高层建筑结构设计问题及对策分析

周 劲

高层建筑结构的设计，要做好全面的把控，提出高质量的设计方案，保障建筑结构性能达标。设计工作的开展，从多个方面入手，做好结构水平力和稳定性等指标的把控，优化结构设计，为建筑施工提供高质量方案。

1 高层建筑结构特征

高层建筑最为明显的特征就是高度较高，这使得建筑结构会受到水平、竖直等方向传来的荷载，且在抗震等级上也有着较高要求。对于高层建筑来说，中低档位置受到风力和荷载的影响相对较小，但是随着高度的增加，其受到风力和荷载的影响也将逐渐增大，进而产生一定的剪切力，在外界不良因素的影响下，导致建筑结构出现不同程度的位移，降低建筑安全性。所以在高层建筑结构设计中，需要综合考量多方面因素，以加强设计的合理性、科学性。

2 高层建筑结构设计中应该遵循的原则

2.1 结构方案的优良

高层建筑结构设计过程中，要求保证建筑设计的可行性和经济性，具体的设计方案要合理，同时结构体系和结构形式要更具可行性。在同一结构设计单元中，尽量避免出现多种类型的结构设计体系，结构体系受力要明确，并深入分析各种可能的影响因素。针对于结构方案中的一些重要问题要加强与专业设计人员进行沟通，以此来保证高层建筑结构设计方案的合理性。

2.2 注重设计协调性

建筑空间布局与人们的正常使用有着紧密的联系，协调性是提高建筑使用舒适度的一个重要话题，如果建筑与房屋立体结构、平面设计之间缺乏关联性，那么建筑内部构造也就变得杂乱无章，在这种情况下设计人员须重视相互之间的影响，提高空间利用效率，在布局上展现更多的功能价值，实现全局协同的效果。如在进行墙体设计时应考虑内部空间布局下用户的生活需求，墙体与立柱位置需进行人性化设计，整个结构给人一种简单、舒适的设计思想，并实现立体、平面布局的协调性。

2.3 计算简图的合理性

计算简图对于高层建筑结构具有极为重要的意义，其直接关系到高层建筑结构的计算公式及结构构造方式。因此在结构设计时如果选择的计算简图不恰当，必然会对高层建筑结构的安全性带来较大的影响。因此在针对于高层建筑结构设计时，需要保证计算简图的合理性和准确性，这样才能确保高层建筑结构的安全性。在具体选择计算简图时，需要保证误差在可控范围内，从而为高层建筑施工质量起到重要的保障作用。

3 高层建筑结构设计中的问题

3.1 消防结构设计问题

高层建筑装修中使用的可燃性材料相对较多，这为火灾事故的发生创造了条件。受到高层建筑自身结构特征的限制，消防结构在设计中存在一定的复杂性，消防系统的运行存在诸多阻碍；高层建筑中随着层高的增加，受到的风力也就越大，空气流通速度较快，一旦发生火灾，上层建筑的火势会快速蔓延，威胁人们的生命财产安全；对于高层建筑来说，在火灾发生时，电梯等设施无法正常使用，且建筑内部人员数量众多，这为人员疏散带来了困难，再加上很多消防设施的高度无法满足高层建筑需求，救援工作的开展受到阻碍，导致伤亡和损失的增大。

3.2 地基设计存在问题

地基设计需要以所处地形为依据进行，确保地基能够契合地形[3]。现阶段，很多结构设计在地基方面并不合理，与所处地形间差异较大，严重阻碍后续施工。同时设计无法契合地形也影响稳定性。很多设计人员是以勘测人员提供的地形资料为导向展开结构设计，因此相较于实际地形可能存有误差，也可能会忽视与地基相关的细节问题。因此，设计人员不仅需要以地形资料为基础加以设计，还应考虑实际地形，可以到现场展开考察，从而深入把握地形情况。对于部分可能对设计造成影响的地形加以重点考察。

3.3 扭转问题

扭转问题的产生主要是由于高层建筑三心设计存在偏离，导致建筑结构在水平力影响下出现不同程度的扭曲震动，降低建筑安全性。高层建筑的三心指的是质量中心、刚度中心和几何中心这三项。所以在建筑结构设计中，要对三心进行合理把控和计算，减少偏差的产生。

