高层建筑结构设计中常见问题及对策分析.docx

高层建筑结构设计中常见问题及对策分析

沈伟宇
摘 要：本文首先阐述了高层建筑结构设计的价值和意义所在，接着分析了当前高层建筑结构设计中的常见问题，进而提出了相关问题的解决对策，旨在说明高层建筑结构设计对维护高层建筑的使用质量和安全稳定的重要作用，为高层建筑结构设计的优化提供一些参考意见。
关键词：高层建筑；结构设计；问题；对策
一、高层建筑结构设计的价值和意义
所谓高层建筑，是在国家标准规定下，超过一定高度和层数的多层建筑。由于每个国家对高层建筑的划分不同，在我国，规定超过24m的公共建筑和超过10层的住宅建筑为高层建筑。高层建筑的发展，主要是基于城市建筑节约用地考虑的，能够有效提升用地的利用率，加快城市建设，为社会的快速发展带来明显的效益。
为了保证高层建筑的功能优越性，必须提高高层建筑结构的设计质量。在高层建筑结构的设计上，主要考虑高层建筑的抗风、抗震、消防安全等，确保整体建筑的安全性和稳定性。也就是说，高层建筑结构设计对于保障高层建筑的使用质量和安全稳定性有着非常重要的意义，也是促进现代高层建筑高速稳定发展的重要因素。
二、高层建筑结构设计中的常见问题
（一）超高问题
在目前的高层建筑设计中，部分建设单位为了获取更多的经济收益，没有严格按照规范标准，私自增加建筑的设计高度，导致了建筑结构设计中的超高问题，为高层建筑的正常使用带来了巨大的安全风险。我们知道，随着高层建筑的高度的增加，风力、地震等外作用力对建筑的影响就越大，盲目地超高设计只会造成高层建筑安全风险的增加，很可能导致重大安全事故的发生。特别是在一些沿海城市或地震易发的城市，一旦遭遇地震、强风天气或其他自然灾害，极易发生建筑倒塌的风险，而高层建筑的倒塌则会影响到周围的建筑，会造成一系列的连锁反应，从而导致重大的安全事故发生。在这一点上，盲目追求经济收益所面临的超高问题带来的影响是不可预估的，这样的做法也是得不偿失的。
（二）短肢剪力墙设置问题
随着人们对住宅等建筑的要求越来越高，在高层建筑的结构设计中，往往采用短肢剪力墙替代原先的普通剪力墙结构，以满足人们对空间的需求。所谓短肢剪力墙，是指各肢横截面的高度与厚度之比在4～8之间的剪力墙。在高层建筑中，由于短肢剪力墙抗震性能较差，因此，需要选择合适的计算软件，选择合理的计算方法，严格控制短肢剪力墙的数量。然而在实际设计中，部分建筑企业由于缺乏短肢剪力墙的设计经验，在设计过程中增设了不必要的短肢剪力墙，导致高层建筑在后期的使用过程中抗震能力的不足，影响了整体的稳定性和安全性，埋下了巨大的安全隐患。
（三）嵌固端设置问题
所谓高层建筑的嵌固端，就是固定建筑構件的地方，不允许构件有任何的位移。这里的位移是指平面x、y方向的位移，不允许在这两个方向出现任何移动，但允许有转角。在高层建筑的结构设计中，嵌固端的设置主要有以下方面的问题：一是嵌固端位置选择不当，比如一些建筑单位将嵌固端设置在地下室或人防顶板处，不仅起不到应有的作用，还容易造成安全事故的发生；二是由计算误差或其他设计原因导致的嵌固端上下层刚度比例设计不合理；三是嵌固端与抗震缝隙之间难以协调，导致抗震性能较低。在嵌固端的设计中，不应该按照人为的设计要求来完成，而是要根据建筑的客观条件来进行合理设计，才能有效确保建筑的抗震性能。
（四）其他设计问题
由于高层建筑结构的复杂性，在设计上也面临着很多方面的问题，需要进行一一处理。除上述的典型问题外，其他方面的设计问题也需要考虑到，常见的有如下内容：一，结构扭转问题。在高层建筑结构设计中，要保证结构的稳定性，就必须保证“三心合一”。所谓“三心”，就是指结构的几何中心、刚度中心和结构重心。如果设计过程中没有做到三心合一，则很容易造成建筑的扭转现象，导致建筑的折断或崩塌。二，结构性能验算问题。比如结构稳定性验算、抗震验算、应变应力验算等，如果这些细节没有处理到位，则很可能造成计算的错误，导致设计不合理，从而造成使用中的安全问题。三，结构设计位置计算问题。主要是要把握关键位置的计算精确度，影响因素有：规范要求是否健全；图纸设计是否合理；计算公式是否正确；计算参数如安全系数等选择是否恰当等等。四，消防安全问题。由于高层建筑结构的楼层高、材料的易燃性高、疏散难度大、居住人员多等特点，一旦发生火灾，火势可迅速蔓延并扩大，短时间内造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，在高层建筑设计中，一定要做好消防安全工作，防止火灾的发生。
