高层建筑中的问题和解决对策论文
摘要: 随着社会的全面发展，高层建筑在整个建筑体系中所占比例日益的增加。为了避免建筑结构设计中的失误对工程质量造成重大的影响，不仅需要对高层建筑中结构设计的各种问题进行分析，还要采取相应的措施进行全面优化。
关键词: 结构设计;高层建筑;问题;对策分析
一、高层建筑结构设计中存在的问题
近年来，随着人们生活水平不断提高以及建筑设计技术的发展，高层建筑结构的设计也在不断提升，就当前的设计情况而言，在对高层建筑结构进行设计的过程中还存在着许多的问题，这样会使得高层建筑结构的建设质量以及设计质量很难得到保证。首先，需要对高层建筑结构中存在的设计问题进行分析，并且针对这些问题进行有效的解决。
1．1设计的中间过程的把握
在日常的设计中，设计人员通过辅助计算软件计算出来的结果对照着配筋，但在计算的结果上会有一定程度的放大，作为安全储备。尤其是面对高层建筑的时候，我们很难做到淡定。因为高层建筑和多层、低层比较的话，无论是从设计还是从施工和建造上来讲，都要复杂得多。所以很多时候，我们的设计人员在中间过程的很多环节由于过分谨慎，层层放大，导致最终的结果过大，严重不符合实际受力情况，造成极大浪费。
1．2过度优化的问题
随着高层建筑的越来越多，人们对于高层建筑也越来越熟悉，尤其是对于住宅建筑，结构形式相对于公共建筑来说，要简单些，也比较有规律性。所以一栋住宅从前期规划到最后建设完成，把其中的各个环节摸清弄懂，不难。另外住宅建筑具有可复制性，可参照性。因此拥有更好的经济指标就成了很多的建设方和设计单位追逐的目标，前者想要获取最少的投入，后者想借此获得更多的设计任务。设计优化本身是一件造福社会的事情，但如果这件事情对施工造成了困扰，则很有可能会造成安全隐患。
1．3建筑结构风荷载设计的问题
高层建筑是属于对风荷载比较敏感的建筑，风荷载对于高层建筑来讲，是很重要的荷载，但是现阶段对计算风荷载的各种因素和方法还不十分确定，所以对于设计人员来讲，如何来确定风荷载的大小，这个应该引起足够重视。另外当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互距离较近时，会产生风力相互干扰的群体效应。但是目前高层建筑的结构设计过程中，结构建模都是以单个建筑物主体为单位，单独计算和分析，往往容易忽视群体效应的影响。
1．4高层建筑的结构抗震设计问题
高层建筑结构设计中最重要的环节就是抗震设计，但这也是我国建筑结构设计中最薄弱的环节，由于高层建筑结构设计中的抗震设计较为复杂，需要对建筑结构体系、建筑基础形式、建筑高度、建筑材料等方面的问题进行综合考虑。在以汶川大地震为代表的几次大的'地震发生之后，人们对于地震以及其带来的危害有了全新的认识，也引起了足够的重视。但是抗震设计是基于抗震概念的设计，如果概念错误，再怎么认真设计，也无事于补。目前存在的主要问题是设计人员对于抗震概念设计的意识比较薄弱，只知道一味地遵循规范。
二、高层建筑结构设计对策
通过对高层建筑结构设计中存在的问题进行分析可知，高层建筑结构设计水平需要不断的提升，针对产生的问题，采取相应的对策，对于提升建筑结构设计水平，建筑结构设计控制的加强及建设质量具有重要意义。
2．1中间过程加强检查，最终结果安全储备
设计人员在设计的中间过程只要做到严格检查，不漏项，不缺项，在最终的计算结果的基础上适当放大，作为安全储备即可，既经济，又能做到心中有数。
2．2适当优化才是正道
走出优化误区，优化不是挑战设计和施工的极限。建筑结构设计是偏重于理论的工作，施工则是偏重于实际操作的工作，如果设计不断压缩施工的空间，结果可能会让很多构件和节点的结构功能无法实现，造成主体结构安全隐患，此为过犹不及。设计人员应该在理论和实际施工中寻找一个平衡点，让建筑功能完美体现。
2．3对高层建筑结构的风荷载合理取值
