高層建筑結構設計階段存在的問題和措施分析

陳茹 冒圣明

摘要：近年來，城市人口的數量正在不斷增加，城市建筑用地緊缺問題日益突出，因此高層建筑結構已經在當前城市建設中得到了非常廣泛的應用。本文主要分析高層建筑結構設計階段存在的問題，并結合高層建筑結構的內在特征尋找行之有效的解決策略，從而進一步促進高層建筑結構設計的不斷優化。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;問題;解決措施

高層建筑能夠有效緩解當前社會城市建筑用地緊缺的問題，從而為人們提供更多的生活和娛樂場所。但是在開展高層建筑結構設計的工作實踐中，仍然有一些現實存在的問題，影響了高層建筑結構的安全性、穩定性、經濟性和實用性。因此相關部門必須對當前高層建筑結構設計階段存在的問題以及具體的優化措施有一個清晰全面的認識，從而為高層建筑各項性能的有效提升奠定堅實的基礎。

一、建筑不規則問題以及優化措施

為了切實優化高層建筑的安全性、合理性、經濟型以及使用性，高層建筑應盡可能滿足簡單規則、門窗上下沖齊以及豎向受力構件上下連續布置等基本要求。但是在當前建筑行業的發展過程中，高層建筑正在呈現出多樣化和個性化的發展趨勢，其建筑平面的復雜程度正在不斷加大。與此同時，為了切實滿足效防要求以及建筑使用要求，工作人員在開展高層建筑設計工作的具體實踐中，其建筑平面會出現不同程度的凹凸或者不規則現象。當該建筑遭受地震災害的侵襲時，凹口位置以及其他薄弱部位的應力就會相對集中，因此更容易出現開裂以及倒塌現象。針對這種情況，設計人員在高層建筑設計的過程中，應盡可能避免凹凸和不規則的設計。如果必須出現凹凸和不規則設計時，應切實優化樓板雙層雙向的配筋，并加大樓板雙層雙向配筋的整體面積，同時增加適宜范圍內的樓板厚度，在凹口的位置設置有效的配筋拉梁，從而進一步提高高層建筑的抗震性能[1]。除此之外，當前高層建筑的外立面造型也更加豐富多樣。在這種情況下，高層建筑結構中可能會存在疊合錯洞墻的不良現象。對于疊合錯洞墻而言，它的應力計算、應力分布以及整體構造均具有較大的復雜性，并且其傳力途徑也較為混亂，這在很大程度上影響了高層建筑結構設計計算結構的準確性和可靠性。針對這種現象，設計人員應根據高層建筑結構的內在特點和使用需求，將疊合錯洞墻轉換為大洞口剪力墻，切實提高洞口的規則程度，并利用加氣混凝土砌塊對門窗洞口的多余部分進行有效填充，從而進一步明確墻肢和連梁的傳力路徑，同時設計人員還可以通過彈性平面有限元的手段開展設計工作和校核工作，從而進一步優化高層建筑結構設計的經濟性和安全性。

二、基礎設計不合理問題以及優化措施

在正常情況下，高層建筑會采用具有良好整體性的基礎形式，該基礎形式主要包括樁基礎、筏板基礎以及處理地基家筏板基礎。科學合理的基礎設計，不僅能夠切實提高上部結構的安全系數，同時還能進一步優化上部結構的傳力途徑。工作人員在開展高層建筑結構基礎設計的具體實踐中，要對地基的整體情況進行全面勘察，并綜合考慮經濟性和可行性等各種因素的影響。在當前社會的發展過程中，建筑用地較為緊缺，因此在開發高層建筑的具體實踐中，一些抗震性能一般或者不利于抗震的土地仍然被用于高層建筑開發建設，軟土、液化土、濕陷性黃土、地下水位較高以及塌陷區等不良地基的應用比例不斷加大，這在很大程度上影響了高層建筑結構的安全性和穩定性，對高層建筑結構的后續施工以及正常使用均有非常不利的影響[2]。因此工作人員在開展高層建筑結構基礎設計的過程中，要對地質勘察報告進行全面分析，并結合自身的施工經驗以及當地的原材料供應，切實優化基礎設計的科學性、合理性、安全性以及經濟性，有效避免基礎設計不合理造成的各種不良現象。與此同時，工作人員在設計過程中也要切實考慮高層建筑的抗震性能，并根據液化土層的實際情況采取行之有效的措施。

