高层建筑结构设计存在问题及对策分析

邹健

（广东鸿宇建筑与工程设计顾问有限公司河源分公司，广东河源 517000）

0 前言

在高层建筑中，结构设计不可或缺。设计越科学，建筑结构越牢固，这是不争的事实。就目前情况来说，很少能看到完整的建筑结构设计。设计存在缺陷，建筑物的安全性就会大打折扣。倘若发生事故，不仅让经济蒙受损失，还会导致众多家庭支离破碎。要想避免悲剧的发生，需要从源头抓起。建筑层数越多，设计工作量越大，要想保质保量完成任务，需要设计人员明晰设计原则及要点，并采取有效措施，遏制安全问题的发生。

1 高层建筑结构设计原则

1.1 优良原则

最顶级设计，一定满足优良原则。只是让高层建筑结构趋于合理，还不能算作优良，必须要兼具经济性和可行性。经济性不难理解，不断压缩建筑成本，但不会影响到结构的稳定性。设计方案的优劣，要到实践中进行检验。通常情况下，多种结构形式并存于一个设计单元中，要想获得一个好结果难比登天。对于这一点，设计人员应知晓。除此之外，设计人员要对受力情况进行深入研究，以便找准影响因素。制定相应措施，以便消除各种影响，最终使设计方案更加合理。

1.2 合理性原则

一提到高层建筑结构设计，自然而然会想到计算简图。通过计算简图，可以得到计算公式，并懂得运用哪种构造方式。如果选错计算简图，会引发一系列问题，如计算失准、结构失衡，进而降低高层建筑的安全性。为避免设计缺陷的出现，需要选好计算简图。选择的关键在于判断误差是否超过规定值，倘若答案是肯定的，就要重新选择，直至找到符合要求的计算简图。

1.3 准确性原则

计算机是一个“创世纪”的发明，对方方面面都产生了巨大影响。现阶段，很多设计人员已经离不开计算机，将其视为亲密战友。在计算机上可以看到很多设计软件，功能有强有弱。设计人员要有一双“火眼金睛”，能够从中选出最切合设计需要的软件。如果没有做好这件事，不仅会浪费大量资源，还会消耗大量时间。能否完成这一项艰巨的任务，关键要看设计人员是否了解每一个软件的特性。根据高层建筑特点来确定软件，并做好相应准备。在使用过程中，严格按照规范操作，确保计算结果的准确性。

2 高层建筑结构设计要点

2.1 重视轴向变形问题

高层建筑结构设计是一项技术活，稍不注意就容易产生轴向变形问题。这不是一件小事，其影响很深很大，不仅建筑弯矩会发生变化，连续墙的稳定性还堪忧。在开展结构设计工作时，设计人员要尽可能控制轴向变形量。倘若没有思路，可学习借鉴成功案例。需注意的是，高层建筑具有单件性特点，只能拿来作为参考，绝对不能生搬硬套[1]。倘若一意孤行，势必会招致不必要的麻烦。当然，付出的一切都是值得的，能够使梁支座负弯矩值始终保持在合理区间。就算是数值发生变化，幅度也不会太大，完全可以接受。如此一来，正弯矩值就不会发生任何变化。数值不变的好处在于，让构件的剪力值和侧移值保持正常。总而言之，设计人员应重视轴向变形问题。不能光在嘴上说，要落在实处。通过对构件进行比对，获得相关数据。依托这些数据，计算轴向变形量。倘若超过正常值太多，就需要控制构件下料长度。

2.2 关注结构延性问题

在高层建筑中，钢混结构是不可缺少的一部分。之所以做出这种选择，原因有两个方面：①不管是钢筋，还是混凝土，型号种类比较多，可选择空间大，能够应对各类复杂情况；②钢筋也好，混凝土也罢，都拥有良好的耐久性与防火性。使用寿命越长，获得的效益就越高。无须为火灾而担心，自然不用考虑损失问题，真正实现了效益最大化。当然，能否充分发挥钢筋混凝土的优势，关键要看结构设计是否科学。考虑到钢混结构的构件断面大，并且自身重量不轻，所以在设计时要特别关注结构延性。设计人员要想尽一切办法提高延性，不仅能进一步增强结构的抗震潜力，还能让结构拥有较强的抗倒塌能力。在大灾大难面前，高层建筑岿然不动，生活在其中的人们才能放心。

2.3 聚焦荷载与高度问题

古人云：“树大招风。”将其引申到建筑领域，就可以理解成建筑越高，需要的抗风能力就要越强。不仅如此，同样面对地震灾害，高层建筑承受的破坏力也高。能否抵抗天灾，取决于结构设计是否合理。设计人员要将目光放在载荷和高度上。通过控制高度，以达到控制水平载荷力的目的，进而确保高层建筑具有良好的抗震性和抗风性。面对强风震击，高层建筑始终屹立不倒。人民群众甚是满意，将一切功劳归功于设计人员和施工人员。做得好，可以获得荣耀。做得不好，就要遭人唾弃。为避免此类问题出现，需要设计人员不受外界影响，一心一意工作。

