高層結構設計中存在的問題及設計方法

劉國強

摘要：高層建筑建設施工中，結構設計好壞對工程項目整體質量、安全、經濟效益產生一定影響，做好高層結構設計工作有助于后續施工的有序進行。文章主要對高層結構設計特點進行分析，并從高層結構設計中存在的問題出發，探討具體的設計方法，希望能夠為相關人員提供一些參考。

關鍵詞：高層結構;結構設計;設計問題;高層設計

1高層建筑結構的設計特點

第一，水平荷載。高層建筑結構設計時，水平荷載是決定性因素。已有研究顯示，建筑自重和樓面荷載，在豎向構件中引起的彎矩和軸力，和建筑高度的1次方成正比;水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及在豎向構件中引起的軸力，和建筑高度的2次方成正比。在建筑高度一定的條件下，豎向荷載一般是固定的;而水平荷載會受到風力、地震的影響，會產生較大變化。第二，軸向變形。高層建筑結構設計時，軸向變形是不能忽略的因素。由于豎向荷載較大，在柱體中會引起軸向變形，影響連續梁彎矩，導致連續梁中心支座處的負彎矩減小，而跨中正彎矩、端支座負彎矩增大。此外，軸向變形還會影響預制構件的下料長度，應該根據軸向變形值大小，調整下料長度。第三，側向位移。高層建筑結構設計時，側向位移是關鍵控制指標。高層建筑的高度越大，在水平荷載影響下，結構的側向位移越明顯，必須將位移量控制在允許范圍內。第四，結構延性。高層建筑結構設計時，結構延性是重要設計指標。相比于非高層建筑，高層建筑更加“柔軟”，在地震發生時，結構變形更大。建筑結構處于塑性變形階段，為了增強抗變形能力，避免發生倒塌，就要在關鍵部位和構造上，采取有效措施提高結構延性，防止發生斷裂現象。

2高層結構設計中存在的問題

2.1抗震性能較差

結合以往情況來看，我國很多建筑物在建設完成后都存在著抗震性能較差的情況，這使得其在地震災害發生時，造成了較大的財產損失和人員傷亡，嚴重阻礙了國民經濟的進一步發展。由于建筑結構設計涉及的內容相對較多，知識面較廣，對于設計人員的要求也較高，設計人員無法達到建筑結構設計的標準要求。再加上設計人員自身創新思維、工作態度以及綜合素質水平的缺失，在設計中經常存在各種失誤，進而影響了建筑結構設計的準確性和有效性，導致建筑抗震性能較差。其次，受到傳統設計理念的影響，工作人員無法結合實際情況充分考慮到建筑的抗震性能，難以保證建筑結構的安全性，進而造成較大的人身和經濟損失。

2.2設計深度不夠

目前不少設計單位鋼結構設計水平低，多數是剛畢業的新人承擔此類任務，普遍存在照搬規范、套程序的情況，設計成果質量不高，僅僅是給出“構件布置圖”，對關鍵的“節點”設計不分具體情況，原本應由設計單位完成的“節點構造”“支座詳圖”“施工安裝”等均交給加工企業，最終導致質量隱患嚴重。我國住建部明確規定，“施工圖設計”由設計院完成，必須將此規定落實到位，防止出現互相扯皮的情況。

3高層結構設計優化的有效措施

3.1結合抗震要求提升結構設計合理性

目前大多數建筑均是以橫墻和縱墻相結合的承重體系設置來確保結構穩定性的。因此在布置過程中，一定要確保受力的均勻性，做到水平方向上的對齊，豎直方向上的有效銜接，有效避免縫隙、錯位等問題的發生，保證結構整體安全性。再者，樓梯間的設置要盡可能的避開盡頭和轉角的地方。對于特殊的建筑，最好使用雙向抗側力結構布置來提升其穩固性和安全性。

3.2做好高層建筑結構穩定性設計

高層建筑結構穩定性需要科學設計與規劃作為保障，要從系統和局部、整體和部分的聯系分析出發，提升高層建筑結構的協調度和整體連續性，避免高層建筑框架設計出現結構失穩和承載力不足等問題。當高層建筑結構進入到構造部分設計時，應強調結構的穩定性和連續性，要系統而科學地形成建筑主梁與其他架構的連接關系，提升高層建筑結構穩定性，通過合理設計和科學系統控制使高層建筑結構形成承載優良、結構穩定的建筑體系，提升高層建筑結構整體的穩定性。在設計高層建筑框架輔助部分的工作中，必須著重分析和利用剪力墻、框架結構、梁柱結構的細節，對高層建筑結構的受力形式和負荷狀況進行平衡度和穩定度的設計與計算，確保高層建筑結構能夠在系統上成為連續、有機的整體，能夠在高層建筑結構施工中具有良好的效率性，確保高層建筑結構的抗震、防震能力達到結構穩定的目標。在高層建筑結構穩定性的優化和強化過程中，要控制剪力墻、承重墻等關鍵構件的分布和使用，發揮其連接、承重、負荷的價值和功能，做到主梁結構與其他結構形式的高度吻合，提高高層建筑結構整體的連續性和穩定性，建立提升高層建筑結構穩定性的結構和技術設計基礎。

3.3建立健全的建筑施工技術管理體系

現代施工技術水平在當前科學技術和社會經濟發展中取得了巨大的進步，隨著建筑的復雜程度和建筑規模化的不斷提高，為了保證建筑結構質量的安全性，要求建筑施工技術管理水平更進一步完善發展。施工企業應該制定各項技術標準，保證整個施工過程合理有序;認真落實技術交底和現場資料管理工作，讓所有施工人員充分了解設計圖紙和明白自身的工作內容;加強對施工材料和施工質量的監管，重視對施工技術人員的技術培訓。施工企業應該重視施工技術，不斷提高施工質量，才能在市場競爭中順利生存和發展。

4結語

如何保障建筑的安全性是結構設計和建筑施工的重中之重。為了提高建筑的安全，在按照國家規范的前提下，注重抗震設計，加強設計人員的技術水平，提高設計規范的安全儲備;應合理使用設計軟件，能夠合理判別計算結果的對錯。同時，施工單位應該加強施工人員技術水平以及對整個項目的施工管理，只有這樣，才能保障建筑的質量要求，提高其安全性，推動高層建筑事業的健康發展。