高层结构设计中存在的问题及设计方法吴麟

高层结构设计中存在的问题及设计方法吴麟

吴麟

湖南大学设计研究院有限公司贵州分公司贵州贵阳550000

摘要：建筑结构作为建筑工程重要的组成部分，不仅能够提高室内空间的利用效率，而且能够为人们营造出良好、舒适、健康的生活环境，满足人们的基本住房需求。但是在建筑结构设计的过程中却还存在许多的问题，严重影响了建筑结构设计的美观效果，也无法保障建筑结构工程的整体质量。

关键词：高层建筑；结构设计；安全性与经济性

1我国高层建筑结构设计现状及存在问题

1.1选用的结构材料不合理

由于建筑结构材料复杂多样,质量参差不齐,如果没有严格按照设计标准和设计要求进行选择，很容易导致建筑结构材料的使用效果不理想。例如:目前大多数结构材料都采用含有甲醛的化合物作为原料或者黏合剂，给人的生命安全造成威胁[1]。使用过程中一旦受潮、受热，就会导致这些材料失去原有的功能，造成建筑结构设计的效果不理想。

1.2高层建筑结构的耐久度较低

我国目前还尚未确定具体的法律条款对这一问题做出明确指示与约束，有些地区甚至还未结合本地情况确定相应的标准，即使有标准也存在明显缺陷，这都会从各个方面影响到高层建筑结构的耐久度。

1.3设计市场存在一些混乱现象，钢结构设计质量不佳

根据我国近年来高层建筑钢结构设计情况来看，各大设计院往往承接了较多项目，且收费相对较高。但钢结构部分设计费工且收费低，部分设计单位不愿意承接此类任务，或是在此方面设计经验不足，将项目中钢结构部分分包给其他单位，甚至是出现层层转包的情况，部分设计单位并无资质，仅仅是用买来的图标搞设计，最终导致严重的质量、安全隐患。对此，必须要进一步规范设计市场，加强资质管理，通过严格的检查监督来保障设计质量[1]。

1.4设计深度不够

目前不少设计单位钢结构设计水平低，多数是刚毕业的新人承担此类任务，普遍存在照搬规范、套程序的情况，设计成果质量不高，仅仅是给出“构件布置图”，对关键的“节点”设计不分具体情况，原本应由设计单位完成的“节点构造”“支座详图”“施工安装”等均交给加工企业，最终导致质量隐患严重。我国住建部明确规定“，施工图设计”由设计院完成，必须将此规定落实到位，防止出现互相扯皮的情况。上述等问题的存在，极易因为设计方案不合理而影响工程投资，然而，工程投资的增大反而会使设计费增加，设计单位并未因工程浪费承担任何责任，因此，必须要加强此方面的管理工作。

2结构及设计特点分析

2.1基本结构分析方法

常见的建筑结构的分析方法有弹性分析；弹塑性分析；塑性内力重分布分析和试验分析等。在此将简单介绍其中的一种分析方法—塑性内力重分布分析。内力或塑性内力重分布指的是：超静定钢筋混凝土结构中的非弹性特性引起的各截面内力间不再服从线性弹性关系的现象。静定的钢筋混凝土结构不存在塑性内力重分布。高层建筑结构稳定性计算中的弹性假定，关于风荷载、竖向荷载及多地震作用下内力和位移的计算，结构方面的塑性内力重分布需要加以考虑。

大体原因有以下两点：

（１）建筑中的弹性内力与理论不符（混凝土开裂等）。

（２）试图减少或增大一些部位的配筋，期望合理施工及破坏机构。能考虑使用的方法：

（１）建筑结构弹性的计算中将内力乘以某一系数，如框剪结构中框架的内力调整，框架梁竖向荷载的调幅等。

（２）建筑结构的弹性内力计算时尝试降低构件本身的刚度，如联肢剪力墙中的连梁，框剪结构中的框架与剪力墙间的连梁等。

2.2高层建筑结构特点

首先随着建筑高度的不断增大，位移加剧增加；水平荷载作用下的结构侧移也会随之急剧增大；建筑高度的不断增加，同时建筑的结构高宽比增大，水平荷载下的整体弯曲影响随之变大，轴向变形的影响越来越大；与多层建筑的结构稳定性计算相比，高层建筑结构的最显著的特点在于水平荷载成为设计结构稳定性的首要因素，有些构件除需要考虑到弯曲形变，还需要考虑轴向形变和剪切形变，地震高发区的高层建筑结构稳定性的计算还应该控制构件和结构延性的指标。

