高层建筑结构设计存在的问题及优化措施分析

宋 佳

（山东建大建筑规划设计研究院，山东 济南 250000）

1 建筑结构设计基本原则阐释

建筑结构设计的优秀性主要通过安全性、经济性、实用性以及美观性等多个方面体现出来。一般来讲，需借助设计各环节与因素保证建筑物功能的合理有序，增强结构可靠性与安全性。在结构设计中一般要遵循建筑设计，不应对建筑设计产生影响，且尽量与建筑功能需求相适应。另外，结构设计应处于建筑设计能够实现的范围，对安全加以把控，实现结构设计的经济性与合理性目标。要想使建筑结构设计更加实用与安全，就必须明确设计的基本原则。

2 高层建筑结构设计中的常见问题

2.1 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。

2.2 超高问题

高层建筑从本质上说，是为了节约建筑用地，将建筑空间得到最大限度的开发。我国现行建筑规范规定，超过10层且高度＞27m的建筑极为高层建筑，＞100m则为超高层建筑，高层设计和差高层设计之间的结构设计具有较大的差别，如果高层建筑超过规范规定的线稿，就必须要按照超高层建筑标准进行结构设计。在高层建筑设计中，超高是一种较为常见的现象，主要是由于业主方过度重视经济利润，对相关制度的了解不够，导致超高问题发生，甚至有些单位在明知建筑超高，还按照高层建筑结构规范对其进行设计，以降低建筑成本，获取更高利润。这种情况下，超高建筑结构的整体性、稳定性以承重情况均会发生变化，超高后不仅影响建筑整体质量，同时还导致建筑的抗震性能以及抵御外界环境影响的能力下降，给人们的生命财产安全带来极大的安全隐患。

2.3 设计中结构扭转问题

高层建筑物的高度决定了其在设计过程中，结构内部、外部会受到多种因素的影响，尤其是质量中心、刚度中心和几何中心很难保持在一个统一的位置，造成了高层建筑结构扭转的安全风险。另外，风荷载的影响，也是造成高层建筑结构扭转的常见问题，在设计过程中，要综合考虑各种因素，改善当前设计中的不准确、不合理现象，真正提升高层建筑结构设计的安全性。

3 高层建筑结构设计常见问题的优化措施

3.1 规范防震设计

建筑结构的优化设计，最重要的目标是提升整体结构的稳定性，减少地震等自然灾害对人力、财力的负面影响。因此，在对建筑结构优化设计方案进行提升时，应当充分规划结构中的防震设计，着重注意对截面高度的确定和调整。同时，需要对不同主轴方向和水平方向上的承重柱进行抗震防范分析与计算，充分考虑到整个建筑结构横纵方向框架的稳定作用，不能有失偏颇，避免在实际设计与施工过程中出现配筋不足的现象。

3.2 结构计算参数优化

在具体设计中，必须加强对结构计算参数的优化。保证录入计算机中的结构尺寸、规格、型号等相关数据都输入准确，避免发生计量误差。此外，尤其是在结构计算参数选择时，需要结合住宅建筑工程结构的特性和实际情况，合理编写计算程序，以保证结构设计优化的准确性。在整个住宅建筑结构设计优化过程中，不能只凭借计算机软件技术分析计算，还要按照计算模型和设计人员的自身技术水平，通过“人机相互结合的方法”保证结构设计优化的可靠性。

3.3 科学设计结构缝

结构缝设计好坏是影响房屋安全的关键，要充分重视结构缝设计，对结构缝设计开展重点研究，提高设计水平与能力。所以说，相关的建筑企业要提高综合实力，以质量为基础，保证设计效果。那么，在实际设计作业期间，企业就需要全力投入，不能把眼光放在眼前，要保证房屋质量，提高对结构缝设计的能力，这样，才能有效保证房屋稳定性，避免房屋建筑工程坍塌的情况。相关设计人员要以现场为指导，深入施工现场对各种数据进行复核，做好相应勘察与分析，在掌握大量科学数据的前提下，把握好工程量，做好结构缝设计。

3.4 创建有限元计算模型

在抗震结构设计过程中，要善于合理地应用有限元计算软件。相比国内常用的结构设计软件PKPM、YJK等采用2D建模结合3D视图模型，Sap2000、Madis等真正基于有限元理论的结构计算软件可更好地对结构内力进行分析，更真实地反映实际建筑结构状态，得出更准确的结构计算结果。有限元分析是指利用数学近似的方法对真实建筑结构及载荷工况进行模拟，将建筑分为一个个简单而又相互作用的单元，即可用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实建筑的一种分析方法。1）要根据建筑图创建结构模型。在模型创建的过程中，要尽量减少模型与实际建筑物之间的差距，尽可能地保证模型的准确性。2）利用有限元计算软件，对模型的抗震性能进行分析和计算，对模型的抗震性能进行检测，根据计算结构完成结构设计确保结构的抗震性能。

3.5 优化抗震设计

设计建筑抗震结构的时候，要保证数据计算的准确，使得承重柱的横截面积满足标准要求。为此，在施工建设前应测验预应力，使其能够承受特定范围的外界作用力。在设计阶段，要求支柱、横梁和剪力墙处于平衡状态，以免设计出现刚度过强的情况，同时要具备变性能力，能够根据外力对承受能力加以调节，并保护剪力墙，使得建筑抗震能力不断增强。

3.6 优化高层建筑设计方案，避免超高问题出现

在对高层建筑进行结构设计之前，需要对施工现场及周边环境进行勘察，明确地下水分布、地质结构情况、风雪荷载等，为建筑结构设计提供可靠的数据支持，确保建筑结构符合工程要求及现场实际情况。设计时需要严格按照我国现行设计标准及规范对高层建筑结构进行设计，合理选择设计方案，并验证其科学性、合理性，在掌握各方数据的情况下对设计方案进行优化，避免出现与实际情况不相符的现象，尤其避免超高。因此，在具体的结构设计过程中，设计人员需要在建筑高度允许的情况下，精确相关设计参数，为高层建筑施工提供依据，保证施工质量。

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。