高层建筑结构设计问题及对策探讨

付黎明

秦皇岛华成建筑设计咨询有限公司 河北 秦皇岛 066000

我国在经济发展的同时带动着很多领域共同发展，建筑行业就是如此，在发展的过程中能够不断地完善各个环节，为人们的生活提供更好的物质条件，从而满足人们的需求。现阶段，我国的建筑行业在经济发展的背景下得以快速地发展，尤其是在现如今土地资源越发紧张的情况下，很多建筑企业已经逐渐认识到发展高层建筑的重要性，所以，在施工前要针对实际的项目进行分析，面对高层建筑结构设计中存在的问题能够做到及时调整和改正。实际上，我国对于高层建筑的建设已经逐渐趋于成熟的状态，也取得了一定的成就，但从以往的建设中，我们也可以发现，高层建筑与其他类别的建筑存在着一定的不同，其涉及的范围广泛，整体工作内容相对较复杂，尤其是设计结构中存在的问题，影响着高层建筑的整体设计，需进一步分析探讨，采取更有效的解决措施。

1 项目分析

以某建筑项目进行分析，该建筑总面积为6.85万m2。整个建筑设计为现浇钢筋混凝土框架—核心筒结构，共A、B两座，建筑长宽均为34m，结构高度105m。建筑抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第三组，抗震等级为二级，按照50年一遇风压设计，即0.45 kN/m2，风荷载效应放大系数为1.1。

在结构选型和布置上，A座和B座斜向对称布置，边距17.5m；地上23层，地下2层，为人防工程及车库，车库中避难单元部分抗震设防类别为乙类。轴网布置中框架柱最大间距为8.4m，首层核心筒外围框架柱截面尺寸为1.2m×1.2m。

建筑主体框架和核心筒部分均近似于方形截面，外围框架结构和内部剪力墙核心筒主要通过矩形梁和现浇楼板连接，核心筒约束暗柱需要搭接两根交汇框架梁，由于结构高度较高，受地震和风压影响较大，导致墙柱和梁的配筋面积较大，角部支座处钢筋密集，对施工的质量要求很高，钢筋密集混凝土浇筑振捣不密实可能会导致严重的安全质量事故，同时设计人员主动优化钢筋直径和钢筋排布也显得尤为重要。

2 高层建筑结构设计问题

2.1 高层建筑结构设计方案制定问题

对于高层建筑结构设计方面，结构设计方案是后期施工的重要抓手，也是施工质量的重要保证，所以，设计方案要具有一定的合理性。但由于部分设计人员在设计的过程中缺乏经验，往往会导致最后的设计方案产生不合理的现象，对施工的顺利开展产生影响。

2.2 建筑物超高问题

建筑物的高度越高越高，其安全指标、荷载取值、延性要求、材料及抗震性能及建筑质量方面都面临着更严峻的问题，对此，我国针对建筑物高度方面进行严格规范，对建筑物高度作出了相关的规定，在建筑物高度设计方面，要同时满足各方面的需求。但在实际的设计和施工过程中，出现了很多建筑物高度与相关规定不符的情况发生，建筑物的安全性得不到保证，所以，对高层建筑结构设计中建筑物超高的问题，相关的设计单位要严格按照国家规定的标准进行设计[1]。

2.3 短肢剪力墙设置问题

短肢剪力墙的结构设计对于建筑布置具有一定的优势之处，而且也可以减轻结构自重，但对于短肢剪力墙的设计需要在合理的方案下进行设置，因为短肢剪力墙的抗震性能比较差，尤其是在增设的情况下，对建筑物的架构会产生比较严重的损坏，从而影响高层建筑的整体稳定性和安全性，不能完全保证高层建筑后期使用性能，这是当前短肢剪力墙在高层建筑结构设计中对建筑物产生影响的重要原因。

2.4 结构设计体系不合理问题

对于高层建筑结构设计中，不仅要注重建筑物的外观形状，也要注重建筑物结构设计体系的合理性。如果建筑物结构设计出现不合理等情况的发生，就会严重影响后期建筑工程施工的安全质量，比如说在前期的设计中，设计人员要根据实际的情况，参考相应的设计资料进行设计，当涉及的范围比较广的情况下，很容易拉长建筑工程的整体施工周期。此外，有些建筑企业更注重视觉感受，导致建筑工程中存在结构设计上的问题，当建筑结构与规定的标准存在不符合的现象，就会导致一些安全隐患的存在，建筑质量得不到保证，安全风险大[2]。

