高層民用建筑結構設計的幾點重要思考

曹子成

摘 要：現階段隨著我國社會主義市場經濟的快速發展，城市化進程不斷加快，城市土地資源的價值全面提升。建筑高度的不斷增加，使得建筑功能和基本用途逐步發生改變，對建筑結構設計也提出了較多要求。所以，當前相關部門需要針對高層民用建筑結構設計相關問題進行探究，擬定有針對性的探究方法，更好的完善高層民用建筑結構設計。

關鍵詞：高層民用建筑；結構設計；思考

中圖分類號：TU973 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0121-02

目前隨著建筑項目范圍不斷擴大，城市土地資源利用價值全面提升，城市建筑群都朝著高層建筑發展，這也是未來建筑領域發展的重要趨勢。當前大多數高層民用建筑實際應用范圍較廣，功能較多，對建筑結構設計提出了更多要求。在結構設計過程中，由于樓層不斷增加，使得設計內容以及設計技術更加復雜化。結構設計工作質量對社會群眾生命財產安全具有重要影響，所以當前建筑結構相關設計人員需要明確項目建設重點內容，制定設計標準，根據工程實際情況完善設計內容。

1 當前高層民用建筑結構所采用的設計原則概述

在高層民用建筑結構設計過程中需要采取規范化的設計原則，在優化原有的設計基礎上使得建筑設計科學性和有效性得到提升，從而提高建筑工程建設質量，避免出現各項安全問題。在建筑結構設計過程中，需要對建設地區周邊環境進行分析，擬定相應的建筑設計工藝以及設計要求，使得施工環境與施工工序相適應。在建筑結構設計過程中，相關部門需要借鑒一些成功設計案例，充分應用各項建筑設計技術，能夠優化建筑結構性能，還能使得各項設計活動的合理性有效提升[1]。

2 高層民用建筑結構設計的基本現狀分析

2.1 部分建筑方案缺乏科學性

目前的建筑方案大多追求建筑風格的個性化以及使用功能的多樣化，門窗洞口變化復雜，使得結構專業的剪力墻布置很受限制，有時會出現部分墻體上下不能對齊的情況。目前高層建筑建造成本控制要求較高，在實際設計過程中相關部門以及設計人員需要對結構進行優化設計，使工程受力更合理。但是目前設計過程中，受建筑方案所限，不能在四周較合理的地方布置剪力墻，甚至會出現墻體上下不對齊等情況。此類情況將會導致設計結構體系變得復雜，建造成本也會提高。此外，部分高層民用建筑結構模型建立與實際情況不完全一致，參數選取不準確，都會使得結構設計質量受到影響。由于結構設計過程中存在諸多安全隱患，會導致后續施工建設過程中出現各項問題，致使結構安全存在諸多不確定性[2]。

2.2 設計人員綜合職業素養有待提高

隨著電腦輔助設計的普及，很多設計人員變得越來越依賴軟件計算，覺得只要有計算軟件的幫助，所有的困難都能迎刃而解，這種觀念往往會釀成大錯。設計人員需要認清楚，即使電腦功能再強大，也是需要人來操作的，如果設計人員經驗不足，基礎知識掌握不牢，就無法判斷電算結果是否正確。加之軟件質量的良莠不齊，若設計人員沒有豐富的經驗，是很難準確使用軟件的。即使再優秀的軟件，計算出的結果與實際情況也是有誤差的。設計人員要做的是憑借自身的經驗把誤差盡可能縮小，否則一切都是徒勞的。在工程中設計人員需要通過調整結構布置對主要目標參數進行控制，其中主要有周期比、層間位移角、軸壓比等。此外，有部分設計人員自身所采用設計方法不合理以及對設計規范內容掌握不全面，最終致使設計活動中存在較多問題[3]。

2.3 結構設計中的計算問題

民用建筑結構設計需要采用多樣的設計方式，在設計過程中需要考慮多項內容。（1）剪力墻長度不宜過大。過長的剪力墻剛度很大，會使結構周期過短，地震力太大，經濟性差；（2）剪力墻的連梁設置。在墻肢和連梁的協同工作中，剪力墻應有足夠的強度，在正常使用和風荷載的作用下，結構處于彈性工作狀態。在地震作用下結構允許進入彈塑性狀態，連梁可以產生塑性鉸。同時要求在地震中連梁的屈服要早于墻肢的屈服。（3）周期折減。高層房屋建筑結構設計過程中含有填充墻，所以實際剛度值與事先設計的剛度值之間存在一定差距，計算周期也存在差異。所以設計過程中需要對計算周期進行適度折減。

