探討高層建筑結構設計的常見問題及解決策略

梁志剛

【摘 要】隨著城市化建設的規模不斷擴大發展，而在城市化建設中高層建筑所占比例最大。本文主要分析研究高層建筑結構設計中的問題，針對消防、抗震以及防風性這三方面，依據這些對高層建筑結構設計過程中經常遇到的問題進行分析并提出相應的應對措施。

【關鍵詞】高層建筑；結構設計；解決措施；方案應用

1 高層建筑結構及其設計中的問題

1.1 高層建筑結構設計中的問題

1.1.1 高層建筑結構設計中的消防結構設計

高層建筑結構因其結構本身特點，決定了建筑結構在進行設計時具有一定的繁復性，而為了保證滿足高層建筑結構復雜多樣功能需求，需要在進行功能結構設計時，選用不同的建筑功能材料，其中所選用的材料多為可燃性材料，這一定程度上增加了火災情況發生的可能性，且高層建筑之間空氣流動性較強，風力大，一旦高層建筑發生火災，極有可能在一定程度上造成火災的擴張。另外，高層建筑的層數越多，在進行建筑結構設計時，應將火災線路設計成垂直形態，在這樣的情況下，高層建筑人員在進行火災疏散時可能會耗費更長時間。因此，在消防結構的設計中，對高層建筑進行排煙結構設計也是關于建筑結構相當重要的方面，在進行設計時，應注意將排煙結構進行合理設計，保證煙氣正常排出，降低火災發生時災情的蔓延。

1.1.2 高層建筑結構設計中的抗震結構設計

在對高層建筑結構進行設計時，其抗震結構始終是整個設計中較難實施也是最為薄弱的環節，因為高層建筑本身的復雜特點以及地震發生時會造成的種種不確定影響，而且建筑結構設計人員在進行建筑結構設計過程中，并沒有充分考慮到地震發生所造成的破壞性以及如何有效避震原理。在設計工作中，設計人員沒有對抗震數據進行精確的研究分析。如果在高層建筑進行結構設計時，不能根據相關地震災害發生的原理進行有效設計，對其進行總體的規劃，可能造成建筑結構在抗震設計方面會缺乏其有效可用性，無一定的靈活性，而且不利于建筑結構的持久耐用性，無法有效保證高層建筑居民的生命健康和財產安全。

1.1.3 高層建筑結構設計中的抗風結構設計

設計師在進行設計建造時，應注意建筑結構的抗風壓性，對其進行有效的設計是結構設計中相當重要的一個方面。一般高層建筑的樓層較高，其建筑結構本身可對風起到較好的擾動作用和阻隔作用，在建筑物周邊流動的風以及空氣在動力作用下發生改變后，會對靜止的高層建筑產生一定的振動作用，尤其造成建筑物一定的動力荷載力，在這種情況下，所存在的風壓會對建筑物的穩定性造成一定的威脅，也可能直接導致高層建筑主體結構受到嚴重破壞，甚至導致玻璃幕墻破裂、裝飾物損壞、墻體發生斷裂等嚴重影響工程質量情況的發生。

2 優化高層建筑結構設計

2.1 優化消防結構設計

高層建筑消防結構設計為有效保證建筑居民的健康生命財產安全，其中設計理念主要為防，同時輔以消防應急應對，共同對建筑結構的消防結構形成一定的防護性：第一，設計合適的防火間距，設計間距應該根據相關規范要求，對建筑物之間距離進行精確計算。同時對防火結構設計要根據具體的地形條件進行設計，因地制宜，同時提高防火措施實施的靈活性；第二，對建筑結構安全疏散通道進行設計，有效解決火災發生時人員無法疏散問題，一般高層建筑的疏散通道為垂直結構，但電梯會在火災發生時斷電不能進行人群疏散，不利于疏散人群。因此在設計時，應該設計多條疏散通道，保證有一定的防煙區，根據具體的地形條件，設計合理的避難場所；第三，分隔式進行設計，可有效控制煙霧以及火勢蔓延，在建筑結構的設計中，應設計防火墻、防火門以及排煙設備，爭取有效的疏散路線，并有效降低建筑遭受破壞程度。