2.5 设计人员专业水平不高

在高层建筑结构设计上，由于有些设计人员缺乏专业的知识和一定的工作经验，在实际的工作中不能明确工作的重点，所以在高层建筑结构设计中就容易出现一些问题，尤其是在一些规模相对较小的设计公司来说，有些设计人员根本没有实践经验，设计过程非常依赖相关设计软件，这样对于施工现场中的一些技术难点等问题，不能以专业的知识及经验进行解决，从而造成一些技术隐患。

2.6 抗震设计问题

对于高层建筑结构设计中的抗震设计，容易出现结构抗震设计不充分的情况，由于我国的地震带在各地存在不同等级的分布，有些未处于地震带上的地区对于建筑抗震设计就会有所忽略，这也是我国部分地区对建筑结构抗震设计不能引起重视的原因。此外，建筑结构的抗震能力是经过承载力与变形能力两者决定的，设计人员需要综合考虑建筑竖向荷载、风荷载等方面，提高建筑整体的抗震能力[3]。

3 高层建筑结构设计对策

3.1 优化高层建筑结构设计方案

相应的设计人员应在设计之前对高层建筑项目进行全方位的分析和评估，明确建筑结构的性能和需求，在共同的讨论之后，再开始设计各项内容。而且在设计出初始的大致方案后，还要进行新一轮的商讨，尤其是对于设计中存在的不足之处，应在专业的建议下进行调整和改正，避免由于个人的原因造成的失误，从而确保高层建筑结构设计方案的合理性。对于高层建筑结构设计的整体方案，其中的各项数据和参数指标，必须要符合相应的标准，满足结构的需求。此外，设计方案的制定也要考虑到后续的施工，保证制定的方案合理可行。

3.2 严格控制建筑物超高问题

针对高层建筑超高问题，我国曾颁布了一系列相关规定和制度，严格控制建筑物存在超高问题。在建筑规范中，对于高层建筑的高度具有一定的限制，而且对于不同等级高度的限制能够经过细化，增设高度等级。在这样的规范下，我国各地对于高层建筑高度建设上具有明确的规范，进一步改进和完善了高层建筑结构设计的方法。同时，由于规范中对于建筑物高度的限制作用，相关的建筑企业在对高层建筑的结构设计上应具有一定的重视，严格控制建筑物超高的现象，一旦出现问题，要及时结合设计图纸对建筑物高度进行新一轮的论证，避免对后续的施工存在影响[4]。

3.3 短肢剪力墙问题的解决措施

短肢剪力墙是指在截面厚度小于等于300mm，而且截面高度与截面厚度之间的比例为大于4，小于等于8的剪力墙。短肢剪力墙的设置与建筑物抗震设计有关，在进行相关的设计时，短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩应小于结构总底部地震倾覆力矩的一半。为提高高层建筑物的安全性，设计人员应尽量少用或不采用短肢剪力墙。

3.4 优化高层建筑结构体系

对于高层建筑工程施工来说，结构设计是非常重要的一部分，为提高建筑工程的质量，促使高层建筑结构设计更加具有科学性和合理性，对此，在进行建筑结构设计时，应严格按照相应的建筑规定进行施工，对于建筑结构设计体系要加强对现代化先进技术的应用，尤其是对于建筑结构中的承重及抗震设计，要起到充分的重视，在设计的过程中要结合建筑施工材料进行实际的分析，从而确保建筑结构具有安全性和稳定性。除此之外，对于高层建筑自身具有的缺陷要引起重视，比如沉降和温度收缩问题，都会对高层建筑的整体产生影响，设计人员要针对不同的问题进行具体分析，采取有效的措施解决。同时要加强建筑结构平面方案的设计的合理性，避免由于设计不合理造成建筑物出现结构设计上的问题，根据实际的情况采取合适的结构[5]。

3.5 提高设计人员的专业水平

而对于高层建筑结构设计中涵盖的内容比较广泛，工作内容相对比较复杂，这就要求相应的设计人员能够在相互合作和配合的情况下共同完成，但由于每个设计人员的综合素质不同，导致最后对于高层建筑结构设计方案存在不合理的现象，严重的影响后续施工。所以，这就需要设计人员具有专业知识和时间实践经验，具有专业素养及业务能力，还要对施工相关的质量标准以及政策法规能够做到熟知和掌握，这样才能做好高层建筑结构设计工作，保证设计工作能够满足高层建筑各项要求，合理制定结构设计方案，从而保证实际的施工项目建设开展尽可能不受到大的影响并且能够在规定的工期内顺利地完成。因此，建筑企业应注重高层建结构设计的专业人才引进，逐渐增强建筑企业结构设计方面人才的队伍建设，对于人才的任用要多方面考量应聘人员的综合水平，包括专业知识考核、实践经验、相关资格证书等进行评估。对于企业内部的人员要定期进行培训，并为此制定严格的规章制度，提高专业人员的综合素质和专业水平不断地提升，做好高层建筑结构设计方面的工作。此外，为促进专业人才能够更好地开展工作，提高对工作的积极态度，企业可以为其制定相应的奖惩机制，提高福利待遇，从而帮助建筑企业在现阶段及未来发展的工程中能够在激烈的市场当中提升建筑企业的竞争力，在市场中站稳脚跟。