我们在对待风荷载这一重要荷载的时候，应该如何把握?首先应充分认识到高层建筑对于风荷载的特殊性，基于目前计算方法的局限性，我们对于高层建筑的基本风压应适当提高，确保其安全性。如何提高基本风压值，仍可由各结构设计规范，根据结构自身的特点作出规定，没有规定的可以考虑适当提高其重现期来确定基本风压。至于如何处理风荷载群体效应的问题，我们可将单独建筑物的体型系数乘以相互干扰系数，避免由于漩涡的相互干扰，造成房屋某些部位的局部风压显著增大的现象。
2．4高层建筑结构抗震设计
在高层建筑的结构抗震方面，首先需要加强抗震的概念设计的培训。只有方向把握对了，我们才有可能设计出质量优良的产品。抗震设计主要包括三个方面，概念设计，抗震计算设计和构造设计。建筑抗震的概念设计是把地震及其影响的不确定性和规律性结合起来，就是进行结构抗震设计时着眼于结构的总体地震反应，按照结构的破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计准则，从设计一开始就全面合理的把握好结构设计中的基本问题(总体布置、结构体系、刚度分布和延性等)，并顾及关键部位的细节，力求消除结构中的薄弱环节，从根本上合理的保证结构的抗震性能。抗震设计的三个层次的内容是一个不可割裂的整体，忽略任何一部分，都可能造成抗震设计的失败。要使建筑物具有较好的抗震性能，首先应该从大的方面入手，做好概念设计，再结合计算设计，构造设计，才能得到一项较为满意的抗震设计结果。如果不重视概念设计而过分的相信仔细的计算，对结构抗震设计不仅没有必要，而且还可能在概念设计中出现不当甚至错误。
三、结语
结构设计在高层建筑中常常会暴露诸多的问题。为了能够让整体的设计效率得到相应的提升，需要结合其设计中的问题不断优化其整体的设计体系。加强抗震概念设计，严格把握中间过程，适当优化的同时还要做好风荷载设计以及抗震设计。只有这样，高层建筑结构设计才能朝着一个质量稳定的方向发展。
作者:杨明珠 单位:广州南方建筑设计研究院武汉分院
参考文献
［1］浅谈高层建筑设计［J］．居雪涛．科技创新与应用．2014(05)
［2］高层建筑设计中存在的问题与对策［J］．万艳红．四川水泥．2014(12)
1、工程概况
在该工程的设计过程中，针对该工程平面凹口较深，平面较为狭长及高宽比较大等结构特点，在结构布置、分析计算和构造措施等方面做了一些有效的处理，使整体设计满足规范要求，且经济实用。以下谈谈本人在设计中的一点体会。
该工程地下一层、地上二十八层，总建筑面积：18036.69m2 ，其中地上建筑面积：17516.88m2，建筑物室外地坪至主体结构檐口的高度为：89.4m。地下室建筑面积：1519.81m2，地下室层高4.50m：裙房三层。一层层高5.4m：二、三层层高为4.5m。主楼四至二十八层，每层层高3.0m。该楼层四层以上平面南侧凹口深5.6m，占凹口方向楼板长15.900m的35.2%，另还有两处凹口分别占凹口方向楼板长的32.8%和16.9%，高宽比为5.6。
2、地基及基础
2.1 地基土层结构及特征
据本次勘探揭露，拟建场勘察深度内岩土体可分为l0层：①层冲填土、②层耕填土、③层细砂、④层中砂、⑤层粗砂、⑥层砾砂、⑦层强风化泥质粉砂岩、⑧层中风化泥质粉砂岩。
2.2 地下水埋藏条件及砼腐蚀性评价
勘察场区内赋存有上层滞水和潜水。
据场地水质分析报告结果：拟建场地下潜水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
2.3 地基方案与基础选型分析评价