任何一个建筑都要同时承受竖直荷载和气流、气压产生的荷载，还要具有抵抗地震的能力。在较低楼层中，由于竖直高度不算太高，墙体也比较厚，受到的普通风力对建筑的影响也不是特别明显，这时候就需要着重考虑竖直方向上墙体产生的剪力。在前些年，楼房多为五层，六层，之所以不再加高，就是因为楼层越高，其上部对下部的剪力越大盖到六层为止。而高层建筑普遍为框架结构，这种框架结构抗震效果更突出，设计出的建筑也朝着“小震能用，中震能修，大震不倒”的标准建造。但高层建筑能“拦截”更多的风，因此，对于高层建筑，我们不得不认真考虑风荷载等水平荷载产生的影响，水平荷载逐渐成为高层建筑结构设计中需要考虑的关键因素。

2.3结构的抗震概念设计

在对课题的研究过程中，我对结构的抗震概念设计有所思考，并整理了我搜集和探讨的相关内容。框架结构出现问题的主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。结构选型原则：（１）建筑功能要求；（２）结构安全性、适用性和耐久性要求；（３）建筑材料及施工要求；（４）经济及美观要求。

高层建筑总体结构的布置，指的是对高度、平面和体型等的选择，除应考虑到建筑使用功能、美学要求外，在结构上还需要满足刚度、强度及延性的要求。地震高发区域的高层建筑在进行结构设计时，应努力保证建筑物具有良好的抗震性能。

3有效提升高层建筑结构设计安全性的措施

3.1控制建筑结构的侧移

如果建筑结构侧移过大，那么建筑物内的人们会感到不适，也就是上面所说的舒适度过低，导致人们对所在环境产生恐慌。如果建筑结构侧移过大，使得建筑物内的填充墙、建筑装饰以及电梯楼道等设施会产生不同层度的裂缝，后果不堪设想。如果建筑结构侧移过大，严重的会导致结构开裂，进而大大减少建筑物的使用寿命，以及地震过后，建筑物的损坏程度会更深，结构变形能力不足以抵抗地震时，建筑便会倒塌。一个建筑物的稳定性也可通过其抗震能力反映出来，地震反应在不同情况下有明显差别，也意味有着不同的抗震要求。人们为了方便设计和区别不同的情况，对建筑结构延性要求的严格程度可分为四级：很严格／严格／较严格／一般，这称之为结构的抗震等级。

3.2新技术应用

在绿色施工理论应用的过程中，必须要保证技术的实用性，从根本上提高建筑的使用寿命，保证结构装修工程施工管理符合业主的需求。绿色建筑技术能够促使现代建筑结构的整体效果得到全面的增强，减少自然资源的浪费。将传统的结构技术与现代技术进行完美的融合，最大限度保证结构材料的可循环利用。大的威胁。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。当然，怎样更好地定量分析建筑的结构稳定性，也需要我们不断进行理论和思维的突破。高层建筑结构稳定性力学分析是一个清晰的方向，希望以此为出发点的研究能促进高层建筑理论和实践水平的不断完善。

参考文献

[1]王建宁.分析高层建筑结构设计中的安全性与经济性[J].科技创新导报，2017（36）.

[2]余添朋.提高高层建筑结构设计中的安全性及经济性的方法分析[J].江西建材，2016（14）：9-10.

[3]杨学林，祝文畏.复杂体型高层建筑结构稳定性验算[J].土木工程学报，2015，48（11）：16－26．

[4]何辉，吴祖跃.浅谈高层建筑结构的设计与分析[J].科技创新导报，2009，（13）.

[5]王国安.高层建筑结构整体稳定性研究[J].建筑结构，2012，42（6）：127－131.