高层建筑设计存在的问题及优化策略探讨

梅斯景

引言

现代的高层建筑设计是一个长期以及复杂的过程。高层建筑设计应该满足美观、舒适以及人的安全要求。怎么样才做出一个舒适以及安全，同时还符合人们的精神物质的需要，经济上还实用的住宅设计，可以适应高层建筑的市场变化，满足高层消费的需求，这些成为了高层建筑设计人员应该要解决的重要问题。这样就要求了高层建筑的设计人员在工作当中应该严格地要求自己，不断地学习一些新的规范，进而可以掌握一些比较合理的设计方法。而有的设计者为了别出心裁，只是追求一些效果，却影响了人们的使用甚至还会影响到安全，在设计上出现一些不合理的现象是不可避免的。所以，对高层建筑设计当中存在的问题进行探讨就显得非常的重要。

1 高层建筑中设计的意义

高层的建筑大部分布置在城市当中商业比较发达的区域，这样的地段街道本身的交通荷载就比较大，高层的建筑也不断地增加这些街道交通的压力，因此分布在这些街道的两侧高层的建筑应该尽可能地控制其高度以及层数，与此同时在规划设计的时候应该对这样的街道进行扩展，这样就可以加大其通行的能力。就现在国内外抗震设计发展的趋势而言，结构弹塑性的分析将会成为抗震设计的一个重要组成的部分，但是因为结构弹塑性分析比较复杂，在怎么样进行计算以及怎么样设定具体的问题上，每个国的做法也就不同。对于抗震设计而言，要求建筑的立面以及平面布置应该对称以及规正，建筑的刚度变化以及质量的分布都应该比较均匀，如果不是这样的话应该考虑到不利的影响。但是一些平面设计仍然存在严重的不对称，一边墙是落地承重，而另一边则是柱承重，一边的设计是大的房间，而另一边则是小的房间，一边的进深很大，而另一边进深则非常小。高层建筑不恰当的尺度会对城市产生一些不良的影响，就会改变了城市的传统历史的文化，还会改变原来的城市每个构成要素之间的关系。

2 工程案例

工程项目：武汉某大厦，本工程为一类建筑，地下耐火极限为一级，地上耐火极为一级。防水等级：屋面防水等级为一级，地下室防水等级为二级。主要结构形式为，框架结构抗震烈度为Ⅶ级。总建筑面积：24419m2，一层及标准层按1.5倍计容积率时，总面积为32092m2。建筑物高度为150m。

3 高层建筑设计的常见问题

3.1 能量

在外围的护墙上多耗费的能量比较大，大约占总能量的25%左右，对于外围护墙而言，其保温效果弱的话就可以消耗比较大的能量。对于建筑环境的位置而言，对设计也会有一些影响。

3.2 季节

对于季节的不相同，高层建筑所需要的热能也就不相同，冬季的风比较强，而热量的损失就比较大，这就增大了冷空气的渗透量，这样使室内的热量损失增大。因为建筑的一些部位处理的不恰当，墙体的内部就很容易产生冷凝的水。所以，对于高层建筑的保温材料上的选用，建筑物构造合理性应该建立在可靠以及科学的基础之上。

3.3 梁、板的计算跨度

梁板结构的意思是，用刚性支座代理梁，放在梁的中心线位置，这时候梁板就相当于截面板。如果梁是扁的的话，高度和厚度基本等同，长度和弯矩选择梁中心位置即可，同时加上两者的较大值配筋。

3.4 主梁有次梁处附加筋问题

基础结构设计当中，在梁下部的作用力点附以钢筋，做到集中荷载由另加的横向钢筋结构来承重。梁截面高度范围不同，加不加筋对于主梁来说选择也不同，当主次截面相差很大时，主梁就不用加钢筋了，因为荷载较小，没有必要。反而如果相差不大，次梁荷载相对来说较重，就需要添加附加钢筋来分担次梁的承重，实现安全性。针对箱、筏基础底板跳板的阳角问题，如果说底板的钢筋是双排并且两个方向同时有的话，阳角不能够决不允许添加辐射筋。

3.5 风荷载

对于风荷载而言，也是高层建筑设计控制的因素，随着高度不断地增高的建筑物，风荷载的影响也就变得越来越大。在高层建筑当中除了地震的作用是水平力以外，重要侧向的荷载就是风荷载，在荷载组合的时候常常起到了控制的作用。