根据以上场地地基岩土层条件和拟建建筑物点，经过充分的技术经济分析比较，决定采用直径分别为Ф800、Ф1000、Ф1200的钢筋混凝土钻孔灌注桩，混凝土强度等级为C30，以⑧层中风化泥质粉砂岩做桩端持力层。桩长为22～29m左右，Ф800的单桩承载力设计值为4200KN；Ф1000的单桩承载力设计值为6000KN；Ф1200的单桩承载力设计值为7900KN。因南昌地区中风化泥质粉砂岩中均有多层且无规律的软弱夹层，桩端进持力层取5d。根据最后静荷载试验结果来看，Ф1000的单桩竖向抗压极限承载力为13500KN，极限状态下桩顶累计沉降量为16.9mm，质量和经济效果均较好。本工程主楼带地下室、地下室层高4.5m，底板掺混凝土膨胀剂，桩基承台为梁式承台，因为上部结构为剪力墙，荷载分布较为均匀，因而梁板截面高度不需过大，承台梁高lO00mm，地下室底板除核心筒部分（1500mm）外，其余均为350mm，砼标号为C30；为抵抗混凝土收缩、徐变及加强基础的整体性，地下室底板采用双层双向满布配筋Ф14@120。地下室外围墙厚300mm，内部剪力墙厚250mm，地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，板厚为200mm，并采用双层双向Ф 12@150满布配筋。
3、上部结构设计与计算
根据《建筑抗震设防类标准》（GB50223—2008）本工程为丙类建筑，结构的地震作用按设防烈度6度计算，采用全现浇钢筋混凝土剪力墙结构体系，剪力墙抗震等级为三级，框架抗震等级为三级。结构的阻尼比为0.05，水平地震影响系数最大值为0.04，基本风压为0.55KN/m2，地面粗糙度为B类，结构体型为1.4。地震力按X、Y两个方向计算，同时考虑扭转耦联，竖向力按模拟施工加荷方式1计算，风荷载按X、Y两个方向计算，恒、活荷载分开计算，周期折减系数为0.9，计算取21个振型。连梁刚度的折减系数为0.7，考虑抹灰粉刷层重量后，混凝土的重度为27KN/m2，地震力的分项系数为1.3，风荷载分项系数为1.4，恒荷载分项系数为1.2，活荷载分项系数为1.4。墙元细分中，壳元最大控制边长为2.0m。
该建筑平面有多处凹口，平面较为狭长，再加上楼梯问和电梯间开洞，采用SATWE进行分析。计算结构显示，结构在地震和风荷载作用下位移均在规范要求的范围内，但以扭转振动为主的第三振型周期T3 与侧向振动为主的第一振型周期T1之比为0.756；以扭转振动为主的第三振型周期T3和以侧向振动为主的第二振型周期T2 之比为0.865，并且第一振型和第二振型的扭转振动成分偏大，这表明结构扭转效应显著，对建筑结构不利。同时计算结果还表明，凹口周围、楼房东西两端及平面宽度变化处梁、墙等构件内力值较大。在设计时，考虑应将楼、电梯间处核心筒及5-12、5-14轴上剪力墙加强且连成整体，形成受力的主要部位，承担大部分的剪力和弯矩，实际电算时加强或削弱此部分刚度（主要为增加或减短墙长）对位移影响较大，较增加墙厚等方法有效的多。实际电算和分析相同，但由于建筑功能限制，5-G轴上，5-9轴和5-1l轴间；5-15轴和5-17轴间、还有5-l2轴和5-14轴间无法布置剪力墙，只有设置宽扁梁，加强刚度，实际效果较好，剪力墙成筒布置，在筒与筒之间将板厚加厚为120mm，实际电算时所有凹口处按未设连梁电算，在位移等满足要求规范要求，施工图则按所有凹口处增设250×400连梁处理，更加安全。在平面宽度变化处，剪力墙本工程剪力墙布置既满足了规范要求，经济效益又较好。为消除混凝土收缩、温差可能引起的裂缝，将屋面板配置了双层双向钢筋。
除平面不规则以外，该房屋的平均高宽比为5.6也较大，因而验算结构底部外围构件在侧向力最不利组合情况下的轴压比，并控制轴压比在0.6内；验算桩基在侧向力最不利组合下的抗压能力以及桩身是否会出现拉力，并通过调整桩的布置，使其符合要求。
在抗震构造措施方面，建筑物底部四层为剪力墙底部加强区；对墙体布置有变化处增设暗柱，加强其配筋。采取增大两端剪力墙的长度、调整其它部位剪力墙长度等措施，使用SATWE软件分析计算可知，凹口处及其周围剪力墙和连梁，以及建筑物两端转角、山墙处剪力墙和连梁基本上没有出现超筋现象，构件的截面和配筋设计符合规范要求。周期T1～T3 及其比值、结构位移值、基底剪重比、地震力倾覆弯矩等均在规范要求范围内，具体结果如下：
