高层建筑结构设计存在的问题及优化措施分析

朱粟郁

（华东建筑设计研究院有限公司，上海200070）

1 引言

尽管我国高层建筑结构设计起步相对较晚，但近年来，我国各大城市高层建筑数量倍增，甚至出现了很多超高层建筑。在高层建筑中，结构设计至关重要，对高层建筑的使用质量与使用寿命有决定性影响。由于业主对建筑的设计与功能的要求不断提高，无形中对高层建筑结构的设计人员也提出了更高的要求。唯有妥善解决高层建筑结构设计中存在的常见问题，才可以提高高层建筑的建设质量，并为高层建筑结构的合理设计与使用安全提供保障。

2 高层建筑结构设计中的常见问题

2.1 扭转问题

建筑“三心”主要指建筑结构的几何形心、结构重心及刚度中心，“三心合一”时，建筑结构的稳定性最强。然而由于受到地基形状与建筑功能要求等因素的影响，在许多情况下，建筑体型是不规则的，设计中也难以实现“三心合一”，致使建筑结构出现扭转问题，进而影响建筑结构的稳定性[1]。

2.2 抗风问题

因为高层建筑的楼层较多并且高度较高，所以，相对其他建筑，高层建筑更容易改变风的流动性与空气的动力效应。由于建筑的刚架结构以及玻璃幕墙等柔性结构的刚度较小，在风荷载较大的情况下，很容易破坏建筑物的墙体、装饰结构及支撑结构，降低建筑物的稳定性。因此，进行高层建筑结构设计时，需要对结构进行抗风设计，防止建筑物受自然因素的影响而存在隐患[2]。

2.3 抗震问题

高层建筑抗震结构设计一直以来都是建筑结构设计中的一个难点。因为地震属于自然因素，而每个地区的抗震设防烈度不同，计算得出的数据也并不是所有地区都适用，并且计算地震结构设计数据时，存在许多不确定性因素，加之一些设计人员的灵活性不足，不能很好地完善抗震结构设计。

2.4 消防问题

针对高层建筑结构消防设计，在我国相关规范中有明确规定。由于高层建筑楼层比较多，发生火灾时，高层建筑难以疏散住户，对控制火势不利，并且排烟系统设计难度大等，都是高层建筑防火结构设计急需攻克的问题[3]。

3 高程建筑结构设计常见问题的优化措施

3.1 科学设计建筑平面

针对高层建筑结构中出现的扭转问题，在建筑结构设计中，相关设计人员应以地基具体形状和建筑物功能需要等为依据，科学合理地设计建筑物外形，尽可能采取长方形、圆形等相对常规的建筑平面，提高建筑结构的稳定性。

3.2 提高建筑抗风荷载作用的能力

为了使高层建筑抗风构件与结构设计的牢固性符合要求，对高层建筑结构进行抗风设计时，必须充分做好以下工作：（1）优化基础，只有高层建筑的基础部分稳定性较强，才能保证高层建筑上部分结构的稳固性。因此，明确混凝土的级配标准成为高层建筑基础设计最基本的工作。应尽可能购买高级配的砂石，增加基础持力层厚度，加设抗拔的锚杆构件，加强基础的牢固性。（2）通过改变建筑的轮廓设计、投影面积和高度，改变区域建筑布局，以及种植绿植等改变风荷载的强度和方向等，削弱风荷载对建筑的作用。

3.3 重视抗震设计

为满足高层建筑结构的抗震要求，可以采取以下3方面的措施：首先是针对高层建筑的结构特点合理布置抗侧力构件，合理布置高层建筑内部水平方向的构件，在水平方向形成应力分布系统，提高高层建筑结构受力的连续性和均匀性。其次是提高地基的抗震能力。可以通过加深高层建筑桩基深度，从而提高建筑的抗倾覆能力和基础的稳定性。最后是优化建筑的承重结构，采用框架剪力墙结构。在地震灾害中，剪力墙可以吸收下部结构传递的地震能量而先被破坏，框架结构继续支撑上部结构，形成了抵御地震作用的二道防线，可以有效降低高层建筑损毁程度[4]。另外，高层建筑内部还需要适当提高墙体与楼板的刚度，从而有效避免建筑位移问题。

3.4 加强消防结构设计

高层建筑结构结构复杂，一旦出现火灾，建筑使用者的人身安全与财产安全会受到严重的威胁。为此，必须重视高层建筑的防火设计。首先，应合理设计防火间距。设计人员需要依照相关规定准确测量建筑物间的实际距离，需要注意的是，相邻两建筑之间的最佳防火间距应按建筑外墙间的最小距离进行计算，若外墙包含凸出的易燃构件，应从该构件外缘算起。另外，还必须设计安全疏散通道。通常情况下，需要尽可能多地设计几条便于人们疏散的安全通道。为加速烟雾扩散，安全疏散通道必须设计防烟区[3]。对此，设计人员可以采取分割式设计，以有效控制火势与烟雾的蔓延速度。

4 结语

总之，相对其他建筑，高层建筑结构更为复杂，因此，设计人员在设计过程中，应更加全面地考虑各方面的影响因素。同时，设计人员需要充分了解高层建筑结构设计特征，遵循高层建筑结构设计原则，善于发现并采取有效措施解决问题，防止出现质量或安全问题。高层建筑的安全性是重中之重，所以，设计人员不仅需要提高本身的专业能力，还应不断积累经验，进行创新突破，推进我国建筑行业的长期、稳定发展。