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高层建筑结构设计问题及对策的论文 摘要:高层建筑的出现为现代城市建筑的发展指出了一条明路。在笔者看来，高层建筑的结构设计应该践行“物尽其用”的设计理念。从现状分析上看，相对于低层建筑，在高层建筑的结构设计中，要更加注重水平方向上的位移影响因素;在问题研究中发现，高层建筑的结构设计必须考虑到方方面面的影响因素，尤其是要注重与具体施工条件的对接;针对这些现状与问题，笔者提出了一些可行对策，以期对高层建筑结构设计的发展有所帮助。 关键词:高层建筑；结构设计；现状分析；问题研究；可行对策 关于建筑的“实用美”与“艺术美”两种设计理念之间的辨证讨论历久弥新1，无数设计师前赴后继，都试图在二者的“找平”中成长为真正的设计大师2。但在笔者看来，建筑的“艺术美”难有定论，毕竟仁者见仁、智者见智，不同时代、不同地区都有其各自拥趸众多的潮流与经典;而建筑的“实用美”却是要经过实践检验，并且每个使用者都说得上话的，更值得设计者加以关注。结构设计作为高层建筑这一庞杂系统的设计核心，其合理性直接影响着高层建筑的安全和性能。笔者试图通过对高层建筑结构设计的现状分析和问题研究，提出切合实际的可行对策，从而最大程度地满足使用者的功能需求，践行“物尽其用”的设计理念。 1高层建筑结构设计的现状分析 (1)与低层建筑相比较，高层建筑要更注重水平方向的结构设计在过去，低层建筑结构受到的垂直方向上的影响比较大，设计者往往重视多楼层压力所引发的负荷，而对水平方向上的位移影响较为忽略。在现在，较高乃至超高的楼层使得高层建筑的结构设计，不但要考虑垂直方向上由于较多楼层所引发的压力负荷;更要考虑水平方向上由于外界空气流动所产生的位移距离，。(2)在外形选择上，高层建筑的结构设计要更注重对地震抵抗能力的要求。通常来说，随着楼层高度的增加，垂直方向上的压力负荷是一个可预见的定值，水平方向上的影响则会因建筑结构特性的不同而被急剧放大或缩小。例如，将球形结构与方形结构相对比，高层建筑的位移距离会有很大差距。如果不在结构设计上重视这一点，水平面上的过大位移不但会降低高层建筑使用者的舒适度，还容易损坏高层建筑的基本构件，从而逐渐减弱高层建筑的使用性能，降低高层建筑对地震的抵抗能力，甚至大大缩短高层建筑的寿命。总之，高层建筑的结构设计现状就是，要更多地考虑水平方向的影响因素，在方案与细节设计上加重对抗侧力结构方面的考量。 2高层建筑结构设计的问题研究 对好的建筑设计者来说，最突出的表现就是能考虑到方方面面的因素，并在前期设计中就加以体现。但在当前高层建筑的结构设计中，产生问题最多的就是“不接地气”，即不能与具体施工条件接轨而修图乃至重画图纸。 21因预留数据不足凸显出的设计方案不合理 众所周知，高层建筑结构设计的基础就是设计方案，高层建筑的安全保障首先是选择合理的结构设计设计方案。当下，因结构设计不合理而产生的施工困难，绝大多数都是源于结构设计中，对预留数据的估计不足而造成的设计方案计算不合理。例如，在高层建筑结构设计的设计方案计算中，仅仅预留出结构节点因不同材料特性产生的延展空间，而未充分考虑不同天气下温度、湿度等条件的变化产生的延展作用，造成实际施工时预留数据的不足，最终凸显出简图方案的不合理。 22因施工标准不一表现出的设计功能不完善 在高层建筑的结构设计中践行“物尽其用”的设计理念，具体来讲，就是高层建筑结构设计的功能是否完善的唯一标准为，使用者的多元化需求是否得到了满足。但是，设计师往往会发现，在高层建筑中，同样的结构设计经过不同的施工者的手，其设计功能的实现效果就大为不同。有时甚至由于施工标准的极大差异，在实际使用中表现为设计功能的缺失。