高層建筑結構設計問題及對策分析

陳弢

藝城設計有限公司 浙江 杭州 310051

在經濟發展的帶動下，我國城市化發展進程逐漸的加快了步伐，建筑行業處于快速穩定的發展狀態中。隨著人們居住需求的提升，高層建筑的發展迎來了新的機遇，但是建筑工程的質量與人們的生命財產安全有著密切的關聯，同時高層建筑的質量又不易控制，所以建筑企業要加強對高層建筑結構設計的重視，不斷的引進新的設計理念和技術，這樣才能保證高層建筑結構設計的合理性和科學性，從而有效的提升建筑物的質量，為人們提供安全舒適的生活空間。

1 高層建筑結構的特征

近年來，高層及超高層建筑不斷涌現，而隨著建筑高度的提升，結構受力狀況也呈現出不同的情形，抗震隔減震設計的要求也越來越高。在高度較低的建筑物中，來自風荷載和地震作用的影響并不明顯，而隨著高度的不斷提升，水平位移的影響逐漸加強，結構底部彎矩剪力逐漸增大，建筑結構水平位移也不斷增大。為保證建筑使用的安全性和舒適性，相關設計人員要充分的考慮到各個影響因素，從規范和實際經驗出發，提升結構設計的合理性。

2 高層建筑結構設計中的問題

2.1 高層建筑結構布置形式缺乏合理性

在高層建筑的設計工作中，結構布置形式不合理是比較常見的問題。合理的結構布置形式是結構體系的前提和保證，忽視結構布置形式的選型，會導致設計圖紙缺乏一定的合理性，大幅度的降低了建筑工程的質量，留下了巨大的安全隱患。另一方面，在結構設計工作期間，設計人員不僅要考慮結構構件的豎向布置，同時還要加強對構件水平布置的重視，并結合隔減震設計形成合理的結構體系，否則將無法保證建筑整體的安全性和穩定性。由此可見，建筑結構布置形式缺乏合理性將對建筑工程造成嚴重的影響[1]。

2.2 地基基礎的設計不科學

在高層建筑結構設計工作中，地基基礎設計至關重要。設計期間的基礎選型工作若不夠科學嚴謹，會大幅度的降低建筑物的承載力。與此同時，相關設計人員對施工現場場地環境的考察不夠深入，同時在設計期間沒有考慮到各種參數的實際情況，只是結合自身的工作經驗進行設計工作，從而導致地基基礎的承載性能無法滿足工程的實際需求。另一方面，如果地基的設計不科學，其承載能力會被大幅度削減，而建筑企業為了保證其荷載達到相關的規范，在施工期間投入了更多的材料。這樣不僅會增加建筑企業的施工成本，同時也浪費了大量的資源。

2.3 建筑超出規定高度的問題

高層建筑的建設是為了節約土地資源，促進我國城市化進程的發展。在高程建筑的設計工作中，對其高度也有明確的規范和要求。但是在實際的建筑工程開展過程中，經常會出現建筑高度超出標準的問題，這會對建筑工程造成嚴重的影響。導致建筑結構的穩定性嚴重下滑。另一方面，由于建筑高度過高，其對各種外界因素的防預能力明顯下降，從而無法保證人們的生命財產安全[2]。

2.4 短肢剪力墻的設置問題

短肢剪力墻在高層建筑結構中發揮著重要的作用，但是很多設計人員對其的設置卻存在一定的問題，其數量和位置與工程的實際需求不符合，從而導致其自身的性能無法得到充分的體現，并且在建筑物投入使用后，其穩定性會受到嚴重的影響，對人們的安全造成巨大的威脅。如果建筑物受到自然災害的影響，很容易引發相關的安全事故，從而造成人員傷亡和經濟損失等嚴重的問題。

2.5 高層建筑中的扭轉問題設計

目前，在高層建筑結構設計方面，需要保持三心盡可能的匯聚于一點，三心為建筑結構的剛度中心、幾何形心、結構重心，保持三心合一，方可表面建筑結構出現扭轉的問題。若是在高層建筑結構設計的時候，并沒有把控好三心，當三心沒有匯聚到一點的時候，極為容易發生扭轉的問題，特別是在水平力的作用之下，會對高層建筑結構產生毀壞性的作用，這對于高層建筑的質量及性能必然產生不利影響。

3 高層建筑結構設計的技術要點

目前，高層建筑結構設計方面需要把控好的技術要點比較多，如：需要合理計算高層建筑體型的高寬比例；需要保持建筑的平面、體型、立面的質量與剛度的勻稱，保持整個建筑的穩定性，等等。在眾多高層建筑結構設計要點中，需要從抗風、抗震、防火等方面的結構設計來做好技術要點控制工作。