4 高层建筑结构设计问题的解决策略

4.1 合理计算与应用计算简图

在高层建筑结构设计中，需要以计算简图的计算作为重要依据。由于在结构设计中会涉及到配筋率、构件尺寸及建筑物高度等问题，这些问题都离不开准确的计算，在实际计算过程中还需要合理选择计算简图，以此来保证计算模型或是计算简图能够与实际工程状况相符。对于高层建筑而言，其对于结构荷载承受力、抗震能力及其他功能、性能等都具有较高的要求，因此建筑结构设计较为复杂，在实际设计过程中设计人员会受到诸多因素的影响，特别是需要合理计算和应用计算简图，从而保证计算过程和计算结果的精准度。

4.2 抗震结构设计的优化

抗震结构设计的优化可以从四方面来实现，一是科学选址。高层建筑的选址需要做好前期勘察作业，了解区域的地质情况，地壳运行状态以及地质结构特征等内容，保证建筑基础结构的稳定性，减少沉降等问题的产生。二是建立有限元模型。该模型的建立主要是帮助设计人员分析高层建筑的抗震性能，加强各项数据指标的准确性，从而提升建筑的抗震等级，增强建筑结构承载能力。三是合理应用减隔震设计。在对重要建筑、超高建筑结构设计中，可通过减隔震设计来提升抗震水平。利用减隔震支座、阻尼器等设备，完善结构的横向抗震性能，延长结构的自振周期，避免与地震灾害产生共振现象。四是选择合适的结构形式。根据建筑功能性合理选择结构形式，增强其稳定性，增大抗扭能力。

4.3 施工前需要针对建筑结构做到严密设计

设计单位需要将结构设计置于所有设计环节的首要位置。结构设计不仅能够有效指导建筑施工，对于建筑质量也有着较大影响。因此设计单位需要以实地情况为导向组建专业设计队伍，在图纸设计之前做好周密计划。由于我国地质条件有着较强的复杂性，因此设计队伍必须结合相关资料与实地考察来明确自然环境，并对地质灾害等进行重点考察。对于可能的地质灾害需要于图纸上重点标出。结构设计需要摒弃掉以往“经验型”的理念，建筑施工各环节均需要根据相关图纸开展，并预防可能的施工误差。

4.4 高层钢筋混凝土建筑上部结构的合理选择

在高层钢筋混凝土结构设计中，设计人员应提高对建筑上部结构设计的重视程度，严格遵守结构设计规范，合理确定建筑剪力墙结构布局，同时要对建筑梁柱节点的具体剪力强度进行准确的计算分析，从而对结构设计方案加以优化。同时设计人员要充分考虑高层建筑工程的具体功能和用途，既要保证高层建筑上部结构荷载以及连接的稳定性和安全性，又要满足其功能发挥的实际需要，从而提高高层结构设计的经济性和实用性。

4.5 合理设计地基与基础

地基的设计必须要与施工现场的地质条件、地理环境紧密地结合在一起。地基设计过程中要综合考虑基础拉梁结构，如通过增加基础配筋促进拉梁结构与整个地基结构稳定性的提高。地下室设计过程中，设计人员可以采用褥垫处理方法来提升地下室的稳定性，防止地下室出现大面积裂缝。随着建筑高度不断增加、高层建筑物不断增多，地基设计的合理性与科学性显得越来越重要。地基建设过程中，除了需要对现场地质条件进行综合考虑外，还必须充分考虑地下水对地基的影响，要根据地下水位的实际情况，优化地基设计。只有这样才能保证地基设计的合理性，提高钢筋混凝土高层结构的稳定性。

5 结语

总之，城建进程不断深入推进了建筑业发展。高层建筑需要重视结构设计对于建筑整体的重要意义。设计单位应明确结构设计伴有的地基、结构搭配、结构缝设计等方面的问题，并针对常见问题总结相关对策。设计单位基于实地情况、建筑要求组织结构设计，确保结构设计在保证质量的前提下，契合多方需求，为推进房屋建设、提升建筑质量夯实基础。