3 現階段高層民用建筑結構設計的幾點重要思考探析

3.1 選擇合理的結構設計方案，確保建筑結構的安全性

合理的結構設計方案是高層結構設計中首要考慮的問題，尤其是幾個重要因素，比如：結構類型、荷載分布情況、施工條件、地質情況、相鄰建筑物的影響等，都需要在實際工程中進行有針對性的設計。同時還要考慮在相同的單元結構中，要采用相同的結構體系。除了以上條件，還要考慮地理條件、工程設計需求、施工條件、材料等因素，在與水、暖、電各專業密切配合的情況下，選擇合理結構類型，從而確定結構方案。

3.2 充分考慮設計施工經濟性

安全、適用、經濟是結構設計的三要素。三個要素之間既有層次關系又相互平衡制約。在滿足前兩個要素的前提下，就要考慮如何實現建造成本的經濟性問題。直接經濟指標一般采用單位面積結構綜合造價或者單位面積材料用量（如鋼筋和混凝土）。對于高層建筑而言，我們還需要考慮它的施工周期長、投資回報慢、豎向構件面積大等特點，這些都需要用到間接指標，比如：豎向構件占樓層面積比、施工可行性、社會效應、樓層凈高等。

3.3 推廣使用隔震和消能減震設計

高層建筑在擴大活動空間的同時，對建筑物整體結構以及抗震性能提出了更高的要求，所以在高層建筑中需要加強抗震設計。目前世界各國普遍采用的傳統抗震結構體系是“延性結構體系”，即適當控制建筑物的剛度，但容許結構構件在地震時進入非彈性狀態，并具有較大延性，以消耗地震能量，減輕地震反應，使建筑物“裂而不倒”。采取軟墊隔震、滑移隔震、擺動減震、懸吊減震等措施，改變結構的動力特性，減小地震能量輸入，減輕結構地震反應，這是一種很有發展前途的抗震措施。提高結構阻尼，采用高延性構件，能夠提高結構的耗能能力，減輕地震作用，減小樓層地震剪力。隨著社會的不斷發展，對各種建筑物的抗震要求越來越高，消能減震技術具有傳統抗震體系所難以比擬的優越性，必定在未來的建筑結構中受到越來越廣泛的應用。

3.4 高層建筑剪力墻結構設計優化

在高層剪力墻結構的標準層單位面積含鋼量中，剪力墻的用鋼量約占45%～65%，剪力墻邊緣構件的用鋼量約占30%～45%（該統計數據為7度抗震設防區數據，以下同），因此剪力墻布置的合理與否直接關系到整個結構的經濟指標。剪力墻結構布置得基本原則是：盡量減少剪力墻數量，且各墻肢布置時應考慮如何減少邊緣構件，以期通過布置較少的抗側力構件來獲得滿足規范要求的抗側、抗扭剛度。

剪力墻盡可能多布置在結構周邊的外墻位置，必要時可以利用房間窗臺設置高連梁以加強剛度，在結構中部應盡量減少剪力墻布置，以便提高結構的抗扭剛度，控制結構的周期比與位移角。多布置均勻長墻（長度不大于8m），少短墻。要精心選擇對結構承受水平及豎向荷載有利的隔墻位置布置剪力墻，盡量拉大剪力墻的布置間距，避免在過小的間距內布置多道剪力墻。通過加大墻肢長度，減少剪力墻數量，使結構抗側剛度增加，邊緣構件數量減少，且由于墻間距變大，使建筑平面布置的更靈活。

4 結語

總而言之，當前隨著我國民用高層建筑范圍不斷擴大，當前對建筑結構設計相關內容進行探究具有重要意義。相關部門需要提高建筑設計重視度，結構設計活動結束之后需要進行全面審批，而后開展施工活動，避免施工過程中出現各類事故。國家部門需要根據設計者要求擬定相應設計圖紙，根據圖紙內容進行施工，確保施工活動的規范性。在設計過程中需要加強管理，避免對建筑工程質量造成較大負面影響。

參考文獻

[1]宋少剛.高層民用建筑結構設計的幾點重要思考[J].中國建材科技，2015，（2）：101-102.

[2]王亞楠.高層民用建筑結構設計的幾點重要思考[J].城市建設理論研究（電子版），2016，（9）：3047.

[3]丁寧.高層民用建筑結構設計的幾點重要思考[J].商品與質量，2016，（36）：283.