分析建筑結構設計中問題及其對策

唐英杰

摘要：高層建筑的快速發展使得房屋結構形式越來越復雜，設計手段不斷地更新變化。因此，對高層建筑結構設計相關問題進行探討具有重要意義。本文首先分析了高層建筑結構的設計特點，其后就高層建筑結構設計相關問題及對策進行了具體的探討。

關鍵詞：高層建筑結構設計；問題；對策

1 高層建筑結構設計存在的問題與對策

1.1 消防結構設計問題

①由于高層建筑存在結構復雜、功能需求多樣的特點，導致其消防結構設計也相對更為復雜；②因為高層建筑中使用的材料多為可燃性材料，從而對高層建筑的火災情況帶來了一定的隱患。同時，因為高層建筑中還具有風力大、空氣流動強的特點，一旦出現火災則很可能造成更為嚴重的災害。另外，由于高層建筑樓層較多，在對其結構設計的過程中也都將其設計為垂直形態，而在這中形態之中一旦發生火災，那么對居民疏散則需要更多的時間，這也為高層建筑的消防問題帶來了威脅。

1.2 扭轉問題

結構質量中心、剛度中心、幾何中心是建筑結構設計中的建筑三心，建筑三心合一是結構設計過程中的重要目標。然而，在高層建筑結構設計中，三心存在著扭曲現象，設計過程中無法實現三心的真正合一，進而在水平壓力的影響下，高層建筑產生扭轉震動的情況，給高層建筑的安全帶來巨大的隱患。

1.3 抗震結構設計的問題

在高層建筑的結構設計中，其抗震設計意義重大。我國是一個地震多發的國家，若是建筑抗震結構設計不到位，就會對使用者的生命財產安全產生巨大的威脅。特別是對于高層建筑而言，其在地震發生過程中存在諸多不確定的因素，而在目前建筑結構設計的過程中，也沒有對當地震發生時如何有效地進行避震以及其可能帶來的破壞性進行足夠的考慮。而如果在設計的過程中沒有對高層建筑的相關抗震數據較為精確的分析，且不能夠根據地震發生原理為依據進行相應的設計，則很有可能由于高層建筑抗震性能的不足而存在一定的安全隱患。

1.4 抗風結構設計問題

因為高層建筑的高度問題，使得其抗風結構的設計具有重要意義。風速大小與高度有關，一般近地面處的風速較小，愈向上風速逐步加大。風速沿高度的變化規律一般用指數函數表示，即

Vz= VH（Z/H）α

式中：H、VH———分別為標準高度（例如 10m）及該處的平均風速；

α———地面粗糙度系數；地表粗糙程度愈大，α值則愈大。

通過上式可以表明，高層建筑因為自身高度原因，其所受到的風壓也更大，其建筑物周圍的風會在一定作用之下對建筑產生一種類似于振動的效果，并使其承受相當的荷載力，從而使建筑的自身安全受到威脅，嚴重的還會使建筑主體結構被破壞、墻體斷裂等現象的出現。

2 高層建筑結構設計問題的解決對策

2.1 優化消防結構設計

在高層建筑結構的設計中注意防火是很關鍵的。首先，防火間距要合理，設計人員在進行設計時，要按照相關規定進行操作，精確地測出建筑物之間的實際距離。然后，對于設計要因地制宜，防火結構一定要符合實際的地形情況。除此之外還有安全疏散通道的設計也很重要。一般而言，安全疏散通道應該進行垂直結構設計，而且盡量多設計幾條，利于慌亂人群的疏散。安全疏散通道中一定要設計防煙區，避免煙霧將疏散的人群嗆暈。設計人員可以使用分隔式的設計，可以更好地控制火勢和煙霧的蔓延。另外，防火門、防火墻以及其他防火設備等也需要設計人員注意。

2.2 扭轉問題優化設計

為了防止建筑物由于水平荷載的作用而出現扭轉破壞，必須在進行結構設計的過程中，選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。在某些情況下，由于城市規劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡單平面形式。當需要采用不規則一字形、T字形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規范允許的范圍之內。在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態。

