高層建筑結構設計問題及對策分析

周 勁

高層建筑結構的設計，要做好全面的把控，提出高質量的設計方案，保障建筑結構性能達標。設計工作的開展，從多個方面入手，做好結構水平力和穩定性等指標的把控，優化結構設計，為建筑施工提供高質量方案。

1 高層建筑結構特征

高層建筑最為明顯的特征就是高度較高，這使得建筑結構會受到水平、豎直等方向傳來的荷載，且在抗震等級上也有著較高要求。對于高層建筑來說，中低檔位置受到風力和荷載的影響相對較小，但是隨著高度的增加，其受到風力和荷載的影響也將逐漸增大，進而產生一定的剪切力，在外界不良因素的影響下，導致建筑結構出現不同程度的位移，降低建筑安全性。所以在高層建筑結構設計中，需要綜合考量多方面因素，以加強設計的合理性、科學性。

2 高層建筑結構設計中應該遵循的原則

2.1 結構方案的優良

高層建筑結構設計過程中，要求保證建筑設計的可行性和經濟性，具體的設計方案要合理，同時結構體系和結構形式要更具可行性。在同一結構設計單元中，盡量避免出現多種類型的結構設計體系，結構體系受力要明確，并深入分析各種可能的影響因素。針對于結構方案中的一些重要問題要加強與專業設計人員進行溝通，以此來保證高層建筑結構設計方案的合理性。

2.2 注重設計協調性

建筑空間布局與人們的正常使用有著緊密的聯系，協調性是提高建筑使用舒適度的一個重要話題，如果建筑與房屋立體結構、平面設計之間缺乏關聯性，那么建筑內部構造也就變得雜亂無章，在這種情況下設計人員須重視相互之間的影響，提高空間利用效率，在布局上展現更多的功能價值，實現全局協同的效果。如在進行墻體設計時應考慮內部空間布局下用戶的生活需求，墻體與立柱位置需進行人性化設計，整個結構給人一種簡單、舒適的設計思想，并實現立體、平面布局的協調性。

2.3 計算簡圖的合理性

計算簡圖對于高層建筑結構具有極為重要的意義，其直接關系到高層建筑結構的計算公式及結構構造方式。因此在結構設計時如果選擇的計算簡圖不恰當，必然會對高層建筑結構的安全性帶來較大的影響。因此在針對于高層建筑結構設計時，需要保證計算簡圖的合理性和準確性，這樣才能確保高層建筑結構的安全性。在具體選擇計算簡圖時，需要保證誤差在可控范圍內，從而為高層建筑施工質量起到重要的保障作用。

3 高層建筑結構設計中的問題

3.1 消防結構設計問題

高層建筑裝修中使用的可燃性材料相對較多，這為火災事故的發生創造了條件。受到高層建筑自身結構特征的限制，消防結構在設計中存在一定的復雜性，消防系統的運行存在諸多阻礙；高層建筑中隨著層高的增加，受到的風力也就越大，空氣流通速度較快，一旦發生火災，上層建筑的火勢會快速蔓延，威脅人們的生命財產安全；對于高層建筑來說，在火災發生時，電梯等設施無法正常使用，且建筑內部人員數量眾多，這為人員疏散帶來了困難，再加上很多消防設施的高度無法滿足高層建筑需求，救援工作的開展受到阻礙，導致傷亡和損失的增大。

3.2 地基設計存在問題

地基設計需要以所處地形為依據進行，確保地基能夠契合地形[3]。現階段，很多結構設計在地基方面并不合理，與所處地形間差異較大，嚴重阻礙后續施工。同時設計無法契合地形也影響穩定性。很多設計人員是以勘測人員提供的地形資料為導向展開結構設計，因此相較于實際地形可能存有誤差，也可能會忽視與地基相關的細節問題。因此，設計人員不僅需要以地形資料為基礎加以設計，還應考慮實際地形，可以到現場展開考察，從而深入把握地形情況。對于部分可能對設計造成影響的地形加以重點考察。

3.3 扭轉問題

扭轉問題的產生主要是由于高層建筑三心設計存在偏離，導致建筑結構在水平力影響下出現不同程度的扭曲震動，降低建筑安全性。高層建筑的三心指的是質量中心、剛度中心和幾何中心這三項。所以在建筑結構設計中，要對三心進行合理把控和計算，減少偏差的產生。

4 高層建筑結構設計問題的解決策略

4.1 合理計算與應用計算簡圖

在高層建筑結構設計中，需要以計算簡圖的計算作為重要依據。由于在結構設計中會涉及到配筋率、構件尺寸及建筑物高度等問題，這些問題都離不開準確的計算，在實際計算過程中還需要合理選擇計算簡圖，以此來保證計算模型或是計算簡圖能夠與實際工程狀況相符。對于高層建筑而言，其對于結構荷載承受力、抗震能力及其他功能、性能等都具有較高的要求，因此建筑結構設計較為復雜，在實際設計過程中設計人員會受到諸多因素的影響，特別是需要合理計算和應用計算簡圖，從而保證計算過程和計算結果的精準度。

4.2 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。

4.3 施工前需要針對建筑結構做到嚴密設計

設計單位需要將結構設計置于所有設計環節的首要位置。結構設計不僅能夠有效指導建筑施工，對于建筑質量也有著較大影響。因此設計單位需要以實地情況為導向組建專業設計隊伍，在圖紙設計之前做好周密計劃。由于我國地質條件有著較強的復雜性，因此設計隊伍必須結合相關資料與實地考察來明確自然環境，并對地質災害等進行重點考察。對于可能的地質災害需要于圖紙上重點標出。結構設計需要摒棄掉以往“經驗型”的理念，建筑施工各環節均需要根據相關圖紙開展，并預防可能的施工誤差。

4.4 高層鋼筋混凝土建筑上部結構的合理選擇

在高層鋼筋混凝土結構設計中，設計人員應提高對建筑上部結構設計的重視程度，嚴格遵守結構設計規范，合理確定建筑剪力墻結構布局，同時要對建筑梁柱節點的具體剪力強度進行準確的計算分析，從而對結構設計方案加以優化。同時設計人員要充分考慮高層建筑工程的具體功能和用途，既要保證高層建筑上部結構荷載以及連接的穩定性和安全性，又要滿足其功能發揮的實際需要，從而提高高層結構設計的經濟性和實用性。

4.5 合理設計地基與基礎

地基的設計必須要與施工現場的地質條件、地理環境緊密地結合在一起。地基設計過程中要綜合考慮基礎拉梁結構，如通過增加基礎配筋促進拉梁結構與整個地基結構穩定性的提高。地下室設計過程中，設計人員可以采用褥墊處理方法來提升地下室的穩定性，防止地下室出現大面積裂縫。隨著建筑高度不斷增加、高層建筑物不斷增多，地基設計的合理性與科學性顯得越來越重要。地基建設過程中，除了需要對現場地質條件進行綜合考慮外，還必須充分考慮地下水對地基的影響，要根據地下水位的實際情況，優化地基設計。只有這樣才能保證地基設計的合理性，提高鋼筋混凝土高層結構的穩定性。

5 結語

總之，城建進程不斷深入推進了建筑業發展。高層建筑需要重視結構設計對于建筑整體的重要意義。設計單位應明確結構設計伴有的地基、結構搭配、結構縫設計等方面的問題，并針對常見問題總結相關對策。設計單位基于實地情況、建筑要求組織結構設計，確保結構設計在保證質量的前提下，契合多方需求，為推進房屋建設、提升建筑質量夯實基礎。