三、上部結構模型不合理問題以及優化措施

在開展高層建筑結構設計的工作實踐中，上部結構模型扮演著非常重要的角色，該模型的準確性直接影響著高層建筑結構設計結構的準確性。高層建筑具有一定的系統性和復雜性，如果設計人員對高層建筑的工藝流程缺乏全面的了解，或者設計人員在工作過程中出現一些人為失誤，那么就會導致上部結構模型的科學性和合理性，這在很大程度上影響了高層建筑的安全性和穩定性。與此同時，在高層建筑結構設計軟件操作的過程中，如果設計人員對模型參數缺乏清晰的認識，那么其模型參數可能就會出現輸入錯誤的不良現象。在科學技術快速發展的現代社會，設計人員在開展同一高層建筑結構設計的過程中，可能會使用到多個軟件系統，這些軟件系統的參數規定可能會存在差異，這對設計人員的專業水平和綜合素養提出了更高層次的要求。比如YJK和PKPM兩種軟件在嵌固端參數填寫上就存在著較大的差異，當嵌固端都在基礎頂面上，YJK嵌固端躲在層號填寫為0，PKPM嵌固端所在層號填寫為1，其嵌固部位的選擇存在著不合理現象[3]。在這種情況下，設計人員要將地下室的頂板設置為結構嵌固端，并且其約束邊緣的構件也沒有必要延伸到基礎頂面上。在此過程中，設計人員要根據高層建筑上部結構模型的實際情況，準確判斷地下室頂板是否可以被設置為結構嵌固端。

四、安全隱患問題以及優化措施

高層建筑往往會帶有地下車庫，但是由于各種因素的影響，近年來高層建筑地下車庫垮塌事故頻繁發生，這對人民群眾的生命財產安全造成了巨大的威脅。在開展高層建筑結構施工的具體實踐中，部分使用人員卻大良好的安全意識，將大量的建筑砂土堆積在地下室頂板上，加之部分地區在開展高層建筑施工的過程中會遭遇雨季，導致地下室頂板的實際荷載遠遠超過設計荷載，這在一定程度上增加了高層建筑施工的安全隱患。因此設計人員在開展高層建筑結構設計的工作實踐中，一定要對地下室頂板的堆載荷載進行明確規定，將嚴禁超載進行特別注明，充分考慮綠化消防車施工荷載并設置一定的賦予空間，在施工圖紙上將綠化消防查進行明確標注，同時在技術交底的過程中對這些安全隱患進行再次強調[4]。除此之外，部分甲方單位為了降低高層建筑的施工成本，將地下室的層高進行壓縮，因此該高層建筑地下室的上部并沒有主樓部分，目前這種無梁樓蓋的結構形式深受甲方單位的喜歡和青睞。但是對于這種高層建筑結構而言，它的冗余度相對較低，大量的堆土對導致較大的面外變形，并且該高層建筑結構的抗震性能相對較差，當嵌固端位于地下頂板的位置時，水平方向的地震波會在很大和層度上增加面外變形，從而使其遭受非常嚴重的破壞，進而造成地下車庫垮塌的不良現象。針對這種情況，工作人員在開展高層建筑結構設計的具體實踐中，要在主樓的適宜范圍內應用梁板式結構。當采用無梁樓蓋的結構設計時，設計人員應全面落實各項驗算工作，并根據實際情況做好強化措施。當高層建筑施工現場地下水位相對較高時，設計人員需要根據實際情況進行必要的抗浮設計，并合理抗拔樁、抗浮錨桿以及加大配重等方式。與此同時，設計人員要對停止降水的時間進行明確標注。比如設計人員在進行抗浮計算的過程中，要切實考慮地下室頂板覆土的影響，并在設計中明確標磚必須在地下室頂板覆土施工后應立即停止降水操作，同時設計人員還要在交底過程中對其進行再次強調，從而有效減少施工人員工作疏忽造成的安全隱患[5]。

五、平面系統圖內容不全面問題以及優化措施

在開展高層建筑結構設計的具體實踐中，平面系統內容不全面主要表現在以下幾個方面：其一，部分立管未能有效設置編號，而是用建筑軸線號來代替編號。其二，部分供暖平臺圖未能標注水平干管的管徑以及定位尺寸。其三，部分通風空調平面圖未能標準設備編號和定位尺寸。其四，部分公共建筑設計未能完成廚房通風以及供暖工作。針對這種情況，設計人員必須結合高層建筑結構的使用需求，切實提高自身的專業水平和職業素養，不斷完善平面系統圖的相關內容，從而進一步優化高層建筑結構的整體設計，為后續施工的高效開展提供良好的先決條件。

結語：

目前，高層建筑結構設計階段存在的問題主要包括建筑不規則問題、基礎設計不合理問題、上部結構模型不合理問題、安全隱患問題以及平面系統圖內容不全面問題等多個方面，這些問題在很大程度上影響了高層建筑結構的安全性和穩定性，并且還可能會降低高層建筑結構的經濟效益和社會效益。因此設計人員在開展高層建筑結構設計的過程中，一定要對這些問題進行深入分析，并根據分析結果尋找行之有效的解決措施，從而將高層建筑結構的隱患問題扼殺在萌芽狀態。

參考文獻：

[1]朱粟郁.高層建筑結構設計存在的問題及優化措施分析[J].工程建設與設計，2020（22）：22-23.

[2]岳鈺杰.高層建筑結構設計階段存在的問題分析及對策[J].居舍，2020（23）：121-122.

[3]朱昀.高層建筑結構設計中不規則問題與抗震措施分析[J].住宅與房地產，2020（05）：70.

[4]朱興福.高層建筑結構設計優化措施分析[J].門窗，2019（11）：112.

[5]熊航.當前高層建筑結構設計中的問題及其優化措施分析[J].四川水泥，2017（10）：93.