上述计算分析结果表明，T3 /T1远小于0.9，结构平面布置扭转影响较小；楼层最大层间位移角满足规范要求，且由Y向风荷载控制；底层剪重比接近于0.8%，结构刚度适合，受力体系经济合理，抗震性能良好。
4、结语
本工程在省抗震设计施工图检查中，经过省抗震专家评审，得到了专家的认可。专家肯定了我们对于本工程结构体系的选择、抗震设计参数的取值及对于平面不规则采取的构造加强措施。
高层建筑结构设计常见问题与对策论文
在高层建筑结构设计方面，我国起步较晚，近几年来，各大城市才不断出现了一些高层建筑，甚至超高层建筑，这些建筑的结构设计非常重要，决定着建筑的使用质量与寿命，业主的需求不断增加，也给设计人员提出了更多的要求。针对在高层建筑结构设计中的问题，需要进行一一解决，才能真正实现高质量建筑投入运行。
1 高层建筑结构设计特点
高层建筑结构设计中水平力是决定性因素。水平荷载在高层建筑结构中的稳定性贡献非常大。与普通建筑相似，高层建筑结构在竖向的荷载多以重力表示，但在水平荷载方面，高层建筑与普通建筑有着极大的不同，高层建筑的自重与荷载在竖向构件可以产生一定的轴力与弯矩，在建筑结构的稳定性方面起着决定性的作用。
在高层建筑结构设计中需要严格控制好侧移指标。当建筑的高度不断增加，水平荷载下的结构侧向移动将会不断被放大，对高层建筑的稳定性造成威胁，同时也会对人的生活舒适度造成一定的影响，所以需要保持侧移能够控制在一定的范围之内，这成为结构设计的核心元素。
高层建筑结构的设计对于抗震设计要求已经明显提高，随着近几年来地震现象不断频繁，任何一个等级的偏差都有可能会造成稳定性破坏；当高层建筑的竖向荷载不断增大时，柱内的轴向严重，连续梁弯矩变化让支座处的负弯矩减小，从而对预制构件的下料长度造成影响。所以在高层建筑设计时需要注意轴向变形问题； 要通过一定的措施，确保建筑结构具有相当的延性，当高层建筑物遇到危险时，避免出现倒塌的问题，如果没有延性设计，将会对使用效率产生危害。
2 高层建筑结构设计原则
2. 1 合理计算简图
首先要保证计算简图合理，简图对结构有着决定性作用。为了确保计算简图的安全，需要采用相应的构造方法，除了要在钢节点与铰节点进行关注外，还需要不断减小计算误差，把计算简图控制在一定的范围之内（ 见图 1 -2） .
2. 2 基础设计选择
其次，在进行基础设计时，要充分了解高层建筑所在的地质条件，另外对高层建筑的结构类型与荷载分布分析要全面，根据施工条件以及邻近相互影响进行综合考究，在全面了解基础信息的前提下进行科学合理的基础方案确定。基础方案中，地基的潜力将发挥最大的作用，需要提前进行地基检测。
2. 3 结构方案选择
合理的结构方案需要达到高层建筑结构设计的总体要求，并尽可能达到经济的目的。在相同的结构单元中，使用相同的结构体系，根据地理条件、工程要求、施工因素综合确定结构选择，从而制定出最佳方案。
3 高层建筑结构设计中的问题分析与改善方向
3. 1 建筑结构超高
一些城市为了进行评比，在楼宇的高度上不断进行更新，仿佛楼层越高，城市的地位就更靠前。但建筑物不断超高却对抗震性与建筑质量提出了更高的要求。相关的建筑规范对建筑物的高度与抗震要求进行明确的规定，无论是多高的建筑物，都需要满足相对应的抗震等级要求。针对目前多地存在的建筑物超高问题，建筑物规范将会进行限定，不断细化规则，与时俱进，这使得高层建筑结构的设计方法与措施有了明显的改进。每一个建筑单位的项目管理部都要注重建筑的超高问题，在设计图与施工组织审核时都应该及时发现潜在的风险问题，不断进行论证，避免对工程的'造价与工期造成影响。
3. 2 短肢剪力墙的设置
随着我国高层建筑结构设计的不断深入，对短肢剪剪力墙的设置问题更加关注。目前我国的相关建筑规范已经对它进行了充分严格的定义，并对其使用进行了限制。短肢剪力墙主要是指建筑物墙肢截面的高厚度在 5 - 8 左右的情况，根据经验表明，在高层建筑结构设计中人尽可能使用些种结构墙，所以在建筑设计时，要尽可能地避免。
3. 3 嵌固端设置