2.2 優化抗震結構設計

在高層建筑結構設計中，不能忽視抗震問題，高層建筑因其自身特點，對功能性要求較高，優化設計內容為：第一，合理規劃建筑結構的構件位置，讓不同構件可承載不同力，并發揮其功能性；第二，對地基進行抗震設計，地震時如地基發生沉降，極易導致建筑結構遭受破壞。因此在進行地基施工建設時，必須對其進行有針對性的設計，通過相應地基設計的調整，簡化建筑平面，分割高度差異以及外部形態差異較大的建筑物，有效提升建筑物的強度和剛度，也可將樁箱深埋，通過施工設計安排，實現地基穩固性；第三，進行剪力墻的結構設計，提高承重結構抗側力，滿足建筑結構一定的耗能能力和承載力的延續性，提高建筑結構的抗震效果，其中抗震結構設計中，對剪力墻進行設計也是相當重要的，在保證結構側面強度同時保證樓板剛度，最大限度對建筑物進行控制其位移；第四，在進行結構受力作用下，對簡體結構進行抗震設計。簡體結構在設計時，應該保證結構的完整性，以及簡體結構位置的對稱性，并對建筑結構的穩定性以及厚度進行科學預算，增強底部的穩固性，有效增強建筑結構的抗震性。

2.3 優化抗風結構設計

抗風結構設計在高層建筑的結構設計中，是最基礎最應考慮到的問題，綜合多種因素，對建筑物的抗風性進行有效設計，保證建筑物最基本的抗風承載力以及水平力，實現抗風結構優化四個步驟：第一，進行基礎設計，保證建筑結構的抗風結構，需要建筑結構具有一定的穩定性，在設計選材時，可選用級配高的砂石，保證建筑結構的填充材料密度，同時可有效防止水平方向上產生對結構傾覆性威脅；同時在結構底部進行設置時，使用抗拔錨桿，提高其應用功能，保證地基的穩固，對風力起到一定抵抗性；第二，設計耗能減振系統，在進行高層建筑結構設計時，可采用耗能減振系統，減少風荷載力對建筑物的作用力，系統的構成主要有樓板、梁柱、剪刀墻、耗能支撐等構成，減振系統的設置選材可使用具有較強粘彈性的阻尼材料，可有效提高減振系統的耗能減振作用；第三，高層建筑結構設計時，應對水平力、風荷載力以及可能發生的荷載力疊加問題進行有效解決。在風荷載力作用下，會給建筑結構內部的構件增加一定的壓力，如果超過建筑物的可承受范圍，就會出現風荷載與水平力發生疊加，嚴重破壞建筑物的穩定性。因此，在進行設計時，可對建筑物受力高風壓區對其進行加固，選材建筑使用高強度的鋼筋混凝土，控制建筑結構構件中的鋼筋含量，減緩水平方向上發生的風荷載與水平力疊加所造成的不利于建筑物的影響力；第四，抗風結構設計中，同時也應提高建筑物的剛度和建筑物的承載力，根據風荷載的復雜性、多變性，對建筑物的風荷載以及承載力進行精確的計算，嚴格按照相關施工規范，對建筑物的抗風結構進行設計。

3 結論

在高層建筑進行結構設計時，應該針對高層建筑的消防、抗震以及抗風性進行有效設計，在設計時，充分考慮這三方面因素，保證建筑物的持久耐用型和安全性。將這三方面設計問題進行有效的綜合，保證建筑物的功能性，從科學的角度出發，對建筑結構中出現的問題進行分析研究，提出科學的切實可行的解決措施對其進行有效防治，可有效保證工程質量、生命健康以及財產安全。

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[責任編輯：薛俊歌]