3.1 抗風結構設計

從高層建筑物來看，層數多、高度高則是其最為明顯的特點，所以高層建筑物不同于其他建筑物，在建筑物表面上，更容易改變風的流動性和空氣的動力效應。在樓層柔軟的部分，風和空氣會產生動力形式和靜力形式，在此基礎上會產生一定的震動，這種震動力會對樓層的墻體、裝飾結構以及支撐結構產生破壞，必然會對高層建筑的穩定性產生消極的影響。所以，在高層結構設計的時候，必須做好相應的抗風結構設計處理，以此來消除自然因素影響帶來的安全隱患。

3.2 抗震結構設計

在高層建筑結構的抗震設計方面，通常情況下抗震結構設計都是高層建筑結構設計的難點所在。由于不同區域對于地震這一自然因素的實際情況都有所差異，，計算出來的數據并不是所有的區域都適用，這就需要針對施工現場所在區域進行抗震結構數據計算，分析各種影響因素，并確保設計人員技術水平，這樣才能夠確?？拐鹪O計的完善性。

3.3 防火結構設計

目前，我國的相關法律已經明確的指出，對于高層建筑結構的消防設計上，必須保證消防設計的合理化、科學化，由于高層建筑的樓層數量比較多，建筑材料有著易燃性的特點，且高層結構不利于火勢的控制。一旦發生火災，那么高層結構存在著疏散困難的特點，所以在高層建筑防火結構設計的時候，必須在排煙系統、疏散通道等方面做好設計，滿足實際需求。

4 高層建筑結構設計的優化對策

4.1 加強對結構設計中性能設計的重視

建筑結構設計的主要目的就是保證其相關的性能符合實際的需求，所以設計人員需不斷對建筑結構的各種性能進行優化和完善，從而保證高層建筑的質量，為人們打造安全的生活環境。所以在實際的設計工作中，相關工作人員要做到以下幾點。首先，要加強對建筑延性設計的關注，這種性能可以在建筑物面臨重大自然災害時發揮出作用，有效避免建筑出形變和倒塌的問題。與此同時，設計人員還要意識到水平荷載計算的重要性，高層建筑結構在同一個方向會受到風荷載及等效地震荷載的反復作用，隨著時間的推移就會造成建筑結構出現水平位移的狀況，所以結構設計工作期間，工作人員要加強對其的控制。另一方面，設計人員必須要保證高層建筑的穩定性，而保證結構穩定性的因素有很多，需要設計人員在多個方面進行深入的考慮。比如避免短肢剪力墻不利布置，提升建筑結構穩定性方面有著重要的作用[3]。

4.2 優化結構基礎體系選型設計

在高層建筑結構設計中，工作人員要科學的選擇基礎形式，這樣才能提升結構設計的合理性，從而提高建筑工程的質量。然而在部分高層建筑結構設計工作中，相關設計人員對基礎選型工作沒有深入的理解，導致建筑工程結構設計無法滿足地基的承載需求。這樣就會對高程建筑的施工作業和后期的使用帶來了一定的隱患，很容易出現位移和沉陷的問題。所以在進行基礎體系的選型設計時，工作人員要充分的考慮到工程的實際情況，對施工現場進行詳細的考察，通過對土質結構、地下水位等因素的分析，總結出相關的數據信息，從而合理的選擇基礎形式。另一方面，設計人員還要深入的考慮施工成本和相關的技術工藝等，結合建筑企業自身的實力和工程的實際需求制定出最佳的選型方案，從而加強地基基礎形式有效性[4]。

4.3 保證結構設計圖紙的合理性

科學合理的設計圖紙是保證建筑工程順利開展的基礎，其不僅展示了設計的理念和方式，同時也通過圖紙將相關的信息傳遞給工作人員。一份合格的圖紙，不僅可以清晰地展示結構設計的主要內容和相關細節，同時還能通過相關的標注來提示工作人員施工中的難點和重點。但是在很多高層建筑結構設計工作中，設計圖紙缺乏一定的合理性和完整性，這樣就會使結構設計與實際的施工狀況出現差異，從而導致結構設計無法滿足相關的需求，大幅度的降低了建筑工程的質量。所以相關設計人員要在以下幾個方面加強對圖紙合理性的把控。第一，相關設計人員對高層建筑施工現場進行深入的考察，詳細的測量和記錄相關的數據，從而為結構設計工作提供可靠的參考。第二，要對考察的數據進行分析和整合，尤其是施工現場的地質條件和其周圍的環境，對建筑工程的質量有著直接的影響。所以，設計人員要對其進行研究和分析，同時結合高層建筑的功能性等制定合理的設計方案。第三，設計人員要將相關的數據合理的應用到結構設計中，從而實現對結構外形的準確計算，保證結構的布置和承載力符合實際的需求，從而有效的提升設計圖紙的合理性。第四，在圖紙設計完成后，相關工作人員要對其進行嚴格的檢查，及時的發現結構設計中的問題并加以修改，從而保證設計圖紙的質量。