三、高层建筑结构设计问题的解决对策
（一）选择合适的结构设计方案
在高层建筑的结构设计中，最重要也最关键的是选择合适的结构设计方案。只有选择了最佳的设计方案，才能有效保证建筑结构的性能，才能确保高层建筑的使用质量和安全。在高层建筑的结构设计方案选择上，主要考虑以下因素：一，设计方案是否满足建筑相关规范要求，如果不满足则不能用于设计和施工；二，设计方案是否考虑到现场的实际情况，是否能满足现场施工要求；三，设计方案是否满足经济安全的要求，是否通过了施工成本预算的要求。其中，设计方案与现场情况的结合在高层建筑结构设计中是需要重点考虑的。要保证方案的应用效果，就要根据现场实际情况分析方案的科学性和合理性，比如现场的地质条件对施工的影响、地下水位对沉降的影响、周围是否有老旧的建筑、大风天气或雨雪天气对建筑的影响等等。只有充分考虑到各方面因素的影响，选择最佳的设计方案，才能保证高层建筑结构设计的科学合理。
（二）选择合适的计算简图
在高层建筑结构设计中，合适的计算简图或计算模型能够提高计算效率，降低计算错误的出现。比如高层建筑的结构构件受力计算、配筋率、应力计算等等，在这些复杂的计算中，搭配计算简图，可以更加清晰地反映计算中的数据变化情况，起到事半功倍的效果。在计算简图的选择上，则要求与实际情况完全相符，并考虑到各方面因素对高层建筑的影响，选择最优的计算简图。根据高层建筑结构的复杂性等特点，可以将复杂的结构计算进行分解和细化，从而便于计算简图的选择。此外，还要选择合适的计算软件，保证计算的精确度。
（三）确保结构性能满足设计要求
高层建筑结构设计的最终目的就是为了确保高层建筑的使用性能满足要求，能够保证建筑的使用质量和稳定安全。在高层建筑结构设计的性能要求上，需要满足以下的性能指标：
合理的平面布局
针对高层建筑中的扭转问题，在设计过程中，设计人员要针对高层建筑的特点，选择合适的建筑形状，比如正方形、矩形、圆等规则图形，从而确保建筑结构的三心合一。如果对建筑结构有特殊要求，想要体现建筑的个性外观，则要根据具体情境进行合理设计，尽量保证结构的对称性，避免建筑的扭转现象。
1.优化抗风性能
在优化高层建筑结构的抗风性能上，主要考虑风荷载对建筑的稳定性影响。在建筑的基础设计上，可以选择高级配的砂石，并在持力层增设抗拔锚杆，从而保证基础的牢固；在建筑结构设计上，要考虑风力叠加对建筑的影响，因此需要减少建筑的结构内力，可以选用高性能混凝土进行施工，同时合理利用楼板、剪力墙等减少风力对建筑结构的影响；增大结构承载力和抗风能力，在高层建筑结构设计中对承载力和抗风力的验算中，可以放大一个系数进行验算，充分确保建筑的稳定性和安全性。
2.优化抗震性能
在高层建筑结构的抗震设计上，可以从以下三点进行优化：一是合理布置抗侧力构件，尽量保持水平方向的对称性，同时加强竖直方向上抗侧力结构；二是增加地基抗震能力，可以通过增加桩基埋深的方式，保持基础和上部结构的连续性；三是设计高性能剪力墙，通过剪力墙对地震内力的吸收来减小地震危害。
3.优化消防设计
针对高层建筑火灾事故易发的问题，要加强建筑的消防安全。在建筑结构的消防设计上，首先应该控制防火结构的距离，增大空间；其次要尽量减少易燃材料的使用，采用耐火材料进行建设；最后是加强疏散通道的建设，保证火灾发生后建筑内人员能安全逃生。
四、总结
综上所述，高层建筑结构设计对高层建筑的使用质量和稳定安全有着非常重要的作用。在高层建筑的结构设计中，要根据现有的常见问题，分析如何优化结构设计方案、增加结构的使用性能，同时加强高层建筑的消防安全设计，确保整体结构的高质量和高稳定性，确保使用者的财产安全和生命安全。
参考文献
[1]游小兵.高层建筑结构标准化设计的问题及对策探讨[J].中国标准化，2017（24）：83-84.
[2]蔡云晟.高層结构设计的常见思路[J].四川水泥，2016（12）：66.
[3]邓峥云.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].山西建筑，2016，42（13）：60-62.
[4]张政.高层建筑结构设计的问题和策略分析[J].价值工程，2014，33（16）：161-162.
[5]周世航.浅谈高层建筑结构设计存在问题及解决对策[J].广西城镇建设，2013（05）：80-82.

-全文完-