高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題及優(yōu)化措施分析

朱粟郁

（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200070）

1 引言

盡管我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起步相對較晚，但近年來，我國各大城市高層建筑數(shù)量倍增，甚至出現(xiàn)了很多超高層建筑。在高層建筑中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，對高層建筑的使用質(zhì)量與使用壽命有決定性影響。由于業(yè)主對建筑的設(shè)計(jì)與功能的要求不斷提高，無形中對高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員也提出了更高的要求。唯有妥善解決高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的常見問題，才可以提高高層建筑的建設(shè)質(zhì)量，并為高層建筑結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)與使用安全提供保障。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題

2.1 扭轉(zhuǎn)問題

建筑“三心”主要指建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、結(jié)構(gòu)重心及剛度中心，“三心合一”時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性最強(qiáng)。然而由于受到地基形狀與建筑功能要求等因素的影響，在許多情況下，建筑體型是不規(guī)則的，設(shè)計(jì)中也難以實(shí)現(xiàn)“三心合一”，致使建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問題，進(jìn)而影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1]。

2.2 抗風(fēng)問題

因?yàn)楦邔咏ㄖ臉菍虞^多并且高度較高，所以，相對其他建筑，高層建筑更容易改變風(fēng)的流動性與空氣的動力效應(yīng)。由于建筑的剛架結(jié)構(gòu)以及玻璃幕墻等柔性結(jié)構(gòu)的剛度較小，在風(fēng)荷載較大的情況下，很容易破壞建筑物的墻體、裝飾結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)，降低建筑物的穩(wěn)定性。因此，進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)，防止建筑物受自然因素的影響而存在隱患[2]。

2.3 抗震問題

高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直以來都是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)。因?yàn)榈卣饘儆谧匀灰蛩?，而每個(gè)地區(qū)的抗震設(shè)防烈度不同，計(jì)算得出的數(shù)據(jù)也并不是所有地區(qū)都適用，并且計(jì)算地震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，存在許多不確定性因素，加之一些設(shè)計(jì)人員的靈活性不足，不能很好地完善抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.4 消防問題

針對高層建筑結(jié)構(gòu)消防設(shè)計(jì)，在我國相關(guān)規(guī)范中有明確規(guī)定。由于高層建筑樓層比較多，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，高層建筑難以疏散住戶，對控制火勢不利，并且排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度大等，都是高層建筑防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)急需攻克的問題[3]。

3 高程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題的優(yōu)化措施

3.1 科學(xué)設(shè)計(jì)建筑平面

針對高層建筑結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)問題，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)以地基具體形狀和建筑物功能需要等為依據(jù)，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)建筑物外形，盡可能采取長方形、圓形等相對常規(guī)的建筑平面，提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.2 提高建筑抗風(fēng)荷載作用的能力

為了使高層建筑抗風(fēng)構(gòu)件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的牢固性符合要求，對高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分做好以下工作：（1）優(yōu)化基礎(chǔ)，只有高層建筑的基礎(chǔ)部分穩(wěn)定性較強(qiáng)，才能保證高層建筑上部分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。因此，明確混凝土的級配標(biāo)準(zhǔn)成為高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)最基本的工作。應(yīng)盡可能購買高級配的砂石，增加基礎(chǔ)持力層厚度，加設(shè)抗拔的錨桿構(gòu)件，加強(qiáng)基礎(chǔ)的牢固性。（2）通過改變建筑的輪廓設(shè)計(jì)、投影面積和高度，改變區(qū)域建筑布局，以及種植綠植等改變風(fēng)荷載的強(qiáng)度和方向等，削弱風(fēng)荷載對建筑的作用。

3.3 重視抗震設(shè)計(jì)

為滿足高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震要求，可以采取以下3方面的措施：首先是針對高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理布置抗側(cè)力構(gòu)件，合理布置高層建筑內(nèi)部水平方向的構(gòu)件，在水平方向形成應(yīng)力分布系統(tǒng)，提高高層建筑結(jié)構(gòu)受力的連續(xù)性和均勻性。其次是提高地基的抗震能力?？梢酝ㄟ^加深高層建筑樁基深度，從而提高建筑的抗傾覆能力和基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。最后是優(yōu)化建筑的承重結(jié)構(gòu)，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)。在地震災(zāi)害中，剪力墻可以吸收下部結(jié)構(gòu)傳遞的地震能量而先被破壞，框架結(jié)構(gòu)繼續(xù)支撐上部結(jié)構(gòu)，形成了抵御地震作用的二道防線，可以有效降低高層建筑損毀程度[4]。另外，高層建筑內(nèi)部還需要適當(dāng)提高墻體與樓板的剛度，從而有效避免建筑位移問題。

3.4 加強(qiáng)消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦出現(xiàn)火災(zāi)，建筑使用者的人身安全與財(cái)產(chǎn)安全會受到嚴(yán)重的威脅。為此，必須重視高層建筑的防火設(shè)計(jì)。首先，應(yīng)合理設(shè)計(jì)防火間距。設(shè)計(jì)人員需要依照相關(guān)規(guī)定準(zhǔn)確測量建筑物間的實(shí)際距離，需要注意的是，相鄰兩建筑之間的最佳防火間距應(yīng)按建筑外墻間的最小距離進(jìn)行計(jì)算，若外墻包含凸出的易燃構(gòu)件，應(yīng)從該構(gòu)件外緣算起。另外，還必須設(shè)計(jì)安全疏散通道。通常情況下，需要盡可能多地設(shè)計(jì)幾條便于人們疏散的安全通道。為加速煙霧擴(kuò)散，安全疏散通道必須設(shè)計(jì)防煙區(qū)[3]。對此，設(shè)計(jì)人員可以采取分割式設(shè)計(jì)，以有效控制火勢與煙霧的蔓延速度。

4 結(jié)語

總之，相對其他建筑，高層建筑結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)更加全面地考慮各方面的影響因素。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要充分了解高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特征，遵循高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，善于發(fā)現(xiàn)并采取有效措施解決問題，防止出現(xiàn)質(zhì)量或安全問題。高層建筑的安全性是重中之重，所以，設(shè)計(jì)人員不僅需要提高本身的專業(yè)能力，還應(yīng)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行創(chuàng)新突破，推進(jìn)我國建筑行業(yè)的長期、穩(wěn)定發(fā)展。