4.4 保證結構設計參數計算的準確性

高層建筑結構設計工作具有很強的復雜性，其中會涉及到很多參數信息，并且需要工作人員進行詳細的計算。如果相關參數的準確性不能得到保證，將會對建筑結構造成嚴重的影響，同時還會造成其他結構設計的計算結果出現偏差的問題，從而使整體結構設計的參數失去了可靠性。這樣就會降低建筑工程的質量。所以，相關設計人員要對結構設計中的數據進行嚴謹的計算，并盡量采用2個以上結構計算模型進行包絡，從而保證每一個環節所應用的數據的準確性，同時還要保證相關數據通過嚴格的復核，這樣才能將其應用到下一個設計階段，保證整體結構設計環節數據信息的準確性。另一方面，在進行數據計算的過程中，設計人員要嚴格的遵守相關的計算標準，保證自身使用的數據具有一定的可靠性。并且設計人員不能通過主觀的判斷來進行數據的推算，也不能簡化相關的計算流程，保證數據的計算工作從始至終按部就班的完成，從而保證高層建筑結構設計參數的準確性[5]。

4.5 制定合理的抗風結構設計方案

在高層建筑結構設計的時候，若想確保建筑結構具備較高的抗風性能，一是要確保建筑結構基礎的穩固，在基礎設計的時候選用高級砂石，并在基礎持力層設計的時候，增加抗拔錨桿；二是強化高層建筑內部能耗結構的設計，以此來降低風力對建筑物的影響；三是在設計的時候需要控制水平力對高層建筑的影響程度，選用高性能混凝土，減少結構內力，降低安全隱患；四是需要對高層建筑結構的實際承載力和康風莉進行驗算，設定一個標準，在此基礎上制定一個放大系數，保證高層結構的抗風性能。

4.6 制定合理的抗震結構設計方案

目前，對于高層建筑結構的抗震設計上，依舊存在著諸多的難點，所以為了改善高層建筑結構的抗震性能，當前則需要從以下幾點著手：一是在設計的時候合理的布置抗力構件，通過改變抗側力構件位置的方式來構成水平方向上的平力分布系統，加強豎直方向上的側立結構性能，形成一套應力分布體系，降低水平方向的對稱在地震中的破壞程度，提升結構的穩定性；二是強化高性能剪力墻的設計，適當的增加墻體和樓板的剛度來控制建筑的位移情況，從而實現抗震的目標；三是由于地震期間，高層建筑的低級容易被毀壞，所以在抗震結構設計的時候，需要通過增加樁基埋深的方式來增強樁基和上部結構的聯動性，增強高層建筑基礎的抗震能力；四是在高層建筑結構設計的時候，可以通過對扶壁、筒口等進行簡單化的處理，保證建筑物的對稱性，增強整體結構的剛度和連續性。

4.7 制定合理的防火結構設計方案

目前，對于高層建筑防火結構的設計上，首先需要做的就是強化防火結構間距離的控制，依據高層建筑施工現場的地形條件，對其進行合理的處理。對于高層建筑材料的使用上，盡量選用耐火性強的材料，減少對易燃材料的使用，從而達到防火的效果。另外，在疏散系統的設計上，因為高層建筑物的疏散屬于垂直狀態的，在人員疏散方面存在著難度，所以在建筑結構設計的時候，需要增加雙通道、防煙區、耐火區、避難層等設施，這樣就可以在一定程度上增強建筑結構的防火能力。同時，在高層建筑結構設計的時候，還需要設計隔離結構，這樣就可以在一定程度上避免火勢的快速蔓延，還能夠有效的提升建筑物整體的消防能力。

5 結束語

在社會經濟不斷發展的當前，高層建筑逐漸的成為了城市中主流的建筑結構形式。并且為了滿足人們生活和工作等需求，高層建筑工程項目還在不斷的增加，因此其結構設計以及相關安全問題得到了社會各界的關注和重視。所以在高層建筑結構設計工作期間，相關工作人員要制定科學合理的結構設計方案，及時的發現并解決設計工作中的問題，這樣才能有效的提升結構設計的科學性和有效性。通過對結構設計的合理規劃，可以實現對各種影響因素的有效控制，從而提升高層建筑的質量，促進我國建筑行業的可持續發展。