高层建筑结构设计问题及对策分析

陈弢

艺城设计有限公司 浙江 杭州 310051

在经济发展的带动下，我国城市化发展进程逐渐的加快了步伐，建筑行业处于快速稳定的发展状态中。随着人们居住需求的提升，高层建筑的发展迎来了新的机遇，但是建筑工程的质量与人们的生命财产安全有着密切的关联，同时高层建筑的质量又不易控制，所以建筑企业要加强对高层建筑结构设计的重视，不断的引进新的设计理念和技术，这样才能保证高层建筑结构设计的合理性和科学性，从而有效的提升建筑物的质量，为人们提供安全舒适的生活空间。

1 高层建筑结构的特征

近年来，高层及超高层建筑不断涌现，而随着建筑高度的提升，结构受力状况也呈现出不同的情形，抗震隔减震设计的要求也越来越高。在高度较低的建筑物中，来自风荷载和地震作用的影响并不明显，而随着高度的不断提升，水平位移的影响逐渐加强，结构底部弯矩剪力逐渐增大，建筑结构水平位移也不断增大。为保证建筑使用的安全性和舒适性，相关设计人员要充分的考虑到各个影响因素，从规范和实际经验出发，提升结构设计的合理性。

2 高层建筑结构设计中的问题

2.1 高层建筑结构布置形式缺乏合理性

在高层建筑的设计工作中，结构布置形式不合理是比较常见的问题。合理的结构布置形式是结构体系的前提和保证，忽视结构布置形式的选型，会导致设计图纸缺乏一定的合理性，大幅度的降低了建筑工程的质量，留下了巨大的安全隐患。另一方面，在结构设计工作期间，设计人员不仅要考虑结构构件的竖向布置，同时还要加强对构件水平布置的重视，并结合隔减震设计形成合理的结构体系，否则将无法保证建筑整体的安全性和稳定性。由此可见，建筑结构布置形式缺乏合理性将对建筑工程造成严重的影响[1]。

2.2 地基基础的设计不科学

在高层建筑结构设计工作中，地基基础设计至关重要。设计期间的基础选型工作若不够科学严谨，会大幅度的降低建筑物的承载力。与此同时，相关设计人员对施工现场场地环境的考察不够深入，同时在设计期间没有考虑到各种参数的实际情况，只是结合自身的工作经验进行设计工作，从而导致地基基础的承载性能无法满足工程的实际需求。另一方面，如果地基的设计不科学，其承载能力会被大幅度削减，而建筑企业为了保证其荷载达到相关的规范，在施工期间投入了更多的材料。这样不仅会增加建筑企业的施工成本，同时也浪费了大量的资源。

2.3 建筑超出规定高度的问题

高层建筑的建设是为了节约土地资源，促进我国城市化进程的发展。在高程建筑的设计工作中，对其高度也有明确的规范和要求。但是在实际的建筑工程开展过程中，经常会出现建筑高度超出标准的问题，这会对建筑工程造成严重的影响。导致建筑结构的稳定性严重下滑。另一方面，由于建筑高度过高，其对各种外界因素的防预能力明显下降，从而无法保证人们的生命财产安全[2]。

2.4 短肢剪力墙的设置问题

短肢剪力墙在高层建筑结构中发挥着重要的作用，但是很多设计人员对其的设置却存在一定的问题，其数量和位置与工程的实际需求不符合，从而导致其自身的性能无法得到充分的体现，并且在建筑物投入使用后，其稳定性会受到严重的影响，对人们的安全造成巨大的威胁。如果建筑物受到自然灾害的影响，很容易引发相关的安全事故，从而造成人员伤亡和经济损失等严重的问题。

2.5 高层建筑中的扭转问题设计

目前，在高层建筑结构设计方面，需要保持三心尽可能的汇聚于一点，三心为建筑结构的刚度中心、几何形心、结构重心，保持三心合一，方可表面建筑结构出现扭转的问题。若是在高层建筑结构设计的时候，并没有把控好三心，当三心没有汇聚到一点的时候，极为容易发生扭转的问题，特别是在水平力的作用之下，会对高层建筑结构产生毁坏性的作用，这对于高层建筑的质量及性能必然产生不利影响。

3 高层建筑结构设计的技术要点

目前，高层建筑结构设计方面需要把控好的技术要点比较多，如：需要合理计算高层建筑体型的高宽比例；需要保持建筑的平面、体型、立面的质量与刚度的匀称，保持整个建筑的稳定性，等等。在众多高层建筑结构设计要点中，需要从抗风、抗震、防火等方面的结构设计来做好技术要点控制工作。

