并且最经济的基础方案，以满足地基承载力和基础沉降的要求。在基础设计的时候应根据实际情况最大限度地发挥地基的作用，在需要时尚应对地基土持力层及其下卧层的整体稳定性进行验算（尤其是在地震作用时）。在进行高层建筑的基础方案选择时，应仔细研究建筑场地的地质勘探报告资料。必要时要进行两种不同基础类型的方案进行综合经济性比较，不仅考虑混凝土与钢筋等材料的用量，还要考虑施工模板，施工机械成本与人工成本。一般情况下，优先考虑采用采用天然地基的浅基础，如果浅的土层没有合适的地基持力层。可考虑桩基础或者地基处理。另外根据地上建筑的荷载差异，可采取不同的基础形式。比如高层主楼基础采用灌注桩基础，裙房可采用浅基础。另外地下室水浮力也是基础方案选择的重要因素。一层地下室水浮力较小，可选择独立基础加防水板的形式。而两到三层地下室的水浮力较大，选择筏板基础更经济。
3.合理的建筑结构方案
结构设计方案不仅仅需要满足经济性要求，而且还要满足结构形式和体系的要求。结构体系的要求就是要保证受力的明确以及传力的简单。在相同结构的单元中，要选择与之相应的结构体系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在对建筑的地理状况、施工条件以及选材等方面综合分析的基础上，与建筑、电气、给排水等其他专业的设计相协调一致状况下，进行结构的合理选择，进而确定设计结构方案的科学性。比如超过18层的高层住宅，可优先选择剪力墙结构，既能满足建筑功能使用要求，避免房间凸出柱子影响使用，又能满足结构安全性与经济型的合理要求。较大跨度的房屋可选择预应力框架结构或者轻钢网架结构、钢桁架等等。
4.应用计算机进行设计辅助
随着科技的进步与发展，网络化范围不断变大，通过计算机来辅助建筑结构设计应用十分广泛。计算机的应用可以使工程师在结构的分析上更加顺利，正确运用计算机进行辅助对我国的建筑设计有着重要影响。然而，随着我国经济的发展，使建筑规模逐渐变大，建筑结构的也逐渐复杂化，使结构设计的难度加大，这要求建筑设计师了解辅助软件特点及其适用的范围，掌握各参数选取的条件，使计算机软件充分为建筑设计工作服务。
二、高层建筑结构设计常会出现的问题
1.地基与基础的设计问题
高层建筑地基与基础在设计上的要求较高，一些建筑地基与基础的设计未全面考虑荷载作用，在局部的填土及隔墙的设置等问题上都没有考虑荷载的偏心问题。在设计过程中，未进行抗弯、抗剪及冲切的处理。
2.连梁设计的问题
连梁的设计主要有截面尺寸、限制剪压比及剪力取值等问题。若连梁设计不够准、跨度小、截面高就会对建筑抗震性能造成影响。在地震时，连梁的弯矩与剪力过大，无法达到抗震设计规范要求，给建筑的安全使用造成威胁。
3.扭转方面的问题
在高层建筑的结构设计中，建筑的三心非常重要。建筑的三心主要是指建筑结构的重心、几何形心以及刚度中心。在进行结构的设计时要确保三心的汇聚，尽量保证三心集中于一点，实现三心合一。高层建筑的扭转问题主要是受到风荷载、地震力等水平力作用，房屋抗扭刚度偏小。扭转周期比，即扭转周期与第一平动周期的比值大于0.9.最大层间位移与位移平均值的比值大于1.2.
4.抗震结构体系设计的问题
由于结构抗震设计是高层建筑整体设计中最困难的一部分。特别是地震高烈度地区。然而对于高层建筑，其本身较复杂，一旦地震发生，将会造成很多不确定性的问题，及对人民财产与生命造成无法估量的危害。为此，在建筑物结构设计过程中，结构设计师绝对不可忽略地震所带来的破坏，一定要掌握避震、减震、抗震的原理，采取合理的房屋结构。采取合理的结构体系，掌握用科学的软件进行地震作用分析与房屋的抗震验算。
三、高层建筑结构设计问题的应对措施
1.地基基础进行设计
对于有地下室高层建筑在设计时，要考虑细部载荷问题，地下室局部填土、外挑部位、水池、重型设备等都受荷载的影响；在对筏基与基础梁板进行配筋计算时，计算地基净反力要扣除底板上梁板的自重与荷载作用，当箱筏四角和四边地基的反应力太大时，要进行配筋加强处理；若采用桩筏进行设计，就需要考虑桩土问题，桩土共同作用会造成一定影响。在基础的底板计算时，应考虑桩土的共同工作状态及桩沉降时地基的反力。筏板基础等要考虑剪切、冲切计算。
2.连梁的设计
在有关规范中对连梁截面尺寸、剪压比及剪力取值等都做出了明确的规定。在工程实际设计中，由于连梁跨度较小且截面高度大；在地震作用时，剪力与弯矩经内力计算后都较大，所以无法满足规范要求；在设计时，必须以不同情况作为依据，进而采用不同抗震措施。在地震力的作用之下，为保证连梁延性，并有效传递弯矩和剪力，刚度折减的系数应在0.55以下；在风载荷作用之下，为控制好连梁裂缝，要保证刚度折减的系数在0.80以上。除此此外，若对连梁刚度的折减系数进行调整后仍然无法达到要求，可通过内调幅，配足够箍筋的方式。如果连梁严重超筋，可减小连梁高度，进而减小弯矩和剪力。
3.扭转问题的解决
在进行结构设计时，对于扭转问题要重点关注。建筑物要最大程度的降低水平荷载作用的影响，减少扭转性破坏，设计人员在设计时就必须要对建筑的结构进行合理的设计。在其平面布局上尽量规则、对称。竖向抗侧力构件布置规则、对称，侧向刚度沿竖向均匀变化，避免承载力突变等。
4.抗震结构体系设计
抗震设计一直是高层建筑设计中一个非常关键的问题。由于建筑物本身高度需求，使其要求也较高。合理优化结构设计中构件的位置，使荷载可均匀分配到各个构件，避免受力不均，造成薄弱部位，致使整个结构体系发生破坏。采取符合实际情况的计算模型，分析判断应力集中、变形集中或地震扭转效应等导致易损部位，采取相应的加强措施。适当部分设置抗震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元。尽量采用多道抗震防线的结构体系，避免采取单跨结构等没有结构富余度的结构体系。
四、结语
结构设计需要衡量多方面因素，如建筑结构布置的合理性和实用性，最重要的是满足建筑设计的功能使用要求。结构设计人员在设计时要对环境条件的有充分的考察，对建筑使用要求有充分的了解，在结构设计过程中充分发挥建筑材料性能，充分考虑抗震结构的合理布置，才能打造出经济、合理、安全的结构设计作品。
参考文献：
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[2]陈加军.预制装配式高层住宅混凝土结构若干关键问题研究[D].青岛：青岛理工大学，2014.
[3]陈光远.高层住宅建筑结构设计需关注的几个问题[J].中国建设信息，2011（7）：59-60.
[4]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
论文作者:舒忠益
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/28
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