浅谈如何做好高层建筑的结构设计

吴中东

【摘要】随着科技的发展以及社会的进步，导致城市中出现大量的高层建筑，高层建筑与普通建筑相比，在结构设计上更加的复杂，对高层建筑进行结构设计时存在诸多难点。如何更好的对高层建筑进行结构合计成为大家思考的问题，本文基于这一背景，首先对高层建筑结构设计的原则进行总结，然后对当前高层建筑设计中的重难点进行分析，最后针对这些问题提出相应的解决方案。

【关键词】高层建筑；结构设计

引言

近年来，我国城市化进程不断往前快速推进，越来越多的人口进入到城市，给城市带来了越来越多的居住压力，为了解决这一问题，越来越多的高层建筑开始修建，但是高层建筑在扭转、抗风、抗震和消防等方面存在诸多难点，所以我们在金星高层建筑结构设计时需要认真分析和解决这些问题。

1、高层建筑结构设计原则

1.1选择合理的建筑结构简图

我们在进行高层建筑结构设计时，都需要在计算简图的基础上进行结构设计计算，如果结构简图选取的不合理，那么就容易产生计算错误，最终导致高层建筑的结构产生事故，所以选取合理的建筑结构简图是我么保证建筑结构安全的基础。

1.2合理进行建筑基础设计

由于高层建筑的上部荷载较大，所以我们要合理进行建筑基础设计，首先我们要对高层建筑上部的结构和荷载进行分析，其次要根据施工条件以及其它因素的影响制定合理的基础方案。通常情况下进行高层建筑设计都有完善的地质勘查报告和相应的地基变形试验。

1.3选择合理的建筑结构方案

对高层建筑进行结构方案设计时，一是需要考虑经济性的因素，因为高层建筑的投资较大，稍微进行优化就能节省大量资金，二是结构形式和结构体系要科学布置，最简单的要求就是传力要简单，结构受力要明确。另外结构进行设计时还需要与其它专业如水、暖、电等专业相协调。

1.4对设计方案进行计算分析

如今随着计算机技术的快速发展，各种辅助设计和计算软件开始在建筑设计领域运用，可以对设计方案进行计算的软件有很多，我们应当根据工程的实际情况，参考软件的特点选用合适的软件进行计算，另外得到计算结果后，结构设计工程师还需要根据计算机的计算结果对设计方案进行相应的调整和校核。

2、高层建筑结构设计的重难点

2.1扭转问题

建筑结构的几何形心、结构重心和刚度中心被我们称为“建筑三心”，我们进行高层建筑设计时，一定要尽量让这三心尽可能重合于一点，这让才能保证建筑不出现扭转问题，否则在建筑物承受水平力的情况下，建筑结构很容易受到破坏。

2.2抗风问题

由于高层建筑高度高，所以承受的风荷载不容忽略，这种风荷载既有静荷载也有动荷载的效果，这种动荷载对高层建筑的结构部分都有很大的影响，所以我们在进行高层建筑结构设计时需要考虑抗风的问题。

2.3抗震问题

抗震问题一直是我们进行高层建筑结构设计的一个难点，困难的原因主要在于高层建筑的结构过于复杂时，使得我们当前在进行抗震设计时计算的结果不精确导致结构在抗震上不完善，最终引发高层建筑在地震时出现破坏。

2.4消防问题

高层建筑的消防设计较难的原因是由高层建筑的特性导致的，主要问题有五点：一是高层建筑使用了大量的易燃材料；二是高层建筑一旦发生火灾，火势很容易蔓延，而且难以救援；三是高层建筑由于结构特性所致，而且高层建筑的人较多，所以发生火灾时疏散能力较差；四是高层建筑的排烟系统设计难度较大。

3、如何更好的做好高层建筑结构设计

3.1合理平面布局

合理平面布局的目的在于减少扭转问题，而产生扭转问题的原因在于高层建筑的三心没有合一，所以我们在进行高层建筑设计时应尽量选择规则的平面图形，如长方形、圆形或正多边形等，另外在满足高层建筑使用需求的基礎上尽量让建筑的结构对称，不要出现过多的突出部分。

3.2优化抗风结构

针对高层建筑的抗风问题，我们可以从四个方面来进行优化：一是基础优化，高层建筑只有具有牢固的基础，才能保证高层建筑的抗风性，在进行基础持力层设计时可以适当的设立抗拔锚杆增；二是要减小风荷载对高层建筑的影响，尽可能控制水平力对建筑物的影响；三是增大结构的承载力和抗风力，可以在设计时适当的设定一个放大系数来保证结构的抗风性能。

3.3优化抗震结构

根据现在对高层建筑设计的经验以及对多个高层建筑设计实例研究来看，可以采用以下四种方式来进行建筑结构抗震优化：一是合理布置抗侧力构件，让建筑物在水平方向保持对称能够有效的提高建筑物的抗震能力；二是要增强高层建筑的地基抗震能力，通过对高层建筑遭遇地震破坏的特性来看，很多都是在地基处发生破坏，所以可以适当的增大桩基埋深以此来增强桩基与上部结构的联动性；三是增强剪力墙的性能，这样在发生地震时，剪力墙可以吸收地震在建筑物内部产生的力，具体措施可以增强楼板或墙体的刚度；四是对结构构件进行优化，保证结构的对称，同时让柱子和楼板进行一体化设计，这样可以增强结构的连续性和抗震能力。

3.4消防结构设计优化

随着高层建筑不断出现火灾和恐怖袭击事件，而且带来巨大的伤亡和财产损失，使得高层建筑的消防设计越来越重要。对消防结构设计优化的方式主要有三点：一是控制好防火结构间距控制，在不影响建筑使用的情况下尽可能加大防火结构间距；二是控制好材料使用，尽量少使用易燃材料，多使用耐火材料；三是做好高层建筑的疏散系统，由于高层建筑为垂直疏散系统，所以很容易出现疏散效率低下的情况，针对这种情况，可以通过设立双通道疏散，另外对增设耐火区、防烟区和避难层，增强高层建筑的消防能力。

结论：

高层建筑是今后修建建筑的趋势，未来将会修建更多的高层建筑，但是现在高层建筑在进行结构设计时还存在各种不足，所以搞清楚如何优化高层建筑的结构设计具有很强的现实意义。随着我国在高层建筑上的不断发展，高层建筑对结构的要求也会越来越高，高层建筑结构设计面临的挑战也将越来越多，但是我们可以从扭转、抗风、抗震和消防等方面来对高层建筑的结构设计来进行优化，这样有助于提高我们高层建筑结构设计的质量。

参考文献：

[1]柳郁.对小高层建筑结构设计若干问题的探讨[J].建筑知识：学术刊，2013（B01）：57-58.

[2]胡小青.小议高层建筑结构施工特点和施工技术[J].中国房地产业.2015.11