3.1 抗风结构设计

从高层建筑物来看，层数多、高度高则是其最为明显的特点，所以高层建筑物不同于其他建筑物，在建筑物表面上，更容易改变风的流动性和空气的动力效应。在楼层柔软的部分，风和空气会产生动力形式和静力形式，在此基础上会产生一定的震动，这种震动力会对楼层的墙体、装饰结构以及支撑结构产生破坏，必然会对高层建筑的稳定性产生消极的影响。所以，在高层结构设计的时候，必须做好相应的抗风结构设计处理，以此来消除自然因素影响带来的安全隐患。

3.2 抗震结构设计

在高层建筑结构的抗震设计方面，通常情况下抗震结构设计都是高层建筑结构设计的难点所在。由于不同区域对于地震这一自然因素的实际情况都有所差异，，计算出来的数据并不是所有的区域都适用，这就需要针对施工现场所在区域进行抗震结构数据计算，分析各种影响因素，并确保设计人员技术水平，这样才能够确保抗震设计的完善性。

3.3 防火结构设计

目前，我国的相关法律已经明确的指出，对于高层建筑结构的消防设计上，必须保证消防设计的合理化、科学化，由于高层建筑的楼层数量比较多，建筑材料有着易燃性的特点，且高层结构不利于火势的控制。一旦发生火灾，那么高层结构存在着疏散困难的特点，所以在高层建筑防火结构设计的时候，必须在排烟系统、疏散通道等方面做好设计，满足实际需求。

4 高层建筑结构设计的优化对策

4.1 加强对结构设计中性能设计的重视

建筑结构设计的主要目的就是保证其相关的性能符合实际的需求，所以设计人员需不断对建筑结构的各种性能进行优化和完善，从而保证高层建筑的质量，为人们打造安全的生活环境。所以在实际的设计工作中，相关工作人员要做到以下几点。首先，要加强对建筑延性设计的关注，这种性能可以在建筑物面临重大自然灾害时发挥出作用，有效避免建筑出形变和倒塌的问题。与此同时，设计人员还要意识到水平荷载计算的重要性，高层建筑结构在同一个方向会受到风荷载及等效地震荷载的反复作用，随着时间的推移就会造成建筑结构出现水平位移的状况，所以结构设计工作期间，工作人员要加强对其的控制。另一方面，设计人员必须要保证高层建筑的稳定性，而保证结构稳定性的因素有很多，需要设计人员在多个方面进行深入的考虑。比如避免短肢剪力墙不利布置，提升建筑结构稳定性方面有着重要的作用[3]。

4.2 优化结构基础体系选型设计

在高层建筑结构设计中，工作人员要科学的选择基础形式，这样才能提升结构设计的合理性，从而提高建筑工程的质量。然而在部分高层建筑结构设计工作中，相关设计人员对基础选型工作没有深入的理解，导致建筑工程结构设计无法满足地基的承载需求。这样就会对高程建筑的施工作业和后期的使用带来了一定的隐患，很容易出现位移和沉陷的问题。所以在进行基础体系的选型设计时，工作人员要充分的考虑到工程的实际情况，对施工现场进行详细的考察，通过对土质结构、地下水位等因素的分析，总结出相关的数据信息，从而合理的选择基础形式。另一方面，设计人员还要深入的考虑施工成本和相关的技术工艺等，结合建筑企业自身的实力和工程的实际需求制定出最佳的选型方案，从而加强地基基础形式有效性[4]。

4.3 保证结构设计图纸的合理性

科学合理的设计图纸是保证建筑工程顺利开展的基础，其不仅展示了设计的理念和方式，同时也通过图纸将相关的信息传递给工作人员。一份合格的图纸，不仅可以清晰地展示结构设计的主要内容和相关细节，同时还能通过相关的标注来提示工作人员施工中的难点和重点。但是在很多高层建筑结构设计工作中，设计图纸缺乏一定的合理性和完整性，这样就会使结构设计与实际的施工状况出现差异，从而导致结构设计无法满足相关的需求，大幅度的降低了建筑工程的质量。所以相关设计人员要在以下几个方面加强对图纸合理性的把控。第一，相关设计人员对高层建筑施工现场进行深入的考察，详细的测量和记录相关的数据，从而为结构设计工作提供可靠的参考。第二，要对考察的数据进行分析和整合，尤其是施工现场的地质条件和其周围的环境，对建筑工程的质量有着直接的影响。所以，设计人员要对其进行研究和分析，同时结合高层建筑的功能性等制定合理的设计方案。第三，设计人员要将相关的数据合理的应用到结构设计中，从而实现对结构外形的准确计算，保证结构的布置和承载力符合实际的需求，从而有效的提升设计图纸的合理性。第四，在图纸设计完成后，相关工作人员要对其进行严格的检查，及时的发现结构设计中的问题并加以修改，从而保证设计图纸的质量。

