高层建筑结构设计出现的问题及解决方法研究

■刘青松 ■萍乡市建筑设计院，江西 萍乡 337000

我国向城镇化迈进的同时，高层建筑开始了快速的发展，建筑的类型，规模与功能更加复杂化，在建筑的结构设计中，充分体现出了多样化、理想化的发展优势。建筑结构设计的多样化，不单单是和建筑物的审美价值、功能价值不可分割，还与建筑物本身的安全可靠与舒适性能等各方面性能紧密相关。对建筑结构的设计进行优化、完善等工作，在高层建筑的建设中起到重要作用，对于建筑的综合性能也具有深远影响。

1 高层建筑结构的特点

高层建筑结构在自然的作用下，受到许多因素的影响和考验。高层建筑物最显著的特点就是楼层多，建筑物本身较高。因此，在高层建筑的结构设计中，水平力是决定性因素，侧移是重要的控制指标。

高层建筑物在承受垂直方向产生的重力荷载的同时，还要受到自然风引起的水平方向的压力和自然灾害的影响，比如地震。地震对高层建筑的影响一般较大，对高层建筑结构的承载力有较高的要求。低、多层建筑结构受风荷载的影响较小，但是风荷载对高层建筑的影响很大。对高层建筑产生影响的外界因素主要包括地震灾害和自然风引起的水平方向的荷载。当建筑物增加高度的时候，高层建筑上部将会发生不同程度的摆动位移，并且随建筑高度增加而加大，过大的侧向位移不但影响居住者的舒适度，还会使建筑物的使用寿命与信誉受到影响，甚至对建筑的地基和结构造成破坏。因此，在进行高层建筑结构的设计工作时，设计人员要考虑到建筑由于水平方向载荷引起的侧移，并控制侧移在规定的限度之内。

2 高层建筑结构设计常会出现的问题

高层建筑是建筑行业成熟发展的杰出产物。高层建筑是根据楼层高度来划分的，并因国家不同而异，我国规定的高层建筑是指楼层不少于10层或者按高度计算不低于24m的建筑物。

高层建筑结构设计中出现的问题，对于建筑的可靠性有很大影响。首先是消防方面的问题，这就要考虑消防结构的设计。高层建筑在施工时有一定的繁琐性与困难性，想要保证高层建筑结构功能复杂多样，设计人员就要在功能结构设计方面进行规划。首先在选用功能材料时，为避免或减少火灾情况的发生，工作人员必须选择合适且安全的材料，严禁易燃材料的使用。由于高层建筑自身特点，使得建筑间空气流动性较低，风力较低层建筑更大，因此一旦发生火灾后果将非常严重。除此之外，高层建筑的层数增多时，会延长火灾发生时人员的疏散时间，从而加大了消防设计的难度。一般的消防设计，比如消防门，消防栓，防火墙等结构，在高层建筑结构中是不可或缺的，为了更好的完善建筑的消防结构设计，还要考虑火灾产生的烟气排出处理系统，烟气的排放量直接影响到火灾的蔓延情况。

其次是高层建筑结构设计中的抗震方面的问题。因为抗震结构的设计是整个高层建筑设计中较难实施且相对薄弱的部分，而高层建筑本身具有的复杂性，使得地震一旦发生，就会出现许多不确定因素的影响，和不和估量的破坏，因此建筑结构的设计人员在进行建筑结构设计过程中，绝对不能忽视地震发生所带来的巨大破坏性，必须掌握一定的减震、避震的原理。不仅如此，设计人员在设计过程中必须对抗震参数进行精确的核算分析，确保抗震结构设计的数据无误。高层建筑进行结构设计如忽略地震结构的重要性，将造成建筑结构在抗震设计方面失效，并且降低建筑结构的使用寿命，甚至威胁到高层建筑居民的人身安全和财产安全。

最后是抗风结构设计，在高层建筑的设计中，自然风是不可避免的影响，因此高层建筑的结构设计不得不重视抗风性能。设计人员在进行高层建筑的结构设计时，一定要了解建筑材料的抗压性，尤其是风压带来的载荷。因为高层建筑的楼层较高，虽然可以起到挡风的作用，但当建筑周围的气流发生变化时，建筑间会产生风洞效应，严重时可能导致旁边高层建筑的主体结构破坏、玻璃幕墙因强烈振动破裂、外部挂件掉落和建筑墙体毁坏的现象。这对于高层建筑结构的稳定性以及居住者的人生安全是非常不利的。

3 高层建筑结构设计问题的解决方法

对于以上高层建筑产生的问题，针对消防方面，首先要优化消防结构的设计。为确保建筑居民的人身财产安全，消防设计理念以防为主，也可以设置消防应急措施，确保最大程度的消防安全。消防设计中防火间距很重要，一定要根据相关规范要求进行合理设置。还要根据建筑所在地的地形条件进行设计，以提高该高层建筑与环境的协调性。为了避免火灾发生时产生的人员疏散问题，一定要设置合理的疏散通道、防烟区和紧急避难场所。一要考虑防火墙、防火门和防排烟设备的设计，设计有效合理并且安全可靠的消防结构，以降低高层建筑的破坏程度，保证居住者的人身财产安全。

对于地震方面的设计，主要是要优化抗震结构。抗震问题，在高层建筑结构设计中的地位是不可小觑的。高层建筑本身的高度，使得其建筑要求较高，要优化设计建筑结构的构件位置，使得结构压力均匀分给每个构件，不会出现承压不均而导致地震时的严重破坏。对于非结构构件也要考虑其材料的安全性能。高层建筑的地震结构设计，最重要的是对地基的选择与设计，地基是建筑的根本，一旦发生破坏，上部结构将无所依靠。因此在进行结构设计时，必须重视地基的设计，优化其抗震能力，设计出既节省材料又安全可靠的地基。以确保建筑物有足够的强度和刚度抵抗地震的危害。在确保地基的强度后，还要考虑剪应力的问题，采取强柱弱梁、加强梁柱节点抗震构造措施、设置抗震墙等措施来抵抗水平剪力。建筑物在此基础上还要考虑对称性和稳定性，尽量减少地震灾难的影响。

最后是抗风方面的问题，对策是优化抗风结构。抗风结构设计要综合考虑多种因素，确保建筑物的抗风能力。抗风结构中对其结构进行基础的设计时要保证在风荷载作用下的稳定性。确保地基稳固的重要性不仅在抗震中有所体现，对抗风载也起到重要作用。减振体系在高层建筑中的应用受到广泛欢迎，减震系统可以减少风荷载对建筑物的影响，减振系统的选材将起到巨大作用，因为有些阻尼材料的应用将大大提高高层建筑的抗风能力。要严格按照规范设计抗风结构，采取措施减小风力在建筑物上的叠加和增强，优化结构设计，以减小普遍且危害颇多的风压破坏，为建筑物的安全性能提供安全保证。

4 结束语

在高层建筑进行结构设计时，消防结构、抗震以及抗风结构得到优化后，高层建筑物的使用寿命将有所提高，使居住者能够舒适、安全地享受高层建筑带来的好处。对于高层建筑的结构设计问题仍有待探究，科学合理的按照相关要求进行建筑结构设计具有一定实际意义。

［1］陶忠，张耀春，韩林海等．关于高层建筑结构选型设计的初步探讨［J］．哈尔滨建筑大学学报，2010(33):20 －25．

［2］曾凡柏．探讨高层建筑转换层结构设计中存在的问题［J］．中华民居，2011(11):452－453．