高層建筑結構優化設計中的問題與對策

呂曉展

摘 要：做好高層建筑結構設計是保障高層建筑安全質量的關鍵舉措。本文結合多年工作實踐經驗，以高層建筑結構設計的基本原則作為切入點，闡述高層建筑結構設計所存在的問題，最后提出優化高層建筑結構設計的具體對策。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;問題;安全質量

隨著我國城鎮化建設步伐的加快，尤其是在城市用地日益緊張的環境下，高層建筑成為現代建筑的主要形式。相比傳統建筑模式，高層建筑不僅施工技術復雜，而且其內部結構要求日益嚴格，因此優化高層結構設計成為現代建筑設計者必須要關注的問題。

一、高層建筑結構設計的基本原則

在高層建筑結構設計時必須要遵循以下原則：一是建筑結構設計前期的預算。高層建筑內部結構比較復雜，在建筑施工前必須要做好計算簡圖設計工作，如果沒有做好前期的簡圖設計會給后期施工帶來巨大影響，甚至會造成高層建筑出現結構設計不合理的問題，影響高層建筑的整體質量;二是選擇恰當精密計算工具。隨著BIM技術在現代建筑領域的應用，在高層建筑結構設計中需要選擇精密的計算工具，以此確定結構形式和豎向構件布置方案。例如在高層建筑結構設計時需要考慮當地的地質條件、施工技術以及建筑材料等因素;三是根據地質報告相關數據選擇合理的基礎形式。高層建筑結構與地基、建筑負荷分布等有很大關系，因此在具體設計時需要合理選擇基礎形式，例如在樁基設計中，需要考慮到負摩阻力系數的取值大小。

二、高層建筑結構設計中所存在的問題

結合多年實踐經驗，雖然基于建筑技術的日益成熟，高層建筑結構設計工藝日益完善，但是我們在看到成效的同時必須要清晰地認識到高層建筑結構設計所存在的問題：一是高層建筑結構設計人員安全意識有待提升。安全意識是高層建筑結構設計的基礎，雖然在各項制度規范下，高層建筑結構設計人員不會出現大的設計問題，但是各種小問題卻層出不窮。由此暴露出建筑結構設計人員在安全意識控制方面還存在較大的缺陷。例如在高層建筑結構設計時部分工作人員認為細微的缺陷不會對高層建筑的整體質量造成影響，因此其將重點放在主體結構設計上，而忽視了建筑材料等因素對高層建筑結構的間接影響;二是忽視地基與基礎問題方面的設計。高層建筑對地基與基礎設計要求比較高，但是在實踐中由于設計人員的忽視等因素導致在高層結構設計時并未考慮到荷載作用的影響。例如在筏板基礎設計時，設計人員并未考慮到主樓和裙樓范圍內的負載偏心問題，結果導致高層建筑在后期使用中出現局部地基下沉等安全問題;三是超高問題。超高問題是高層建筑結構設計所存在的主要問題，主要是在設計過程中設計人員過度追求高層建筑的整體結構，而忽視了建筑高度對抗震性能的影響。例如根據調查目前在高層住宅項目中，設計人員為了達到預定的抗震要求，滿足項目建設方的要求，其會采取降低室內高度的方式，這樣嚴重影響住宅的舒適度;三是在高層建筑設計中存在扭轉問題。扭轉問題主要是由于在建筑設計中并未重新建筑剛度、整體結構的中心，結果導致在水平方向對建筑施加壓力造成扭轉。

三、解決高層建筑結構設計問題的具體對策

基于高層建筑結構設計中所存在的問題，為了提升高層建筑結構設計的整體質量，我們需要采取以下措施：

1. 提升高層設計人員的安全意識，增強業務能力

為了降低高層建筑結構設計問題，相關部門要加強對設計人員的安全教育培訓，提升他們的業務能力：一是高層建筑結構設計部門要定期組織設計人員開展學習，掌握最新的高層建筑結構設計原理知識。例如基于BIM技術在高層建筑結構設計中的應用，相關部門要及時組織設計人員學習操作BIM系統平臺的技能，以此提升高層建筑結構設計方案水平;二是要加強宣傳教育，提升高層建筑結構設計人員的安全意識。結構設計直接關系高層建筑的整體質量，在當前環境下作為高層建筑結構設計人員必須要樹立較強的安全意識、質量控制意識，以嚴謹的工作態度做好高層建筑結構設計工作。

2. 做好地基基礎設計，準確計算高層建筑的承載力

地基基礎設計是高層建筑結構設計的關鍵內容，針對在高層結構地基基礎設計中所存在的問題，設計人員在設計時必須要考慮到荷載偏心或者筏板埋深等問題。具體就是在筏板基礎的梁板進行配筋時可扣除底板上梁的自重負荷作用，當四角的反力太大時則要對配筋進行加強處理。如果在高層建筑中采取樁基礎，則需要考慮土沉降對樁身產生負摩阻力的影響，為此在設計時可以在樁身上涂抹特殊的材料以此降低負摩阻力對承載力的影響，從而提升高層建筑結構的整體質量。

3. 優化結構豎向構件平面布置方案，有效解決扭轉問題

在設計結構的過程中，需要保證建筑三心最大化重合，也就是三心在同一點。水平壓力的影響下，高層建筑是否會出現較大的扭轉現象，與其自身的質量有著密切的關系。因此在高層建筑結構設計時需要合理布置剪力墻，盡可能簡化高層建筑結構的布局，在建筑平面采用了L形以及T形等不規則、復雜形式時，要對凸出部分進行控制，使其厚度與寬度的比值，能夠在所允許的規定范圍內。當然除此之外還要對高層建筑的高度進行控制，避免高層建筑出現超高現象。

4.注重計算簡圖的應用

在高層建筑物的結構設計期間，為了設計更加精準、科學的配筋，構件的尺寸更好地把控，設計工作人員就要使用計算簡圖。如何獲取精準的測算圖，需要通過運用先進的技術，在建筑行業中大范圍的實施。可以應用CAD 仿真模擬的軟件，來對建筑物內部結構作出優化改進，科學調整建筑結構的參數，這樣才能夠達到最佳設計的目的，保證建筑結構設計更加安全、更加科學、更加高效。

總之，基于城鎮化建設步伐的加快，做好高層建筑結構設計對提升高層建筑施工質量具有重要意義，因此我們要圍繞高層建筑結構設計中所存在的問題入手，及時采取完善的防范措施，以此提升高層建筑結構設計質量。

參考文獻：

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