摘要：面对复杂的建筑结构设计，除了要提高建筑设计水平、掌握先进的结 构设计技术外，还要以科学、合理的利用结构工程原理为设计原则。在有效满足建筑的功能与安全的前提下，对建筑结构的设计进行合理性的判断，对投资、施工时 间以及空间效果等方面进行综合考虑，这样才能设计出符合技术要求的高层建筑。
关键词：高层建筑；结构设计；问题；对策
前言：近年来，随着国民经济的快速发展和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。
1 高层建筑结构设计的特点
1.1 需要承受较大的水平荷载作用
每一个建筑都需要承受着很大的垂直荷载与水平荷载，以及地震对建筑物造成的影响。在低层和多层建筑结构中，一般重力荷载就是其主要的控制因素，相对于影响来说，水平的荷载较小，侧向位移小。在高层建筑结构中，虽然垂直的荷载对于结构来说有着很大一部分影响，但是主要起着决定作用的还是水平的荷载。并且会随建筑层数及高度的不断增加，水平的荷载作用产生的内力和位移迅速增大。
1.2 轴向变形的特点
一般对于多层的建筑来说，会对弯矩充分考虑，因为轴力对于底层建筑的影响非常小，一般不去考虑剪切项的内容。但是对于高层的建筑来说，就是极为重要的一个控制点。从上面的公式可知，由于高层建筑的层数非常多，高度有很大，轴的力度数值也很高，而且沿高度所积累的一些轴向变形非常明显，轴向的变形会使得高层建筑结构内力的数值以及分布出现很大变化。对于一些连续性弯矩来说，在利用框--墙结构和框架墙结构的高层建筑中，一般中柱所承受的轴压普遍都会比边柱的大。一旦房屋属于高层建筑的时候，这种轴向变形的差别的数值就会很高，并使得连续梁之间的支座弯矩的数值变小，而跨中的正弯矩的数值逐渐增大。
1.3 侧移的特点
与低层建筑不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素，随着楼层的增加，水平荷载作用下结构的侧向变形迅速增大。高层建筑结构设计时，不仅要求结构具有足够的强度，能够可靠地承受水平荷载作用产生的内力;还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移限制在规范规定的范围之内，以保证有良好的居住和工作条件。
1.4 结构的延性特点
对于大多数高层的建筑结构来说，如在地震的作用下，结构一般会产生受力变形，为了使得建筑经过塑性的变形之后，还具有较强的形变能力，有效避免建筑出现倒塌的现象，尤其要在设计的时候应用合理的措施，确保建筑良好的延性。
2 高层建筑的结构体系新特点
高层建筑内部空间因其使用性质和功能不同，建筑平面布置也就随之变化。小空间平面布置方案仅适用于住宅及旅馆;办公室要求大小空间兼有;餐厅、商场、展览厅等，则要求有能灵活分隔的大空间;舞厅，宴会厅和报告厅等，又要求内部为无柱大空间。随着结构技术的发展，一些较新颖结构体系的运用，如悬挂、巨型、悬挑等结构，为满足各种使用功能要求创造了有利的条件。
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3高层建筑结构设计合理性控制
3.1选择合理的基础形式
工程地质条件的选择是结构设计中最为重要的基础,由于地基的承载能力较高,在设计的过程中,尽量的采用天然地基.例如18层以下的高层可以采用梁筏式基础,这样的目的是能够满足建筑承载力的要求的基础上,减少混凝土和钢筋的使用量,使得整个建筑的成 够降低,对于18层以上的建筑而言,在地基的选择中可以采用筏板式基础,其目的是由于层数更高,其承载能力更强,由于整体性能较好,可以有效的防止整个建筑的变形以及沉降,当遇到了地基不良的情况,还可以有效的防止地基的沉降,使得整个地基的变形能够控制在理想的范围以内.
3.2高层建筑结构设计中的控制参数
首先是轴压比的控制：轴压比的控制,是为满足建筑结构的延性上的需要,在对建筑的轴压比进行调整的过程中,需要增加柱、墙之间的截面面积,也可以采用改变材料的使用等措施,例如提高高层建筑中混凝土的标号和墙柱内埋型钢等.
其次,刚重比是也是非常重要的一个概念,目的是在保证建筑的有效载荷下,能够限制有效位移的二阶效应,这在建筑设计的过程中也是一个不可忽视的问题,在设计的过程中需要满足一定的上限和下限,如果不能满足,可以增加竖向构件的刚度.
层间位移角：这个指标直接会影响到建筑结构的侧向刚度,因此在结构设计的过程中,需要引起设计人员的重视,尽可能在设计的过程中实现结构水平方向的位移尽可能的降低,从根本保证高层建筑结构侧向刚度,对于建筑结构的稳定起到了非常重要的作用,因此需合理调整结构布置,使之满足国家规定的相应标准.
3.3充分满足建筑抗震要求
对于高层建筑而言,高层建筑的抗震能力是其中非常重要的一个指标,因此需要保证建筑各个部位的刚度具有较强的对称性和均匀性.如果在设计的过程中,建筑由于自身结构较为复杂,而出现了不规则和对称性的特征,这就对于比较复杂的地震应力在计算的过程中产生一定难度.所以,针对高层建筑的结构设计中,尽量的保证地震应力中心和建筑的刚度能够重合,即使出现了偏心距,那么偏心距之间的距离尽量的控制垂直外力建筑边线的5%以下.另外还可以采用提高结构外侧刚度的方式,从而达到一定的抗震效果.
3.4对沉降、温度收缩以及房屋体型进行综合的考虑
在进行建筑设计的过程中,建筑本身是受到多个因素方面的制约,所以在设计的过程中,需要对综合因素进行考虑,在设计中,合理的布置和处理结构分隔能够有效的防止不均匀沉降产生,另外还可以防止地震发生时建筑的碰撞和拉裂,及满足建筑结构在正常使用下的温度收缩等复杂情况,从而最大程度的提高整个建筑构件的安全性和可靠性.同时,现代化建筑在进行分析方法和计算方法的过程中,高层建筑的创新也不断的出现,导致了不规则,不对称建筑出现,这样对建筑结构的合理性要求越来越严格.
结语
综上所述，做好建筑结构设计是提高建筑安全性的第一步，要通过对建筑结构设计实际工作的分析，探求建筑结构设计的要点，形成对存在问题的分类和研究，真正找到提升建筑结构设计水平，确保建筑安全性的方法和措施。应该从建筑结构设计人员能力和素质培养出发，以建筑结构设计原则和规范的强化达到提升建筑结构设计工作的规范性，在提高建筑结构设计安全性的基础上，切实将建筑结构的安全纳入全面规范轨道，在科学应用新兴科技的基础上真正实现建筑的安全性目标。
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论文作者:郝军增
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年14期
论文发表时间:2019/10/17
标签：建筑论文; 高层建筑论文; 结构设计论文; 建筑结构论文; 荷载论文; 结构论文; 过程中论文; 《建筑学研究前沿》2019年14期论文;