2.3 優化抗震結構設計

抗震性能直接決定了建筑物的安全性能，對于高層建筑來說尤為如此，這就需要我們通過對以往的抗震結構設計進行一定的優化：

（1）選擇具有抗震優勢的場地：①避開危險地帶（例如：斷裂帶等）；②不得將同一結構單元的基礎設置于性質截然不同的地基上，若是無法避開，則必須充分考慮到不同土層差異運動的影響，并使用局部深基礎，使整個建筑物的基礎落在同一上層上；③同一結構單元部分不得部分采取天然地基、部分采取樁基，可采取設置沉降縫的方法，將其分為兩個單元；④若是地基是軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻土層時，應估計地震時地基不均勻沉降或其他不利影響，并采取相應措施，基礎應加強其整體性和剛性。

（2）加強建筑結構的規則性，科學設置抗側力構件的位置，從而使其能夠具有更為合理的承載力分布體系。同時由于垂直方向結構的關系，則應當進一步增強其構件的強度以及剛度，從而使其得到更為連續的穩定性。同時，還應當對建筑結構平面進行簡化，減少相關的平面布置，從而通過合理的施工設計使地基的強度以及剛度得到增強。同時，提高建筑結構承重構件的抗側力，并盡可能滿足其承載力所需的延續性，從而使建筑的抗震能力得到提高。

（3）重點考慮剪力墻截面問題，在進行高層建筑結構設計時，應采取連續梁的方法構成一套具有更好延續性的結構體系，沿梁全長頂面和底面均應配置一定直徑的鋼筋：一、二級抗震，鋼筋直徑≥14mm；三、四級抗震，鋼筋直徑≥12mm。

（4）應當保證簡體構件具有對稱的布置狀態以及良好的完整性，并使筒角內壁同洞口之間保持適當的間距并增加其厚度，從而使建筑底部結構能夠更好地滿足抗震需求。

2.4 優化抗風結構設計

在高層建筑的設計中，其建筑的抗風性應注意以下幾點：①具有良好的結構穩定性。這就需要在建設的過程中保證選擇級配比較高的砂石，并對材料回填過程的密實程度進行保證，從而保證建筑在水平作用力施壓下不會出現傾覆性趨向。

另外則應當在持力層底部設置相應的抗拔錨桿，從而能夠通過相關的鉆孔、安裝以及注漿一系列工作使錨桿的功能得到增強，并使其抗拔強度得到保障。②在對建筑非承重構件設計的過程中，還應當通過對耗能減震系統良好的利用使風力對于建筑的影響得到降低。在這個系統中，主要以樓板、剪力墻以及耗能支撐等部件所組成，并保證能將這種減震系統設置在合理的位置中，從而使耗能減震的作用得到加強。③由于高層建筑往往面臨較大的風壓，在這種強大風壓的作用之下也會對建筑結構構件的內力得到提高，而一旦這種壓力超出了其所能承受的最大值，就會使風荷載同水平力之間出現重疊問題，從而對建筑整體造成結構性破壞。所以就應當對風壓較高的位置進行加固，首先應當對建筑實際風壓作用力的大小進行分析，如下式所示為風荷載標準值的計算公式，同時對建筑土壓力進行控制，并在此基礎上對建筑的水平荷載內力進行加強：

Wk=βZμSμZW0

式中：W0———基本風壓值；

μZ———風壓高度變化系數；

μS———風載體形系數；

βZ———風振系數。

3、結語

總而言之，高層建筑結構設計作為一個復雜性、技術性、綜合性的工作，對于高層建筑的發展有著重要的指導意義。隨著科技的發展，高層建筑結構設計的要求也越來越高。在實際工作中，必須根據高層建筑的構造特點，所遇的問題不同就需要用不同的方法來解決。

參考文獻：

[1]余甫.淺析高層建筑結構設計中面對的相關問題[J].中國科技博覽，2012（34）：630.

[2]王鳳.高層建筑結構設計等相關技術問題淺析[J].建筑知識：學術刊，2012（11）：55.

[3]張瑞家.高層建筑結構設計常見的問題分析[J].山東工業技術，2014（2）：125.

[4]陳晨.高層建筑結構設計與具體問題分析[J].城市建筑，2013（12）：51.