高層建筑結構設計中存在的問題與解決方法

霍鑫

摘 要：以建筑規模來算，高層建筑在我國建筑總量中占比最大，而一般高層結構都具有復雜性和多變性等特點，這也直接導致了高層建筑結構設計工作成為了高層建筑的難點。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；問題；對策

一、抗風結構設計

（一）高層建筑對風振十分敏感，因此抗風壓成為了高層建筑結構設計的重點任務之一。由于高層建筑本身樓層建筑較高，其對上層風的阻隔作用也就變得十分明顯，風由于高層建筑的阻擋，其空氣動力效應也將隨之改變，會產生對高層建筑的動力荷載。因此，風壓對高層建筑具有較高的危害性，如若風壓過大，也可能會直接導致高層建筑的主體結構承受過大的動力荷載，而遭到損壞，甚至發生墻體裂縫、內外裝飾物脫落等現象。

（二）解決方法

1.抗高壓風設計

高層建筑面臨的高風壓問題一直是高層建筑抗風設計的難點，由于高風壓的作用，風荷載將加大對高層建筑物的內部構件壓力，如果此壓力超出建筑物本身的設計范圍，加之與水平力的相互疊加必然對高層建筑產生結構性破壞。因此，高層建筑承受高壓分的部位一定要進行結構加固設計，根據建筑物具體所在區域的高壓風作用特點，設計不同強度的鋼筋混凝土，增加高層建筑抗高壓風部位的風荷載承受能力。

2.基礎抗風設計

高層建筑抗風結構設計，首先要做到的就是基礎結構設計的穩定性。主要在設計中著重注意兩個方面：一，采用配比級別較高的沙石進行回填，且回填的要做到密實，切記不可留有空隙，防止風壓的水平作用對高層建筑結構的威脅；二，在高層建筑基礎持力層的底部一定要設置抗拔性錨桿，確保建筑整體具有足夠的抗拔強度。

3.耗能減振抗風設計

耗能減震系統是高層建筑抗風優化設計中十分重要的部分，耗能減震系統最大程度上減少了風荷載對高層建筑的威脅，耗能減震系統主要就是由梁柱、樓板、支撐，以及剪力墻等構件共同組成，耗能減震系統就是各個部件采用合理的設計方式，采用具有高粘彈性的材料連接在一起，從而起到綜合性耗能減振的結果。

二、抗震結構設計

（一）高層建筑結構十分復雜，往往在高層建筑中，結構設計人員無法全面的將抗震原理融入建筑結構設計之中。同時地震具有非常發性，高層建筑往往在結構設計上抗震數據分析簡便，抗震系數難以得到保障。如若高層建筑在結構設計中不能夠將地區地震特點融入總體規劃布局之中，并合理設計結構局部，建筑物必將難以抵御地震危害，這對建筑物使用者造成的傷害也是巨大和難以挽回的。

（二）解決方法

1.剪力墻抗震設計

在剪力墻的設計中，要著重注意重點設計增加承重構件的抗側力，必須要滿足對建筑物承載的耗能能力和持續性，從而提高各構件的抗震能力。同時，剪力墻的截面設計也是抗震設計的重點所在：一方面，需要設計中確保剪力墻能夠與連續梁組組成具有較強延續性的結構體系，從而確保樓板抗震剛度；另一方面，需要不斷提高剪力墻結構側面的強度，從而對建筑物水平位移進行控制，防止建筑為因地震導致移位現象的發生。

2.地基抗震設計

高層建筑在地震中的破壞主要來源與地基沉降，如果高層建筑地基出現沉降，其結構必然受到破壞。因此，高層建筑結構設計中，首先要對地基抗震進行針對性的設計。第一，要對建筑物得建筑平面進行簡化設計，盡量減少在陰角部位的布局，將高度不同和形狀不同的建筑物以棟為單位進行分割，從而提高地基的強度和剛度；第二，要將樁箱合理埋置在一定的深度，保持建筑物上部結構和群樁受力的合理分布。

三、消防結構設計

（一）高層建筑必然建筑規模龐大，因此其內部結構必然十分復雜，而為了滿足各種不同的結構施工，必然采用各種各樣的功能性材料，其中高層建筑的大部分材料均具有可燃性，這就大大增加了高層建筑的火災發生可能性，也加重了火災發生后的滅火難度。同時由于上層空氣對流性較強，高空中的風力也十分強勁，一旦高層建筑發生火災，可燃性的建筑材料必然借助風勢越燒越大。此外，高層建筑的疏散線路必然處于垂直狀態，很難以將大量人員及時疏散至地面。再者高層建筑發生火災排煙也成為了一大難題，據相關統計顯示，煙熏的致亡率比直接火燒高出許多。這也為高層建筑消防結構設計必須要嚴格把控，做到萬無一失提出了硬性要求。

（二）解決方法

1.安全疏散設計

高層建筑物安全疏散結構的設計其主要困難，在于解決高層建筑的垂直疏散問題。由于高層建筑物的疏散屬于垂直狀態，而一旦發生火災，電梯又會緊急斷電而無法使用，因此樓梯也就成為了高層建筑的唯一安全疏散通道。所以樓梯必須要具有雙重疏散功能，首先能夠為樓內人群提供快捷的疏散通道，其次還應當具備防煙防火功能，避免在疏散途中對疏散人群造成二次傷害。另外在高層建筑設計中，還應當充分考慮主要可燃物的性質和具體數量，從而推斷出高層建筑一旦發生火災，火災的最大蔓延速度，通過此速度在樓梯間合理設置火災避難室，為無法及時撤離的人們提供避難場所。

2.防火間距設計

高層建筑的防火間距設計，應當根據每棟建筑物之間的相互間距設計，從每棟建筑物外圍最突出的可燃物邊緣作為計算始點，但是由于各個建筑物必然存在位置、功能、火災承受能力、可燃物多少等內在特點，計算方式也可根據建筑物的具體情況靈活掌握。但是防火間距設計中，必須要最大限度的滿足建筑物防火安全要求，尤其是為建筑物排煙留出足夠間距。

四、結語

高層建筑的抗震、抗風和消防結構的設計關系到整個建筑物的安全性和使用壽命，這三個方面也是高層建筑物設計的難點所在，如若存在設計隱患，其后果必然是災難性的。為了最大程度的消除高層建筑在抗震、抗風和消防結構中的設計缺陷。

參考文獻：

[1]胡桂燕.關于高層建筑框架結構設計中常見問題的分析[J].中國高新技術企業.2008

[2]方浩波.高層建筑結構設計中的要點及問題[J].中華建設.2012.07