高层建筑结构设计的问题及对策探讨

王慧宇

摘 要：国民经济水平与城市化进程的不断提升，使得高层建筑的规模与数量持续增加。与普通建筑相比，高层建筑在施工中的建设难度大，同时对于设计环节的要求也较高。在设计初期阶段，应对全局进行把控，以保证后期的施工作业活动能够顺利进行。高层建筑的结构设计是整个设计方案的核心内容，同时是确保建筑物整体安全的关键因素。因此，在高层建筑设计过程中，设计者应对结构设计给予更多的关注，并将其作为设计工作的重点。

关键词：高层建筑;结构设计;问题分析;对策

引言

当前，高层建筑结构设计中存在着高层建筑结构方案选择失当、高层建筑结构计算中传统工具应用不系统、高层建筑结构设计功能不足等问题，易导致高层建筑结构出现抗震能力、安全水平、使用性能等一系列不足和欠缺。

一、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。所以在高層建筑结构设计中，需要综合考量多方面因素，以加强设计的合理性、科学性。

二、高层建筑结构设计中的问题

2.1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。

2.2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。

2.3抗震结构设计问题

我国处在板块碰撞区域内，地震是最常出现的灾害现象，其对于建筑的破坏较为严重。所以在高层建筑结构设计中，应对其抗震性能和等级进行细致研究，保证设计的规范性。不过目前高层建筑结构的抗震设计中，由于设计人员重视力度不够，对区域以往数据研究的不充分，使得抗震等级无法满足建筑结构的具体需求，地震发生时，建筑出现不同程度的损毁，严重时还会出现坍塌。

2.4抗风结构设计问题

抗风结构设计是目前设计部门及人员经常忽视的一个问题，这种情况的产生使得建筑结构在风力作用下很容易产生位移，破坏建筑结构的稳定性。另外，设计人员在抗风性能的验算中由于取值上的不合理，也导致建筑结构抗风性能达不到标准要求，降低了高层建筑的稳定性和安全性。

三、高层建筑结构设计优化对策

3.1消防结构设计优化

首先，加强防火间距设计的合理性。防火间距的长短对于防火效果有着直接影响。对于高层建筑结构设计来说，防火间距要避免过长，以免阻碍应急处理措施的落实，降低防火效果。而防火间距过小则会造成费用的浪费及防火器材利用率低下等问题。针对不同形式的高层建筑，国家有相应的规范标准，必须严格执行。

其次，安全疏散通道设计。安全疏散通道的设计要保证其合理性，且在条件允许情况下，尽可能保持2条以上的安全疏散通道，从而提高火灾发生时人员疏散效率，减少伤亡的产生。在安全疏散通道内还要设置排烟系统，隔绝浓烟侵袭。最后，按照高层建筑结构特征，设置防火层、防火墙等设施。

3.2扭转控制

3.2.1控制结构平面宽度

对于小型高层建筑框架结构来说，应结合工程专业条件具体选择合理的扭转控制措施。如果专业不允许，可以通过添加抗侧力刚度的方式进行扭转控制;如果专业允许，则可通过添加框架柱的方式完成扭转刚度的控制。对于相对小型的高层建筑框架剪力墙结构，剪力墙一般会设置在电梯、楼梯等位置上，为了更好实现扭转控制，可适当的削弱中间部分剪力墙，添加外侧剪力墙，不过相应的施工成本也会增加。由此可见，若建筑工程中能使用框架体系，则尽量不使用框架剪力墙体系，以此满足控制扭转效应需求。

3.2.2建筑结构周期比控制

建筑结构周期比控制也是实现扭转控制的主要措施。在实际操作中，一方面可以通过增加剪力墙厚度的方式来延长扭转周期;另一方面可通过提升拉梁刚度的方式缩短扭转周期，增大抗扭转强度。

3.2.3增大周边结构抗侧力刚度

在保证抗侧力结构设计合理性的基础上，适当提升周边结构的抗侧力刚度，以此来实现扭转控制目标。首先，将单向剪力墙转变成形剪力墙，并尽可能延长其长度;其次，增加剪力墙厚度;最后，增大周边剪力墙连梁高度，利用楼板、下层门顶高度之间的距离来确定连梁高度，强化扭转控制效果。

3.3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性能，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。

3.4抗风结构设计优化

高层建筑由于高度较高，对风力的振动也较为敏感，所以在高层建筑结构设计中，需要对建筑的抗风性能进行充分考虑。高层建筑的高度会对风力产生一定的干扰，阻碍自然风的流动，进而改变流动和动能效应，对高层建筑产生动力荷载。所以在设计过程中，设计人员需要先对高层建筑结构的材料予以检查，确保其抗压性能符合建筑要求，降低荷载压力对建筑结构的影响。当建筑周围的气流发生变化时，会受到建筑之间的间距、高度、数量等的影响而产生狭管效应，进而降低建筑结构质量。如果在建筑结构设计中，并未将这一情况考虑其中，势必会影响建筑结构的质量，威胁人们的生命安全。

四、结束语

综上所述，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。

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