3 高层建筑结构设计缺陷

3.1 结构体系不合理

结构设计是高层建筑设计的重要一环，倘若体系选择不合理，就会导致结构存在缺陷，进而诱发事故[2]。要想有效规避事故，需要设计人员构建完整的结构体系。从目前情况来看，鲜有人能做好此事。导致设计人员做出不合理选择的原因有很多，如在不了解建筑结构特点的前提下贸然采取行动，在尚未掌握准确的抗震设防级别和风荷载状况时就去搭建结构体系。高层建筑结构一定存在缺陷，以至于可靠性大幅下降，对人类生命健康构成威胁。

3.2 地基设计不科学

地基位于高层建筑的最下部，起到支撑的作用。倘若地基设计不科学，其作用就会大打折扣。当地基出现不均匀沉降后，墙体受力不均匀，就会发生开裂，严重时会发生倾倒。倘若没有及时加固地基，建筑物倒塌只是早晚的事。像墙体开裂和倾斜情况，很少会有报道，但是建筑物倒塌事件时有发生，说明很多高层建筑的结构设计都存在缺陷。问题产生的原因有很多，如在设计地基斜面时，没有把控好坡度，从而对混凝土施工造成了干扰，无法打造牢固的地基结构。地下室起到支撑作用，要先让其拥有足够的支撑力，需要科学设计配筋。然而事与愿违，很多设计人员无法给出科学的方案，导致地下室的受力不均，进而造成建筑物失稳。在遇到特殊地质时，没有采取加固措施。即便是按照要求施工，依然无法确保地基质量。

3.3 上部结构缺陷较多

站的楼层越高，感觉风速越大。当地震灾害来袭后，身处高层的人们，明显感觉震感特别强烈。不管是遇到哪种极端天气，高层建筑的上部结构都是重点被照顾对象。能否挺过去，关键要看结构设计是否科学。这个道理，很多设计人员都知道。但碍于种种原因，依然无法设计出完美的结构。具体来说，在设计框剪式结构时，往往无法合理布置剪力墙，导致上部结构的稳定性较差。受到外力干扰后，就容易出现裂缝。解决问题的方法有很多，设计人员钟爱裂痕修复。这种方法只能治标，不能治本，同样的问题还会出现，从而引发更严重的后果。

4 高层建筑结构设计策略

4.1 严格审核平面布置图

在设计方案中，时不常就能看到结构扭转问题。之所以屡禁不止，根本原因在于结构体系不合理，进而导致平面布局不科学。常言道：“头疼医头，脚疼医脚。”设计人员要拥有一颗不断进步的心，通过不断学习提高平面布局的合理性。在设计时，多使用相对规则的图形，让结构更加均匀。即便这样做了，也没有十足的把握，还需要设计人员搭建模型，检验可行性。待获得科学的工程图纸后，要在规定时间内提交给施工方及监理方。施工方会拿着图纸来到现场进行比对，有无问题一目了然。只要有人反馈，设计人员就要高度重视。倘若反馈有效，就要立刻改正。监理人员大多专业出身，能够发现隐藏在深处的问题。设计人员要虚心求教，进一步完善平面布置图。

4.2 合理计算与应用简图

计算简图是高层建筑结构计算的重要参考，设计人员一定要精心挑选，妥善应用。在选图前设计人员一定要亲临现场，全面搜集资料。仔细分析资料后，便可清楚应当选择哪种计算简图。在控制建筑结构参数时，一定要用好计算简图。除此之外，还要充分结合抗震等级规范表、抗风等级计算结果。考虑的因素越多，获得参数准确。根据这些参数设计结构，才能确保高层建筑的精准度。

4.3 科学设计上部结构

目前，设计人员过于依赖计算机技术。思想一旦松懈，工作质量很难有保证。例如，所掌握的数据不完整，并且没有及时录入系统。这些问题的存在，导致建筑上部结构设计不准确。设计人员要纠正错误看法，认识到高层建筑上部结构设计是一个动态过程[3]。在设计前，设计人员要化身情报收集分析员，确保对建筑性能有一个系统了解。在设计中，数据收集工作不能停，录入系统要及时。系统会给出各项分析数据，经过横向和纵向对比，判断是否需要调整设计方案。在设计完成后，设计人员要做好总结。将遇到的问题一一罗列出来，注明成因，解决方法。通过对比其他案例，发现其中不足，并对解决方法进行进一步完善。当遇到同样问题后，便可快速解决掉。在整个过程中，设计人员和施工人员都要保持紧密联系，一方面方便获取数据，另一方面能及时发现问题。在双方共同努力下，使高层建筑上部结构更加牢固。

5 结语

高层建筑结构设计是一项技术活，对设计人员提出很高要求。从结果上来看，很多人做事欠考虑，以至于安全问题层出不穷。如果设计人员坚持我行我素，发生安全事故只是早晚的事。所以，设计人员要牢记使命，认真开展工作。需注意的是，切记不可盲目行动，而应开展深入研究。只有这样，才能对设计原则及要点了然于胸，并能针对问题采取措施。