高层建筑的嵌固端在二层以上的地下室顶板上，同时也有可能会设计到人防顶板上，嵌固端设置时，结构设计工程师对于嵌固端设置带来的问题没有提前判断与预测，比如楼板的设计、上下层的刚度要求等等，这些问题都有可能在后来的设计中做出更改，造成不必要的损失与安全隐患。
3. 4 结构规则性问题规则性问题
在目前的高层建筑结构设计规范中已经进行了明确的限制。如新规范对结构嵌固端上下层的刚度进行了规定，现代建筑不宜采用严重不规则的设计方案。不规则的设计将对建筑的竖向荷载计算产生偏差，不易估计，有可能会存在安全风险。但是在目前的高层建筑结构设计中，仍然会存在着这一问题，对建筑的整体质量造成了一定的影响。为了避免图纸在后续施工过程中进行变更，所以结构设计者要对结构设计中的规则性问题进行提前分析，遵守相关的规范规则，提高整体质量。
3. 5 消防结构设计
高层建筑结构本身的特点非常明显，它的功能复杂性决定着建筑结构在设计时非常复杂，需要选用不同的建筑功能材料。传统建筑中所选用的材料多为可燃性材料，这种材料无形中增加了高层建筑火灾的发性频率，更不易进行救火。高层建筑间空气流动强，风力非常大，如果发生高层火灾事故，救援难度可想而知。在传统高层建筑结构设计时，把火灾线路设计成垂直形态，建筑人员在进行火灾疏散时将花费更多的时间，对人身财产安全造成了更大的延误。在消防结构设计中，也需要对排烟结构设计，这对于高层建筑的安全性设计有着重要的意义。在设计中要保证烟气能够有效排出，避免在火灾发生时不利情况的蔓延。
3. 6 抗风结构设计
在高层建筑设计中，抗风性研究非常重要。在进行设计建造时，要注意抗风压性，对有效的设计非常重要。随着高层建筑的高度不断增加，结构本身对风起着扰动作用与阻隔作用，不利于风量的及时移动，在风速较大时，会对静止的高层建筑产生振动效果，从而造成一定的动力荷载力，将会对其稳定性造成威胁，甚至有可能会导致主体结构受到破坏，导致玻璃幕墙破裂、装饰物毁坏甚至墙体断裂等工程质量受到影响的危险。
4 高层建筑结构设计策略总结
在高层建筑结构设计时要注重设计原则，合理选择基础条件与结构设计方案，对高层的消防结构、抗震结构、抗风结构设计进行优化。
在消防结构设计方面，要设计合适的防火间距，对建筑物间的距离进行精确计算，根据地形条件设计合理的防火结构设计，增加疏散通道设计，采用分隔式进行设计，控制烟雾与火势的蔓延； 在抗震结构设计方面，要合理规划建筑结构的构件位置，发挥不同的构承载功能，对地基进行抗震设计，简化建筑平面，分割高度差异，提高建筑物的刚率与强度，实现地基的稳固性，另外需要注重对剪力墙的设计，控制位移，对简体结构进行抗震设计，确保结构的完整性与对称性； 在抗风结构设计优化中，首先要进行基础设计，选择级配高的砂石，在结构义部使用抗拔锚杆，稳定地基，在高层建筑结构中增加耗能减振系统设计，通过多种元素的综合，使用强粘弹性的阻尼材料，解决好水平力、风荷载造成的荷载叠加问题，对受力高压区进行加固处理，精确计算建筑物的风荷载与承载力。
5 结语
在高层建筑结构设计时，应该对超高、抗震、抗风、消防、规则性、嵌固端设置等问题进行充分认识，提前结合地质条件与基础条件对各个影响因素进行分析，不断进行优化设计，确保高层建筑结构本身的稳定性，提高使用寿命与质量。结构设计不是孤立存在的，而是与其他的设计相辅相承。结合目前经验所发现的问题进行优化，避免对质量造成影响。随着我国专家学者对高层建筑结构设计研究的不断深入，结构设计将更加完善，促进我国城市建设水平的提高。
参考文献
[1]张杰，崔伟平。 探究高层建筑结构设计的问题及解决措施[J]. 河南科技，2013（ 01） : 173.
[2]郭峰，梁利生。 高层建筑结构设计的问题及解决措施方案应用[J].科技传播，2013（ 13） : 135 -136.
[3]孙凯。 高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J]. 价值工程，2011（ 25） : 88 -89.
