分析建筑结构设计中问题及其对策

唐英杰

摘要：高层建筑的快速发展使得房屋结构形式越来越复杂，设计手段不断地更新变化。因此，对高层建筑结构设计相关问题进行探讨具有重要意义。本文首先分析了高层建筑结构的设计特点，其后就高层建筑结构设计相关问题及对策进行了具体的探讨。

关键词：高层建筑结构设计；问题；对策

1 高层建筑结构设计存在的问题与对策

1.1 消防结构设计问题

①由于高层建筑存在结构复杂、功能需求多样的特点，导致其消防结构设计也相对更为复杂；②因为高层建筑中使用的材料多为可燃性材料，从而对高层建筑的火灾情况带来了一定的隐患。同时，因为高层建筑中还具有风力大、空气流动强的特点，一旦出现火灾则很可能造成更为严重的灾害。另外，由于高层建筑楼层较多，在对其结构设计的过程中也都将其设计为垂直形态，而在这中形态之中一旦发生火灾，那么对居民疏散则需要更多的时间，这也为高层建筑的消防问题带来了威胁。

1.2 扭转问题

结构质量中心、刚度中心、几何中心是建筑结构设计中的建筑三心，建筑三心合一是结构设计过程中的重要目标。然而，在高层建筑结构设计中，三心存在着扭曲现象，设计过程中无法实现三心的真正合一，进而在水平压力的影响下，高层建筑产生扭转震动的情况，给高层建筑的安全带来巨大的隐患。

1.3 抗震结构设计的问题

在高层建筑的结构设计中，其抗震设计意义重大。我国是一个地震多发的国家，若是建筑抗震结构设计不到位，就会对使用者的生命财产安全产生巨大的威胁。特别是对于高层建筑而言，其在地震发生过程中存在诸多不确定的因素，而在目前建筑结构设计的过程中，也没有对当地震发生时如何有效地进行避震以及其可能带来的破坏性进行足够的考虑。而如果在设计的过程中没有对高层建筑的相关抗震数据较为精确的分析，且不能够根据地震发生原理为依据进行相应的设计，则很有可能由于高层建筑抗震性能的不足而存在一定的安全隐患。

1.4 抗风结构设计问题

因为高层建筑的高度问题，使得其抗风结构的设计具有重要意义。风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上风速逐步加大。风速沿高度的变化规律一般用指数函数表示，即

Vz= VH（Z/H）α

式中：H、VH———分别为标准高度（例如 10m）及该处的平均风速；

α———地面粗糙度系数；地表粗糙程度愈大，α值则愈大。

通过上式可以表明，高层建筑因为自身高度原因，其所受到的风压也更大，其建筑物周围的风会在一定作用之下对建筑产生一种类似于振动的效果，并使其承受相当的荷载力，从而使建筑的自身安全受到威胁，严重的还会使建筑主体结构被破坏、墙体断裂等现象的出现。

2 高层建筑结构设计问题的解决对策

2.1 优化消防结构设计

在高层建筑结构的设计中注意防火是很关键的。首先，防火间距要合理，设计人员在进行设计时，要按照相关规定进行操作，精确地测出建筑物之间的实际距离。然后，对于设计要因地制宜，防火结构一定要符合实际的地形情况。除此之外还有安全疏散通道的设计也很重要。一般而言，安全疏散通道应该进行垂直结构设计，而且尽量多设计几条，利于慌乱人群的疏散。安全疏散通道中一定要设计防烟区，避免烟雾将疏散的人群呛晕。设计人员可以使用分隔式的设计，可以更好地控制火势和烟雾的蔓延。另外，防火门、防火墙以及其他防火设备等也需要设计人员注意。

2.2 扭转问题优化设计

为了防止建筑物由于水平荷载的作用而出现扭转破坏，必须在进行结构设计的过程中，选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式。当需要采用不规则一字形、T字形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内。在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。

2.3 优化抗震结构设计

抗震性能直接决定了建筑物的安全性能，对于高层建筑来说尤为如此，这就需要我们通过对以往的抗震结构设计进行一定的优化：

（1）选择具有抗震优势的场地：①避开危险地带（例如：断裂带等）；②不得将同一结构单元的基础设置于性质截然不同的地基上，若是无法避开，则必须充分考虑到不同土层差异运动的影响，并使用局部深基础，使整个建筑物的基础落在同一上层上；③同一结构单元部分不得部分采取天然地基、部分采取樁基，可采取设置沉降缝的方法，将其分为两个单元；④若是地基是软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应措施，基础应加强其整体性和刚性。

（2）加强建筑结构的规则性，科学设置抗侧力构件的位置，从而使其能够具有更为合理的承载力分布体系。同时由于垂直方向结构的关系，则应当进一步增强其构件的强度以及刚度，从而使其得到更为连续的稳定性。同时，还应当对建筑结构平面进行简化，减少相关的平面布置，从而通过合理的施工设计使地基的强度以及刚度得到增强。同时，提高建筑结构承重构件的抗侧力，并尽可能满足其承载力所需的延续性，从而使建筑的抗震能力得到提高。

（3）重点考虑剪力墙截面问题，在进行高层建筑结构设计时，应采取连续梁的方法构成一套具有更好延续性的结构体系，沿梁全长顶面和底面均应配置一定直径的钢筋：一、二级抗震，钢筋直径≥14mm；三、四级抗震，钢筋直径≥12mm。

（4）应当保证简体构件具有对称的布置状态以及良好的完整性，并使筒角内壁同洞口之间保持适当的间距并增加其厚度，从而使建筑底部结构能够更好地满足抗震需求。

2.4 优化抗风结构设计

在高层建筑的设计中，其建筑的抗风性应注意以下几点：①具有良好的结构稳定性。这就需要在建设的过程中保证选择级配比较高的砂石，并对材料回填过程的密实程度进行保证，从而保证建筑在水平作用力施压下不会出现倾覆性趋向。

另外则应当在持力层底部设置相应的抗拔锚杆，从而能够通过相关的钻孔、安装以及注浆一系列工作使锚杆的功能得到增强，并使其抗拔强度得到保障。②在对建筑非承重构件设计的过程中，还应当通过对耗能减震系统良好的利用使风力对于建筑的影响得到降低。在这个系统中，主要以楼板、剪力墙以及耗能支撑等部件所组成，并保证能将这种减震系统设置在合理的位置中，从而使耗能减震的作用得到加强。③由于高层建筑往往面临较大的风压，在这种强大风压的作用之下也会对建筑结构构件的内力得到提高，而一旦这种压力超出了其所能承受的最大值，就会使风荷载同水平力之间出现重叠问题，从而对建筑整体造成结构性破坏。所以就应当对风压较高的位置进行加固，首先应当对建筑实际风压作用力的大小进行分析，如下式所示为风荷载标准值的计算公式，同时对建筑土压力进行控制，并在此基础上对建筑的水平荷载内力进行加强：

Wk=βZμSμZW0

式中：W0———基本风压值；

μZ———风压高度变化系数；

μS———风载体形系数；

βZ———风振系数。

3、结语

总而言之，高层建筑结构设计作为一个复杂性、技术性、综合性的工作，对于高层建筑的发展有着重要的指导意义。随着科技的发展，高层建筑结构设计的要求也越来越高。在实际工作中，必须根据高层建筑的构造特点，所遇的问题不同就需要用不同的方法来解决。

参考文献：

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