4 高层建筑设计的优化策略

4.1 地基的基础设计

工程造价的决定性条件是地基的基础设计。所以地基的基础设计必须保证万无一失，步步惊心。高层建筑的基础结构设计人员要想确保有这完善的基础设计，要实施因地制宜政策，根据当地的条件和相关建筑政策调整设计内容。

4.2 荷载组合要求

采用点算程序化计算设计出地基承载力及各荷载组合的特点。当风荷载及地震效应导致高层住宅边角地方竖向作用力大时，如果短期荷载等同于永久荷载，边角的竖向结构就会偏大，而中间又是在原有的小值之上，地基墙体就会受力不均产生裂缝。组合地震作用及重力荷载时，应增大承载力，同时提高承载力的特征值在组合重力荷载和风荷载时。在设计时，设计人员要最大程度地降低地基变形和差异变形。

4.3 优化建筑位置设计

选址是高层建筑项目的重要组成部分。有必要考虑城市设施的空间布局，并最大限度地发挥对城市的影响。建筑物的位置选择和定向设计是设计人员必须考虑的主要因素。在明亮的环境中，它有助于培养愉快和舒适的情绪。在建筑物的设计中，有必要让建筑物根据当地的自然环境长时间面对光线，这可以减少用户照明的消耗和资源的浪费。当提前设计太阳能使高层建筑物能够接收到最大的阳光时，建筑物的位置和方向将被确定。由于我国大部分地区位于北半球，大部分建筑面向北方，面向南方。建筑物南侧的窗户必须尽可能大，而其他防御窗户尽可能小。减少热量损失，使用户无需使用空调加热等设施即可享受宜人的温暖。

4.4 优化朝向设计

对于建筑的朝向，一般要求是冬暖夏凉。在我国，南向是最让人满意的建筑朝向，因为南向建筑接受太阳照射的时间较长，且夏季太阳高度相对较大。实际上，建筑设计无法确保全部房间均安排在南向。因此，每一栋建筑在选择建筑朝向时，应紧密结合建筑所在地区的太阳辐射强度、常年主导风向及日照时间等因素进行。在我国，每年最热的天气一般是7月份，最冷的天气在1月份，而夏季最热时间为午后1～3时。结合太阳辐射强度与风速风向等因素分析后可得知：建筑位于南偏西150°至南偏东30°的区域内时，室内温度较舒适；建筑处于南偏西30°与南偏东30°方位，其夏季太阳辐射强度最小。在南方地区，建筑朝向应避免日晒，且建筑门窗部位应适当设置遮阳设备。

4.5 建筑的空间

在建筑的空间尺度方面，一般遵循依形就势的建造原则，较大的空间尺度，应该适应周围的自然环境。此外在小尺度空间中，应符合人体工程学，人们居住起来居住体验较好，且长期以来，木匠们经常使用，熟练度也较好，有效提高了房屋建筑的质量和速度，减少了事故发生的频率。

4.6 运用当代科学技术的新设计

目前，低碳高层建筑设计主要采用物联网，数字技术，仿生学等设计手段，发展建筑业的低碳理念。这些新理论和新技术的应用，改善了高层建筑的设计理念，保证了建筑的质量和效益。

4.7 充分考虑环境因素

一个建筑是否与周围的环境相融合是很重要的，符合我国古代天时地利人和的思想。充分考虑当地的气象水文和地质因素，深入了解影响工程质量的各种环境因素，在做完调查研究工作之后再开展各项设计活动。水文地质是一个在设计中很容易忽视的部分，然而它的地位却不容撼动，地下水对岩层土层有着直接的重要影响，建筑物的稳定性和耐久性受到地下水文地质的影响比较大。尤其是高层住宅建筑，关乎到很多人的生命安全，更是要充分研究考察选址的地下水文和地质情况。

5 结束语

综上所述，在设计高层的建筑当中应该充分地把握好各种尺度，结合人们的尺度，尽可能去满足人使用的要求，一定可以创造出优美的外部造型。这应该要求建筑的设计人员在工作当中严格地要求自己，不断地学习一些新的规范，掌握更为合理建筑设计的方法。在我国的规范制度还不够完善的情况之下，高程的建筑业更应该严格的自律，在有限的规范限制之内，设计应该灵活转变，对突然发生的状况进行及时有效的应对，相关的人员应该提升自己理论的知识以及专业的知识来做出贡献。