3.6 做好高层建筑的抗震设计

在高层建筑的结构设计中，相关的设计人员要尤其注重高层建筑的抗震设计，尤其是对于一些处于地震高发区的地区内，对于建筑的抗震设计必须具有足够的重视，进行严格的地震作用计算，按照实际情况进行后续的施工。对于那些处于非地震区的地区，也不能忽视建筑物的抗震设计。在抗震设计上，要准确把握高层建筑抗震设计的控制要点，在具体的设计中要从合理设计抗震结构、选择优质的建筑材料、合理设计抗震防线三个方面进行设计。首先，对于合理设计抗震结构上，我国针对高层建筑的抗震结构常见的类型有框筒体系、支撑体系及筒中筒与框架体系、钢结构体系。其中钢结构体系由于能够进一步增强建筑物的抗震能力，其应用比较广泛；对于建筑材料的选择，优质的建筑材料可以提高建筑的抗震性能，所以，对于材料的选择上，要尽量符合抗震设计，做好对建筑物延性的把控；对于抗震防线的设计，可以增加建筑物的抵抗力，从而提高抗震能力。对此，可以在建筑物中设置多肢节和框架式的结构来提升抗震能力。一旦发生地震，地震防线就可以发挥作用，从而有效地避免建筑物出现倒塌或严重破坏的情况发生。

3.7 满足建筑性能需求

对于高层建筑结构设计中，其涵盖的内容比较多，满足建筑性能需求，是高层建筑结构设计最根本的目标，这样才能保障高层建筑在后续的使用过程中具有一定的安全性和稳定性，达到相应的建设标准。对于高层建筑结构设计中存在建筑结构相应应力处理、牢固性、结构分析与计算的问题要进行系统分析，要做到全方面优化，才能保证最终高层建筑结构设计成果，否则就会影响高层建筑出现质量等问题。尤其是在建筑建构分析和计算方面，由于用于计算软件不同，其计算结构存在着不同程度的差异。对于建筑性能指标包括以下几种，第一，是建筑结构的延性设计，要想做好建筑结构设计，必须对建筑延性做好把控，做好延性设计可以更好地应对高层建筑结构变形或出现倒塌等问题，特别是地震等自然灾害的发生，结构设计中的延性和柔性能够保证建筑物不出现大面积倒塌或破坏现象。第二，是建筑结构的水平力，在建筑结构设计上，建筑结构会由于各种荷载或不同荷载之间共同的作用产生水平力，最终会导致建筑由于水平力在水平方向发生移动，所以，为有效地避免这种状况的发生，减少水平力对建筑的影响，要对相同水平面内力学荷载分布情况进行仔细的分析，对结构要点进行把控。设计人员在设计时，必须确保高层建筑具有良好的水平荷载力。第三，是对高层建筑结构设计的稳定性，对此，在进行建筑结构设计时要充分对结构稳定性能进行分析，增强各个环节的控制，从而保证高层建筑的整体建设质量。第四，要确保高层建筑的安全性，在高层建筑结构设计中，设计可以增加安全逃生通道的设计，一旦在高层建筑中发生地震、火灾等发生，处于建筑内的人员能够迅速逃生，尽可能降低灾害导致人员伤亡。

4 结束语

综上所述，高层建筑结构设计中所涉及的问题较多且具有一定的复杂性，建筑行业中的各个企业想要长远发展，就要做好各方面的工作，这是保证建筑工程施工项目顺利进行的关键所在，所以，面对高层建筑结构设计，相关的设计人员必须充分地了解和掌握各个环节中存在的问题或可能发生的意外，对于施工过程的每一个环节都要具有一定的重视程度，根据结构设计的问题，结合实际的情况和自身的专业知识，优化整体结构设计方案，做好各项工作，从而保障高层建筑建筑工程施工项目能够顺利地进行。