淺談高層建筑工程結構設計綜合分析

高超

摘要：就現(xiàn)如今國內高層建筑工程結構設計工作的現(xiàn)狀來看，結合實際情況開展針對這項工作的原則實施全面的研究分析是非常必要的，并且符合社會的發(fā)展趨勢和需求，推動高層建筑結構設計工作的優(yōu)化發(fā)展。

關鍵詞：高層建筑；建筑結構；結構設計

引言

近年來，隨著我國經濟的發(fā)展，人們的物質生活極大的豐富，廣大民眾對生活質量水平的需求已經不再局限于眼前的水平，并且對生活的環(huán)境建設提出了更大的挑戰(zhàn)，正是如此就為建筑行業(yè)的施工和設計工作帶來了更高的挑戰(zhàn)，整個建筑行業(yè)也在不斷的創(chuàng)新，意圖將現(xiàn)如今的高層建筑結構形式朝著更加高端的方向優(yōu)化。但是伴著人們對建筑數量需求量的不斷提升，使得建筑逐漸朝著更高的層次方向邁進，這就為建筑項目結構設計工作制造了更大的困難。高層建筑結構的設計工作的作用不但影響到整個工程的外部形態(tài)，并且與整個結構的質量和穩(wěn)固性存在密切的聯(lián)系。

一、建筑結構設計的主要內容

建筑結構設計是指建筑結構設計師和工程師將各種建筑結構要素進行不同的組合，用圖紙繪制出能體現(xiàn)用戶需求的過程。總體來說，建筑工程中的結構要素主要包括梁、柱、板、地基基礎以及大樣等內容，工程師運用建筑系統(tǒng)知識對它們進行組合構成各種不同的建筑結構從而形成建筑結構體系。建筑結構中的防震設計是指根據地震對建筑結構造成的危害程度和負面效應，并對建筑結構破壞過程進行分析，在建筑結構設計時中加入不同的元素以減輕可能發(fā)生的實際問題。針對民用建筑，工程師進行設計時，不僅要考慮到建筑結構的總體布局，而且要關注建筑結構的細節(jié)問題，尤其是關鍵部位的細節(jié)問題，從而達到抗震防震的作用。另外，工程師需要著重考慮建筑的受力結構體系、結構設計模型的選擇和地基基礎設計，從而達到建筑高層化的要求。

二、建筑結構設計中的常見問題

（一）不當材料的使用

目前，在建筑行業(yè)中，由于鋼筋混凝土結構具有取材容易、耐久性、可塑造性以及整體性等優(yōu)點，施工單位對其的應用越來越廣。但是為了建筑物的整體美觀，施工過程中對鋼筋混凝土結構留下的伸縮縫隙較小，加上其本身特點中的抗裂性差，導致建筑物容易產生裂縫。一般而言，一旦建筑物產生裂縫，就會對其防水抗凍、防腐蝕能力產生很大的影響，同時也會很不利于建筑物的美觀。為有效補救鋼筋混凝土結構帶來的負面效應，目前建筑行業(yè)中出現(xiàn)了膨脹加強帶以及后澆帶等方法。

（二）建筑結構的受力設計

建筑結構設計初級階段，工程師沒有關注它的具體細節(jié)而是建筑結構的空間組成特點。建筑物的地基設計對建筑物結構的豎向以及水平穩(wěn)定起決定性作用，由于現(xiàn)代建筑物都是由笨重的大型材料組合而成，而且建筑結構的的重力都是向下的，所以建筑物結構必須要將其自身質量轉移到地面。工程師必須要掌握建筑結構體系中向下的作用力和地基承載能力的關系，從而對建筑物中核心的主心柱和主要承重墻的分布圖進行繪制。對于不同層高的建筑物，橫縱向結構體系設計原理大致相同，但是豎向結構設計卻又很大的不同，這是因為較高的建筑物側向力會產生更大的傾覆力矩和剪切變形，需要更大的承重柱、承重墻和井筒。

（三）建筑結構中的抗震設計

我國《建筑抗震設計規(guī) 范》中有明確規(guī)定：“建筑結構的底部框架（抗震墻結構），其上方部位的砌體抗震墻和底部設置的框架梁或抗震墻，應當相互之間對齊或者基本上對”。但是實際施工過程中并沒有遵循這一要求，一些設計師為創(chuàng)造更大的底層空間，減少了砌體抗震墻的面積，這樣會導致上部的抗震墻和地底下的抗震墻或建筑框架難以對齊，最終使得總體建筑結構內部無法起到規(guī)則化傳力的作用。相關部門對這些現(xiàn)象都應該加以嚴格控制，另外建筑物的總高度也應該受到嚴格的控制。

