高层建筑结构设计中存在的问题及对策探究

刘瑞晓

摘要：生产力的快速发展与变革，带动了大工业的兴起与繁荣，使得更多的人口聚集到城市，造成城市的建筑用地日益紧张，土地价格暴涨，房地产开发商为了在一定的建筑面积内建筑更多的房屋获利，就必须使建筑物向空中延伸。这就使得高层建筑像雨后春笋般在全国拔地而起，其所占的比重日益增加。高层建筑结构设计方案随之增多，结構类型和结构体系越来越新颖和多样化，但是在高层建筑结构设计的过程中，特别是钢结构的设计中出现了很多的问题，这些存在的问题是急需解决的，需要结构设计人员根据客户的需求、根据结构设计领域新的发展趋势，采取科学的、有效的对策及措施解决存在的问题，从而保证高层建筑的质量得到提高，促进其快速发展。

关键词：高层建筑；结构设计；存在问题；对策探究

高层建筑采用钢结构设计的方案有着诸多的优点，混凝土和砖石的“容重与强度比”大于钢材的“容重与强度比”，这说明采用钢结构比较轻，一般情况下采用钢筋混凝土结构的高层建筑比采用钢结构的高层建筑重30%到50%；而且采用钢结构的高层建筑比采用钢筋混凝土结构的高层建筑的有效使用面积要大8%左右；另外，使用钢结构的高层建筑建设起来工期更短，能够起到节能、环保的作用，更可以采用工厂化的形式进行前期的设计和生成。

这些优势的存在，使得现代的高层建筑更多地采用了钢结构的设计方案。根据有关机构的统计，建筑高度超过100米的建筑物在1990年代的中期的时候还不到200栋，而到目前一跃发展为接近900栋，钢结构技术的发展大大地促进了建筑超高层化的态势，可见采用钢结构的高层建筑必将促进建筑业的快速发展。任何事物都有其两面性，不会出现十全十美的情况，在高层建筑结构的设计过程中，采用钢结构的设计方案也存在着诸多问题，比如，采用钢结构的高层建筑就存在施工方面的难题，而且急需解决。

1、高层建筑结构设计中存在问题概述

1.1资源浪费严重，能源消耗大

如果以现有的国家节能环保标准，对传统意义上的超高层建筑进行节能环保评判，基本上都是不符合标准的，相关机构的调查报告指出，传统超高建筑对城市的热、光、风、声等微环境，都造成了一定程度的负面影响，其中玻璃幕墙的负面影响最为明显。超高建筑为了维持日常的正常运行，单位面积消耗的能量是超过2万平方米大型公共建筑物的2倍到3倍，甚至是一般建筑物单位面积消耗能量的4倍到10倍。这表明超高建筑在高速发展的过程中，消耗掉了大量资源，对环境造成了更多的危害。因此，为了保持高层建筑的可持续发展，就必须要在高层建筑的结构设计中使用环保技术和绿色科技，以减少资源的浪费和能源的消耗，降低对城市微环境的负面影响。

1.2高层建筑外部结构抗风难度大

由于超高层建筑的高度很高，在抗风方面存在很大的难度，主要的难点是能够获得符合实际的风荷载，其结构怎样符合建筑规范规定的舒适度和安全的要求，从而保证电梯等设备的正常与安全运行。一般情况下，正常风压状态下，离地面10米高的地方其风速是5米/秒，如果离地面90米高，其风速就到了15米/秒，可见风速与建筑物的高度是成正比例关系的。那么，在高层建筑遇到强风时，该如何解决呢？

1.3地震时如何逃生是高层建筑面临的重要问题

地震是一种自然灾害，对于处在地震区域中的900米的高层建筑来说，结构抗震是结构设计过程中面临的重大难题。高层建筑物中使用的钢材虽然是抗震性校好的材料，但是设计出的钢结构和制造不相符合的时候，就会破坏掉钢结构的稳定性，从而降低钢结构的抗震性，可见钢结构的抗震设计非常重要。

2、高层建筑结构设计中存在问题对策探究

2.1采用绿色科技，利用绿色清洁能源

针对高层建筑资源浪费严重，能源消耗大的问题，可把太阳能作为主要的清洁能源，太阳能在建筑行业的应用，是建筑结构设计的新思路。太阳能作为清洁能源在建筑设计中被应用的方面主要有：太阳能发电、太阳能热水器、太阳能暖气与空调等。利用太阳能发电由于成本技术和成本高的问题，无法大面积推广外，太阳能热水系统由于节能环保、使用便利、实施容易，适合大面积推广使用，已经成为高层建筑中供热与供水系统中应用的主要绿色能源。

下表是普通高层小区与安装太阳能清洁能源后的高层小区的一些情况对比。

作为建筑结构设计师应建立节能、环保、绿色、生态的高层建筑的设计理念，要时时刻刻把这种理念贯穿于设计的每个环节中，把清洁能源的应用理念和高层建筑结构设计理念完美地结合起来。

2.2通过随风轻微摆动化解风力

高层侧风肯定会对高层建筑物产生影响，但不用过分担心，因为高层建筑中使用的钢材不但质量好，而且具备很好的延展性，这样就使得高层建筑能够通过随风轻微摆动而化解风对高层建筑作用的力。

2.3科学合理地做好钢结构建筑的抗震设计

要想使高层建筑能够抗震，就必须要设计好钢结构的抗震方案，那么应该先按照高层建筑的高度、设计的结构类型和设防的强度确定抗震的结构。钢结构在满足变形需求的同时，也应满足强度的要求；高层建筑应选择全钢框架结构；设计人员还要注意把各构件连接好，从而保证钢结构的完整性。

总之，随着时代的发展，随着人们对高层建筑质量的要求不断提高，在设计高层建筑结构的过程中，会遇到更多的问题，但是只要结构设计人员能利用先进的设计理念指导结构设计工作，就能够很好地、有效地解决具有代表性的问题，从而促进高层建筑的更快与更新发展。

参考文献

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[2]孙凯.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].价值工程，2011，25：88-89.

[3]苏定.高層建筑结构设计的问题及对策分析[J].中华民居（下旬刊），2014，10：95-96.