赵淑娟

摘 要：随着国民经济的快速发展，加上科学技术的不断进步，我国高层建筑行业取得了重大的突破。越来越多的高层建筑对我们的设计提出了新的课题，节约成本降低造价成为开发商必谈的话题，因此结构优化成为我们设计师面临的新课题，高层建筑结构设计是否合理，不仅仅影响到高层建筑安全性，而且还直接影响到高层建筑的工程造价。本文主要研究高层建筑结构设计原则，探讨高层建筑结构设计要点与优化策略。

关键词：结构设计；典型问题；解决措施；概念设计

1 建筑结构设计的基本原则

建筑结构的设计应符合以下原则：在正常的施工和使用过程中，建筑结构可以承受来自内部和外部的各种作用；在正常使用的过程中结构具有良好的工作性能；在正常维护的状况下，可以表现出持久性；设计规范中规定的偶然事件发生时可以保持必要的稳定性。建筑结构在规定的时限内、条件下对完成其预定的功能可以表现出足够的可靠性，且此种可靠性可以进行计算度量。设计时应利用概率理论为基础的极限状态设计方法，既保证在极端情况下不会对社会造成严重的危害。

2 建筑结构設计要点与优化措施

2.1 部分建筑底层挑梁裂缝

出现此种情况的原因是原始设计中各层的挑梁都是按照本层的载荷进行计算和验算的，在实际的结构中悬挑梁的上部墙体为整体砌筑，而下部墙体同事是也起到了底模的作用，此时挑梁上部的墙体载荷就形成自上而下的作用力。这样原有的挑梁设计与实际形成的载荷的传递方式就出现了差异，从而使得原有的承载能力不足以满足实际的载荷，出现裂缝也就可以得到解释了。要解决此问题就要根据实际的需求进行改进，使得受力传递路线符合实际情况，或者在施工图设计时注意对施工顺序的规范，这样就可以防止出现类似情况。

2.2 砌体结构设计与抗震性能提高

（1）横墙承载是的结构布置要点，通常建筑的平面为矩形，其横向刚度要远远小于纵向，所以需要足够数量的横向结构对其进行支撑，从而提高其抗震的性能。因为地震对墙体的破坏为剪切性破坏，所以为了提高横向墙的抗震能力就需要提高其强度。其主要的方式就是对材料进行规范，使用强度等级高的材料 ，增加横墙上的轴压力，将横墙设计为具有承载和阻隔双重能力的结构体。

（2）纵横墙承载结构。当建筑的开间增加时，设计沿进深的梁支支撑在纵墙上，使得纵向承载能力增加。楼板沿纵向设置搁置形成横墙承载，横墙的间距大时就可以按照抗震的要求，同时纵墙的抗震性能也会因为轴压的增加而提高。另外也可利用纵墙承载、横墙承载沿竖向而交替布置，此种措施应用较少。

（3）纵向墙承载。此种设计方式是横墙的间距大数量少，同时轴压较小，所以结构的抗震性能较差，纵墙多则容易引起弯曲破坏也应慎重选择并进行细致验算。

（4）混合承载设计。这样的设计可以形成多种组合方式，如内框架砌体结构、底层框架砌体结构、局部框架砌体结构等等。此类结构体系是由结构材料弹性模量、动力性能差异较大的两种结构组合而成，因此其并不是一种较好的抗震结构。但是其满足的是建筑的使用有要求，可以提供较大的空间，经济性也优势明显。在设计中无论使用和在砌体形式都是结构抗震性能保证的关键，此时就需要利用概念设计的思路，综合性的提高建筑的整体抗震性能，以此弥补结构上的不足之处，尽量做到综合性能上的最优。