例如，在高层建筑的结构设计功能中，即便同样的管道口设计也会因不同的施工标准而产生较大差异，造成实际安装使用时的不便，甚至表现为同一建筑上某一楼层电路、排气管道的功能无法实现。 23因盲目相信软件计算结果造成的设计数据误差 科技进步大大简化了建筑设计中的计算工作量，尤其是高层建筑的结构设计，设计师越来越依赖各种各样的计算软件。这些软件固然可以加快高层建筑的结构设计进度，但由于这些软件的条件设置与实际建筑的结构数据并不完全相符，多元化的软件计算对高层建筑的结构设计是一把双刃剑。例如，利用软件辅助高层建筑的结构设计时，由于软件本身可能存在缺陷以及人工输入造成的误差，极易出现计算结果不准确的问题3。因此，过度依赖这些层出不穷的计算软件，最终得到的高层建筑结构设计数据，与实际施工时的情况并不一定相符，甚至会存在较大的误差。 3高层建筑结构设计的可行对策 针对高层建筑结构设计当下的发展现状与存在的问题，笔者试提出以下可行对策，以供设计师在以后的高层建筑的结构设计中参考。 31确定高层建筑的结构设计方案时，要考虑多种需求下的多元设计方案 在确定结构设计的方案时，明确受力、经济传力是最基本的要求。而在确定高层建筑的结构设计方案时，在综合分析使用需求、施工条件、地理条件、材料等的基础上，要考虑使用者的多种需求，在各种条件的综合考量中选择最合理的结构，从而确定高层建筑的结构设计的多元方案。例如，按结构形式分类，高层建筑的结构体系包括“框架结构、抗震墙结构、框架一抗震墙结构、简体结构、部分框支抗震墙结构、板柱一抗震墙结构”4等等。各种结构体系适用的高度范围，因其刚度、强度上的巨大差距也存在极大差异，要组合应用，考虑多种需求下的多元设计方案，真正践行“物尽其用”的设计理念。 32在高层建筑的结构设计功能方面 要预留足够的施工误差空间。高层建筑的结构设计必须考虑到方方面面的影响因素。而在高层建筑的结构设计功能方面，要真正满足使用者的多元化需求，保证即使经手不同的施工者，设计功能的实现效果也不会被削弱。因此，在高层建筑的结构设计功能方面，就不能不考虑不同施工标准下这些设计功能的实现条件，从而预留施工的误差空间。例如，高层建筑结构设计的构造措施的预设中，应当把握“强剪切力弱弯变，强压力弱拉力，强柱弱梁”5的原则，关注材料在不同温度、湿度条件下的性能，充分考虑应力、温度对结构元件的影响，注重与具体施工条件的对接，从而预留足够的施工误差空间，真正做到“接地气”。 33使用高层建筑的结构设计软件时，要对软件计算结果进行多方面的测试 使用高层建筑的结构设计软件时，为了尽可能地减少数据误差，笔者主要从以下两方面考量解决的问题的对策:一是软件本身可能存在缺陷;二是人工输入造成的误差。 33.1使用多个不同的软件模型 以防止单个软件可能存在的缺陷。例如，分析突发地震时的内力作用和变形作用，高层建筑这一复杂结构应当使用多个不同的软件模型，并对其力学计算结果进行分析比较，最大程度地避免因单一软件存在缺陷造成的高层建筑结构设计数据误差。 33.2进行多次测试，核对最终的计算数据 应对重要软件进行多次数据输入的测试，并核对最终的计算结果，以防止单次的人工输入失误造成的数据误差。总而言之，高层建筑的结构设计应该践行“物尽其用”的设计理念。相对于低层建筑，高层建筑的结构设计要更加注重水平方向上的位移影响因素，在方案与细节设计上加重对抗侧力结构方面的考量。同时，还必须考虑到方方面面的影响因素，尤其是要注重与具体施工条件的对接。最终，提出高层建筑的结构设计要考虑多种需求下的多元设计方案、预留足够的施工误差空间、对软件计算结果进行多方面的测试等可行对策。笔者仅以上述拙见在此抛砖引玉，希望能引起更多学者对高层建筑结构设计的关注，并因此对高层建筑结构