高层建筑结构设计的问题及对策探讨

徐洪发

【摘 要】：随着我国经济建设的不断发展，为了缓解人口数量过多而土地资源又稀缺的问题，高层建筑的数量随之增多。由于高层建筑的结构具有较大的变化性和复杂性，在设计中有诸多难点和问题需要解决，以保障高层建筑质量的安全性和可靠性。因此，相关设计人员一定要对高层建筑结构设计中所有关键点加以研究，从而在保证结构设计合理的前提下，为今后我国高层建筑建设行业的良性发展奠定基础。

【关键词】：高层建筑；结构设计；问题；措施

随着城市化进程的加快，高层建筑物越来越多，尤其是大城市新建建筑物多为高层建筑。高层建筑的设计建设难度较高，做好其结构设计成为提升高层建筑建设效率和质量的关键之举。在高层建筑结构设计方面，一方面要体现出设计的科学性和专业性，进而使建筑物能够满足于公众的实际需要，另一方面，高层建筑结构设计要体现出安全性，侧重于满足抗震、抗风等基本功能性要求，确保建筑能够符合安全建设规范标准。

1、高层建筑结构设计原则

首先，制定科学的基础方案。在高层建筑中，地质条件是其结构设计的决定性因素。要提高基础方案的科学性，需要设计人员准确把握其荷载的分布情况和结构类型，对影响其施工的各种因素进行和综合分析。其次，明确计算简图。在高层建筑的结构设计中，计算简图必须包含结构的计算设计。如果计算简图存在问题，就容易导致安全隐患。因此，为了确保高层建筑结构设计的安全性，必须重视这一原则。最后，选择合适的计算工具。随着信息化技术的不断发展，计算机技术在建筑结构设计中被广泛运用，在高层建筑的结构设计中发挥了巨大的作用。

2、高层建筑结构设计存在的问题

2.1 短肢剪力墙设置过多

钢筋混凝土剪力墙结构体系，由于其侧向刚度较大，并且可以结合建筑分隔墙灵活设置，在高层建筑结构设计中应用广泛，同时也存在比较普遍的问题。其中一个典型的问题是短肢剪力墙布置过多。剪力墙各肢的肢长与墙厚之比的最大值大于4且不大于8的墙体定义为短肢剪力墙。短肢剪力墙与一般剪力墙不同之处在于其受力特点与异形柱类似，同时承担较大的轴力和剪力。故短肢剪力墙的抗震性能弱于一般剪力墙。如果短肢剪力墙所占竖向抗侧力构件比例过高，则导致高层建筑物的抗震、防风性能降低，同时由于短肢剪力墙所承受的楼层面积过大，在地震作用影响下容易过早压坏从而引起楼层坍塌。此类不良影响在高层建筑中是致命的，不利于高层建筑物的长期安全使用，存在较大安全隐患。

2.2 超高问题

超高问题是目前高层建筑结构设计中非常突出的一类问题，这类问题的存在直接影响着高层建筑的安全性。高层建筑超高问题主要是指多高层建筑设计建设单位违反相关制度和标准规定要求，过度增加高层建筑高度，从本质来讲，增加高度有利于建筑商获取更高利润，但同时对于建筑安全而言，一旦过度增加建筑高度对建筑结构的影响是突出和直接的，对高层建筑的稳定性和抗震能力会造成较大干扰。当遇到地震或者强风等自然灾害问题时，容易引发建筑结构出现断裂或者倒塌等问题，最终危及到公众的人身和财产安全。

2.3 高层建筑的结构刚度设计

在高层建筑结构设计中，楼层竖向结构的规则性以及楼层平面的刚度都是设计中容易出现问题的环节。由于不同设计师的设计理念存在较大差异，使得设计结构会因为过程的不同而导致最终的经济指标也各不相同。

3、针对高层建筑结构设计问题的有效应对措施

3.1 恰当选择结构方案

对于高层建筑结构设计而言，恰当选择结构方案是其最重要的一点，只有选择正确的结构方案才能确保高层建筑结构设计符合建筑要求，并达到理想效果。但在选择结构方案过程中需考虑到多方面的问题。首先，应认真研读高层建筑结构设计的相关规范和规程，以避免所选择的高层建筑结构设计方案不符合相关规范和规程要求； 其次，根据施工现场的实际情况慎重考虑选择高层建筑的具体结构方案，特点是应详细勘测和调查工程的规模大小和施工现场的地基状况，以此选择最佳的结构方案。

3.2 优化消防结构的设计方案

在高层建筑结构的消防设计中，首先应该对防火结构之间的距离进行科学控制。如果其结构设计和当地的地形条件相符，则防火结构的间距可以适当增加。从材料的使用角度来看，尽量减少易燃材料的使用范围和使用频率，多采用耐火性能好的材料。同时，为了降低火灾事故发生后人员的伤亡，必须建立良好的疏散系统。在消防结构设计时，可以通过设置双通道疏散，增设防烟区、耐火区、避难层等设施来增加消防能力。同时，高层结构可以通过设置相应的隔离结构来有效地控制火势蔓延，增强建筑消防安全能力。

3.3 高层建筑的结构刚度设计要合理

在结构刚度设计过程中，设计人员要在允许范围内尽可能的降低结构刚度，结构刚度越小则受共振的影响就越低，相应的抗震性能也会得到提升，这就在无形中增加了高层建筑结构的安全性以及稳定性。通常情况下，在一些土质较好或者岩基埋得不深的区域，可以将桩基作为建筑结构的基础，让地层下的岩基作为支撑，从而确保地基的安全稳定，在这一基础上，建筑结构的刚度就可以尽可能减小。其中，结构刚度设计要将结构极限变形指标作为参考依据，以此来保持建筑结构的稳定性。

3.4 结构的包络设计方法

包络设计方法常常被用来解决工程结构设计中的难题。包络设计方法尤为重要，针对不同的工程条件，我们可以采用不同的包络设计原则，可以是对结构整体的包络设计，例如对于少量剪力墙的框架结构，对框架可以按框架与剪力墙协同工作以及纯框架结构分别计算，包络设计。也可以是对重要部位的包络设计，例如对转换结构的转换层、连体结构的连接体等等。其次对结构构件的包络设计，可以根据构件的受力情况，对构件进行补充分析验算，最后取不利值包络设计。

综上所述，在我国建筑业迅猛发展的今天，高层建筑以及超高层建筑在建筑市场中所占比重也逐年增加，并逐渐改变老百姓的日常生活。然而在高层建筑结构设计中，总会不可避免的遗留很多问题，对高层建筑住户以及周边老百姓的安全造成威胁，因此，在高层建筑结构设计中，一定要在对施工现场进行全面勘察的基础上，做好建筑结构的抗震性能设计、抗风性能设计、结构刚度设计以及其他相关设计，从而在解决结构设计问题的前提下，不断提高自身的结构设计水平，为之后高层建筑行业的可持续发展提供保障。

【参考文献】：

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[2] 郭怀祥.浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题[J].中华民居（下旬刊），2014，09：357-358.

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