（四）建筑結構中的地基設計

作為建筑工程結構設計中較重要的環(huán)節(jié)，地基設計不僅會影響到建筑結構的后期設計而且是整個建筑工程造價占據比例最大的部分。所以，在地基設計階段如果出現(xiàn)問題就會造成較大的無法挽回的損失。建筑的地基應該選擇質量好、承載能力強、并能夠均勻沉降的基礎。如果建筑物過高，可以設計地下室來減小地基的沉降量，這樣不僅能幫助承受地面壓力而且能夠保持地上建筑物結構的穩(wěn)定。但是，需要注意的是，進行地基設計的時候要深入的學習建筑物所在地方的相關地基設計規(guī)范，避免由于不規(guī)范設計影響到項目的后期工作。

三、建筑結構設計的解決措施

（一）合理利用豎向空間

目前由于土地資源的日益緊張，高層建筑在民用建筑中得以應該應用，民用高層不同于其他的高層建筑，其要充分考慮到業(yè)主對建筑功能性的需求。設計師在設計過程中要充分考慮到各種戶型的南向采光問題、衛(wèi)生防疫性能問題、共享空中庭院問題等，眾多需要考慮的功能性要求，使設計人員開始在民用高層建筑中進行了大膽的嘗試，所以目前出現(xiàn)了結構連體、大底盤多塔及錯層等多種復雜的結構形式，隨著結構的日益復雜，需要設計師不斷的更新自己的設計理念，設計是進行技術性的創(chuàng)新，同時還要更好的實現(xiàn)對結構設計軟件的利用。只有這樣，才能滿足所設計出來的高層民用建筑具有更好的經濟性、安全性和舒適性。

（二）選擇性價比較高的建筑材料

經濟的增長帶來物價的上升，建筑工程中土地、建材都不可避免的受到波及。要想控制建筑工程的成本，設計師就要憑借自己的工作經驗和掌握的資源從宏觀上對建筑整體結構系統(tǒng)進行把控，在工程前期對比分析各類結構部件、審核計算結果，從而達到結構體系的整體性能最優(yōu)。建筑結構的設計要保證建筑物安全適用、有先進的經濟合理的新型技術和材料，并確保設計方案的價格最低、經濟效益最好。

（三）更高的抗震設計要求

現(xiàn)代化的建筑工程都會增加抗震功能。建筑結構設計時，工程師不僅要分析建筑物在正常使用時的豎向荷載和風力荷載，還要建筑物具有防震抗震的能力，從而進一步提高建筑物的商業(yè)價值。地震效應和建筑物的重量成正比，減輕房屋的重量能有效提高建筑結構抗震的能力，因此，結構設計人員應該考慮到這方面的因素，在設計工作中盡量合理布局，使用新型復合材料，減輕建筑物的重量，從而有效提高建筑的抗震能力。

四、建筑結構設計要點優(yōu)化

（一）選擇科學的結構方案

建筑結構設計方案必須有一個符合實際、具有可操作性的結構形式體系，這個體系應該具備受力方向和大小明確、傳遞時簡捷等特點。同一結構單元應該用一套結構體系，地震區(qū)應該遵守平面和豎向的結構規(guī)則。施工單位必須明確工程的設計要點，綜合分析材料質量、地理環(huán)境、施工條件等情況，并和各供應商協(xié)商，在多種結構選型方案中選用最優(yōu)方案。

（二）選擇合適的結構計算簡圖

結構計算是依據計算簡圖進行的，如果選用了不合適的計算簡圖，會導致結構計算錯誤從而引發(fā)安全事故的發(fā)生，所以選用合適的計算簡圖是保證建筑結構安全的前提。實際的建筑物結構中不存在純粹的剛結點和鉸結點，但計算簡圖的誤差與實際結構的誤差應該控制在允許范圍之內，還必須要有對應構造措施的保證。

五、結語

高層建筑的發(fā)展已經改變了我們的生活環(huán)境，提高了生活質量，促進了城市發(fā)展得更好，但目前高層建筑工程結構設計中存在的問題不可忽視，這就要求高層建筑不能盲目追求時尚和潮流，而應該從結構設計入手，在確保高層建筑質量的同時，促進人們安全幸福生活，從而促進中國建筑業(yè)的發(fā)展和經濟的繁榮。

參考文獻

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（作者單位：黑龍江省建工集團有限責任公司）