高層建筑結構設計的問題及對策

賀新哲

十堰市建筑設計研究院 湖北十堰 442000

經濟的發展、人口的增多，都在逐漸侵蝕著土地資源，人類與土地資源的矛盾日益增加。現階段，在有限的土地資源中，對土地的利用及規劃成為首要任務，能夠更好的解決土地資源短缺問題。住宅用地占據較大比重，加大居民建筑樓層高度，能夠在有限的土地上，增加土地使用人口數量，提高土地利用率。同時，高層建筑所包含的設計藝術、結構建造等較為復雜，對于建筑行業施工水平提出挑戰。為保證高層建筑的安全性，建筑行業需要不斷提升建筑質量，并對周邊及未來用戶負責。因此，高層建筑的設計以及規劃工作成為建筑行業所必須要面對的重點問題。

1 建筑結構設計概述

首先，建筑結構設計就是利用結構語言來描述建筑師和其他專業工程師需要表達的東西。結構語言指的是建筑師從建筑和其他專業圖紙中提取的結構元素，主要氛圍建筑基礎、墻體、梁柱、樓梯等。接著把這些結構元素匯集起來構成建筑物的結構體系[1]。因此，結構設計內容可以分為基礎設計、上部結構設計以及細節部分設計三方面內容。

其次，建筑結構設計步驟主要分為：結構方案、結構計算以及施工圖設計。結構方案的制定需要綜合考慮各方面因素，主要是根據建筑物的重要性，巖土工程地質勘察報告，建筑場地的類型與建筑物的整體高度、層數等進行的。結構計算主要分為荷載計算、構件計算、內力計算以及構件的驗算四方面。荷載計算分為外部和內部荷載兩種形式，荷載計算需要根據荷載標準使用不同的組合值系數以及標準永久值系數等不同施工情況下的組合計算。構件計算，通過計算出的荷載值，構造措施需求，使用標準和各種計算手冊上推薦的試算方法初步判斷構件的截面。內力計算是需要結合構件截面以及荷載值來進行，例如剪力、軸心力等。構件的驗算是通過計算出的結構內力和標準對構件的要求進行復核結構試算的構件是否滿足標準。施工圖繪制是在上述方案設計、計算完成之后確定的。

2 高層建筑結構設計優化措施

2.1 消防結構設計優化

首先，加強防火間距設計的合理性。防火間距的長短對于防火效果有著直接影響。對于高層建筑結構設計來說，防火間距要避免過長，以免阻礙應急處理措施的落實，降低防火效果[2]。而防火間距過小則會造成費用的浪費及防火器材利用率低下等問題。針對不同形式的高層建筑，國家有相應的國定標準，必須嚴格執行。

其次，安全疏散通道設計。安全疏散通道的設計要保證其合理性，且在條件允許情況下，盡可能保持2條以上的安全疏散通道，從而提高火災發生時人員疏散效率，減少傷亡的產生。在安全疏散通道內還要設置排煙系統，隔絕濃煙侵襲。

最后，按照高層建筑結構特征，設置防火層、防火墻等設施。

2.2 抗震結構設計的優化

抗震結構設計的優化可以從四方面來實現，一是科學選址。高層建筑的選址需要做好前期勘察作業，了解區域的地質情況，地殼運行狀態以及地質結構特征等內容，保證建筑基礎結構的穩定性，減少沉降等問題的產生。二是建立有限元模型。該模型的建立主要是幫助設計人員分析高層建筑的抗震性能，加強各項數據指標的準確性，從而提升建筑的抗震等級，增強建筑結構承載能力。三是合理應用減隔震設計。在對重要建筑、超高建筑結構設計中，可通過減隔震設計來提升抗震水平。利用減隔震支座、阻尼器等設備，完善結構的橫向抗震性能，延長結構的自振周期，避免與地震災害產生共振現象。四是選擇合適的結構形式。根據建筑功能性合理選擇結構形式，增強其穩定性，增大抗扭能力。

2.3 選擇合適的建筑結構方案和類型

不管是開展哪一種建筑物的設計與建造，都要為其選擇一種合適的建筑結構方案和類型。復雜高層和超高層建筑的設計方案選擇具有復雜性和特殊性，必須立足實際情況，進行實地考察研究，根據所得的數據進行分析，才能選擇出一種合適的建筑結構方案和類型[3]。在選擇建筑結構方案時，一定要深入實地考察，立足于實際情況，結合專業知識再去確認建筑結構方案。我國雖然土地資源遼闊，可地區與地區之間存在相當大的差異，真正能適合復雜高層與超高層建筑的地方并不多。在開展復雜高層與超高層建筑時，要確定建筑結構類型，對當地地基進行全面分析，判斷此地基是否適合建設復雜高層和超高層建筑。根據地基的實際情況，選擇相應的施工機械與建筑材料，還可以有效的減少工程的成本造價，以便于發揮更好的資金利用。

2.4 加強屋面梁配筋設計

建筑結構設計當中，必須控制好配筋率，保證建筑結構設計的含鋼量。由于設計過程當中設計人員簡化工作流程，致使屋面梁配筋數量出現較大差異，最終引發裂縫問題。因此，設計人員應該加強配筋設計工作，對于受扭屋面梁腰筋不足，梁腹板高度高于450mm的時候，需要增設腰筋，并保證距離小于200mm，拉金鉤接，才能使鋼筋骨架的剛度得到保證，避免梁腹產生裂縫。另外，做好樓層平面剛度設計工作。要想保證程序計算的結果都能反映建筑結構的真實受力情況，避免誤差，設計過程當中應該盡量把樓層設計為剛性樓面。

3 結語

綜上所述，通過對這些設計內容的探討，有利于提高高層建筑中建筑設計效率及質量，避免引發這方面的設計問題，且能為高層建筑作業計劃實施中提供有效支持。因此，未來在提升高層建筑建設水平、保持其良好建設狀況的過程中，應重視與之相關的建筑設計，并將針對性強的設計工作落實到位，使得相應設計方案支持下的高層建筑施工作業得以高效開展。