2.3 楼层平面刚度设计问题

某些设计在缺少基本的结构观念或者结构布置的必要措施的时候，采用楼板变形计算程序。虽然程序的编写在数学力学模型上是没有错误的，但是确定楼板变形的程度上却不能做到准确估算。作为计算的大方向都不能做到准确的定性，就更不会得到想要的准确结果。由此可见结构设计中一定会存在结构上的安全隐患，或者某些结构件的性能储备过大的情况。为了使得程序计算的结果准确起来，即计算的结果可以基本反映真实受力的情况而不出现严重的误差，设计的时候应尽量对楼层设计进行刚性化处理。要做到这一点就应当先在建筑设计或者方案提出阶段就避免采用存在变形较大的楼面，如楼层上开洞、外伸的部分太长、块体之间存在缩颈连接、凹槽缺口过深等情况；再要从结构布置和配筋设计上进行控制，对于功能性必要或者建筑效果十分优越的建筑设计方案来说，如果平面不能完全采用刚性楼板在结构设计的时候就必须考虑采用增设连接梁板、暗梁、提高连系梁板、暗梁边梁配筋调整、斜向配筋等方式进行补强，即利用各种可行的措施对弥补楼板刚性损失，也即是满足刚性楼板的基本假定或者出现的计算误差。

2.4 屋面梁和配筋设计

这个设计项目中应当注意一下几个参数的取值和设计

（1）振型数的设定。振型数的大小将直接影响到结构计算的精确度。对于平面规则、刚度分布不均匀的复杂建筑结构，尤其是多塔结构、大型底盘结构等，在考虑到扭转耦联计算的时候，通常不容易确定振型的数量，并支持计算地震作用。如果振型数偏少，有限高振幅的地震作用就无法进行计算，结构抗震的设计存在隐患；如果振型数过大，直接增加了计算的工作量，也容易导致累计误差。通常设计中需要掌握的原则是：在不考虑扭转耦联计算的时候应大于3；振型数大于3是则应保证为3的倍数，但应小于建筑的层数；如层数较少小于2时，振型数则应为2或者1；如为5层则振型数为3；对于不规则的结构应考虑扭转耦联的效果，此时振型数应不小于9，结构层数较多或者结构刚性突然变大的时候，振型数应适当增加但是不能高于建筑层数的3倍。

（2）周期折减。框架结构因为填充墙的存在，使得结构的实际刚度会大于设计计算刚度，计算周期就会大于实际。所以计算的出的地震剪力就偏小，从而导致结构设计存在隐患，所以对框架结构的计算周期进行折减是必要的措施。但是对框架结构的计算周期的折减系数过大或者过小甚至不折减也是不可取的。具体的取值如：在设计中对砌体填充墙周期折减应在0.6-0.7之间；砌体填充较少的或者轻质材料时可以取0.7-0.8；完全采用轻质材料的墙体则应取0.9；只有没有砌体墙而采用纯框架的结构其计算周期才不用折减。周期折减系数不会改变结构的自振性能只会影响地震影响系数。

（3）梁跨正弯矩放大系数。这个系数在设计中主要是对楼面出现活动载荷较大的多层建筑而设置，不能一概而论。当梁上不计算活动载荷或者不考虑活动载荷的不利影响时，通常在取值是放大系数为1.2，以此弥补梁跨中弯矩过小而出现的不足；当多层建筑分析和推导载荷的时候，将永久载荷与楼面活动载荷是分开计算的，并对活动载荷进行不利布置，此时系数可为1，即不需要放大。通常计算高层建筑时为了简化计算，永久载荷与楼面的活动载荷和在一起进行计算，也不做活动载荷的不利布置，所以通常其梁跨中正弯矩的放大系数取1.2，以满足结构承载要求。

3 结束语

现代建筑的日趋丰富，个性鲜明的建筑比比皆是，这种跟个性化的设计给结构设计带来较大的难度。建筑结构的设计是建筑工程的重要环节，设计的成败将直接影响到工程的使用、成本、安全等各个方面。因此在设计的过程中应当对关键性问题进行控制和解决，避免出现遗漏和误差，力求将结构设计做的合理而优化这才是结构设计的目标。

参考文献：

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