高层建筑结构设计问题探讨
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摘要：随着国民经济的不断发展，我国建筑行业也得到了快速发展，并取得了巨大的成就。高层建筑结构设计也逐渐成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点，同时也存在一些问题，本文针对高层建筑一些疑难问题进行了分析、探讨。
关键词：高层建筑 结构 设计 常见问题探讨
引 言
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进设计理论，加强先进技术的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠和经济是建筑结构设计的发展方向。
1 房屋建筑结构设计的基本方法
1.1当建筑地处抗震设防烈度为6度区时，根据建筑抗震设计规范，是可以不用进行截面抗震验算的，但必须符合有关的抗震措施要求。因此，对于砌体结构来说可以不用在软件中建模，直接设计即可，但设计中需要注意受压和局部受压的问题。当然，如果时间允许的情况下还是输入建模较好，需要注意的是，当建筑地处抗震设防烈度为7度及以上时是必须要输入软件建模计算的。
1.2当建筑是坡屋面时，结构的处理方式有梁板式及折板式两种。梁板式适用于建筑平面不规整，板跨度较大，屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面，折板式适用于相反的条件。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。板厚基于构造需要一般不宜小于120厚。此外，梁板折角处钢筋的布置应有大样示意图。至于坡屋面板的平面画法，通常使用剖面示意图加大样详图的表示方法，这样更便于施工人员正确理解图纸。由于屋面的起坡会造成楼层的部分墙体超高，要结合门窗顶设置圈梁来降低墙的计算高度。
2当前房屋建筑结构设计中的常见问题
2.1采用换土垫层进行软弱地基处理，不进行换土垫层设计，只凭经验处置。有时设计者对软弱地基的危害认识不足，只是简单地凭借经验采用砂垫层加强一下承载力，没有进行垫层宽度和厚度计算，既不安全，又不经济。
2.2民用建筑中柱、梁及基础的负荷未按规范乘以折减系数。设计人员设计多层民用建筑时，在计算梁、柱和基础的负荷时未按现行设计规范将荷载乘以折减系数计算其荷载值，因而采用荷载值偏大。
2.3砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用在砖混结构中，构造柱不但能够提高墙体的抗剪能力，而且构造柱与圈梁联结在一起，形成对砌体的约束，这对于限制墙体裂缝的开展，维持竖向承载力，提高结构的抗震性能有着重要的作用。但在当前结构设计中，构造柱经常被作为承重柱使用，这种作法将引起以下几个问题。
2.31构造柱作为承重柱使用后，使得构造柱提前受力，这不但会降低构造柱对砌体的拉结和约束作用，而且结构一旦遭遇地震作用，在构造柱位置必然形成应力集中，首先破坏。这样构造柱不但起不到应有的约束作用，反而成为房屋结构中的一个薄弱的部位。
2.32构造柱一般生根于地圈梁中，没有另设基础，构造柱兼作承重柱使用后，柱底基础的抗冲切、抗弯部及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础一旦发生冲切或局部承压破坏便出现裂缝。建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计。
2.4承重柱截面高度设计过小这种情况多发生于六度抗震设防区。某些结构设计人员误认为六度设防就是不设防，为受力分析方便，他们故意把柱子的截面高度设计得过小，使梁柱的线刚度比加大(因一些结构设计手册中规定：当梁柱的线刚度比大于4时，计算简图中梁柱节点可简化为铰支)。把梁简化为铰支梁，梁柱按轴心受压计算。这样做忽略了梁柱间的刚结作用，即忽略了柱对梁的约束弯矩，加之柱截面的配筋都较小，结构一旦受力后，柱顶抗弯刚度必然不足，从而柱子在梁底附近将会出现一条或多条水平裂缝，形成塑性铰。这样在正常使用情况下，柱子已开始带铰工作。既影响了房屋的耐久性，也会引起用户的恐惧心理。更为严重的是，这样的结构一旦遭遇地震作用，将会倒塌，严重违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。
2.5在框架结构设计中． 只注意了横向框架的设计而忽视了纵向框架现行建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴方向分别计算，各方向的地震作用应由该方向的抗侧力构件来承担。
2.6 悬挑粱的截面高度选用过小设计者往往只注意了对梁的强度和抗倾覆进行验算，而忽略了对梁挠度的验算。梁高选用过小，常引起梁截面的受压区应力过高，在正常使用状态下，梁截面受压区产生非线性徐变。这种挑梁的变形发展到后期，梁支座截面上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。受支座附近剪弯作用的影响，竖向裂缝向下延伸发展为斜裂缝，此时梁已接近破坏，当为托墙挑梁时，梁过大的挠度引起梁上墙体在梁支座附近出现裂缝。挑梁的截面过小对结构的抗震也很不利。悬挑结构对竖向地震的作用最为敏感。
2.7柱较之梁破坏的损害更大，当前我们的经济已高速发展，设计人员在设计中一定要将这一概念设计贯彻下去。其一必须严格控制柱轴压比，我们目前的计算均是基于小震下进行的，如果小震下柱子轴压比过高，则大震下地震力将对边柱产生一个巨大的附加轴力(有文章研究表明约增加30％)，则柱子根本不可能有这点安全储备，在大震即会破坏，那又何谈大震不倒呢?笔者认为，轴压比在任何情况下均不宜超过0．9，且我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理，建议边柱，角柱应适当加强，特别是角柱，建议应沿柱全高加密箍筋，且配筋率不宜小于1％。所有框架柱，不包括小截面柱，建议纵筋直径均应大于2O，且柱筋品种不宜过多，矩形截面柱尽可能对称配筋。
3高层建筑结构的面临的相关问题
3.1结构的超高问题：在抗震规范和高层建筑混凝土结构技术规程中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度外，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当大。
3.2短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
3.3嵌固端的设置问题：由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室，嵌固端有可能设置在地下室顶板，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
4结构设计计算阶段存在的问题
4.1结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。
4.2是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及，只是，在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。
4.3振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中，并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。
5结语
结构设计是个系统、全面的工作，作为结构设计人员，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度，并根据所掌握的知识分析处理实际建筑结构设计中遇到的各种问题，不断提高自身的结构设计水平，使设计的作品更合理、更经济。
参考文献：
【1】林同炎，S．D．思多台斯伯利．结构概念和体系[M】．建筑工业出版．
【2】戴国莹，李德虎．建筑结构抗震鉴定及加固的若干问题研究fJ1．建筑结构，1999，(4)．
【3】高立人，王跃．结构设计的新思路一概念设计[JJ．建筑，1999，(1)．
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