4.4 保证结构设计参数计算的准确性

高层建筑结构设计工作具有很强的复杂性，其中会涉及到很多参数信息，并且需要工作人员进行详细的计算。如果相关参数的准确性不能得到保证，将会对建筑结构造成严重的影响，同时还会造成其他结构设计的计算结果出现偏差的问题，从而使整体结构设计的参数失去了可靠性。这样就会降低建筑工程的质量。所以，相关设计人员要对结构设计中的数据进行严谨的计算，并尽量采用2个以上结构计算模型进行包络，从而保证每一个环节所应用的数据的准确性，同时还要保证相关数据通过严格的复核，这样才能将其应用到下一个设计阶段，保证整体结构设计环节数据信息的准确性。另一方面，在进行数据计算的过程中，设计人员要严格的遵守相关的计算标准，保证自身使用的数据具有一定的可靠性。并且设计人员不能通过主观的判断来进行数据的推算，也不能简化相关的计算流程，保证数据的计算工作从始至终按部就班的完成，从而保证高层建筑结构设计参数的准确性[5]。

4.5 制定合理的抗风结构设计方案

在高层建筑结构设计的时候，若想确保建筑结构具备较高的抗风性能，一是要确保建筑结构基础的稳固，在基础设计的时候选用高级砂石，并在基础持力层设计的时候，增加抗拔锚杆；二是强化高层建筑内部能耗结构的设计，以此来降低风力对建筑物的影响；三是在设计的时候需要控制水平力对高层建筑的影响程度，选用高性能混凝土，减少结构内力，降低安全隐患；四是需要对高层建筑结构的实际承载力和康风莉进行验算，设定一个标准，在此基础上制定一个放大系数，保证高层结构的抗风性能。

4.6 制定合理的抗震结构设计方案

目前，对于高层建筑结构的抗震设计上，依旧存在着诸多的难点，所以为了改善高层建筑结构的抗震性能，当前则需要从以下几点着手：一是在设计的时候合理的布置抗力构件，通过改变抗侧力构件位置的方式来构成水平方向上的平力分布系统，加强竖直方向上的侧立结构性能，形成一套应力分布体系，降低水平方向的对称在地震中的破坏程度，提升结构的稳定性；二是强化高性能剪力墙的设计，适当的增加墙体和楼板的刚度来控制建筑的位移情况，从而实现抗震的目标；三是由于地震期间，高层建筑的低级容易被毁坏，所以在抗震结构设计的时候，需要通过增加桩基埋深的方式来增强桩基和上部结构的联动性，增强高层建筑基础的抗震能力；四是在高层建筑结构设计的时候，可以通过对扶壁、筒口等进行简单化的处理，保证建筑物的对称性，增强整体结构的刚度和连续性。

4.7 制定合理的防火结构设计方案

目前，对于高层建筑防火结构的设计上，首先需要做的就是强化防火结构间距离的控制，依据高层建筑施工现场的地形条件，对其进行合理的处理。对于高层建筑材料的使用上，尽量选用耐火性强的材料，减少对易燃材料的使用，从而达到防火的效果。另外，在疏散系统的设计上，因为高层建筑物的疏散属于垂直状态的，在人员疏散方面存在着难度，所以在建筑结构设计的时候，需要增加双通道、防烟区、耐火区、避难层等设施，这样就可以在一定程度上增强建筑结构的防火能力。同时，在高层建筑结构设计的时候，还需要设计隔离结构，这样就可以在一定程度上避免火势的快速蔓延，还能够有效的提升建筑物整体的消防能力。

5 结束语

在社会经济不断发展的当前，高层建筑逐渐的成为了城市中主流的建筑结构形式。并且为了满足人们生活和工作等需求，高层建筑工程项目还在不断的增加，因此其结构设计以及相关安全问题得到了社会各界的关注和重视。所以在高层建筑结构设计工作期间，相关工作人员要制定科学合理的结构设计方案，及时的发现并解决设计工作中的问题，这样才能有效的提升结构设计的科学性和有效性。通过对结构设计的合理规划，可以实现对各种影响因素的有效控制，从而提升高层建筑的质量，促进我国建筑行业的可持续发展。