高層建筑結構設計的問題和策略分析

張政 ZHANG Zheng

（山東省滕州市建筑設計院，滕州 277599）

（Architecture Design Institute of Tengzhou，Shandong，Tengzhou 277599，China）

0 引言

近年來，隨著我國城市規模的擴大，我國的建筑行業也在這個過程中得到了很大的發展。其中，由于城市中居民數量的增加以及城市面積的短缺，也使得目前城市建筑逐步向著高層化的方向發展。在我國相關規定之中，當建筑物整體高度高于24m，或者10層以上都稱之為高層建筑，而其具有的高度特點也使得其在結構設計的過程中也同以往的建筑設計具有一定的區別以及不同的需求，而這就對相關高層建筑結構設計工作帶來了更大的難度，通過何種方式對高層建筑結構設計過程中存在的問題進行良好的解決，則成為了目前建筑行業廣為關注的問題。

1 高層建筑結構設計問題

1.1 抗震結構設計問題 對于高層建筑來說，在對其結構設計的過程中最為重要也是最難實施的環節就是其抗震結構的設計，因為高層建筑特點，使得其在地震發生過程中可能會存在很多不確定的因素，而在目前建筑結構設計的過程中，也沒有對當地震發生時如何有效的進行避震以及其可能帶來的破壞性進行足夠的考慮。而如果在設計的過程中沒有對高層建筑的相關抗震數據較為精確的分析，且不能夠根據地震發生原理為依據進行相應的設計，則很有可能由于高層建筑抗震性能的不足而存在一定的安全隱患，從而對人們的生命財產安全造成嚴重的威脅。

1.2 抗風結構設計問題 由于高層建筑的高度特點，使得其抗風性能也是非常重要的一個環節。當對建筑結構設計的過程中，也應當對抗風設計的有效性進行考慮。通常來說，由于高層建筑自身高度很高，作為建筑物自身則同外界風之間存在一種阻隔以及擾動作用，這就使得建筑物周圍的風會在一定作用之下對建筑產生一種類似于振動的效果，并使其承受相當的荷載力，從而使建筑的自身安全受到威脅，嚴重的還會使建筑主體結構被破壞、墻體斷裂等現象的出現。

1.3 消防結構設計問題 同普通建筑相比，高層建筑具有更為復雜的特點，而為了對高層建筑多種需求進行滿足，則需要在結構設計的過程中選擇不同種類的材料。目前，在高層建筑中使用較多的還是可燃性材料，而這就會對高層建筑的火災情況帶來了一定的隱患。同時，由于在高層建筑中具有風力大、空氣流動強的特點，一旦出現火災則很可能造成更為嚴重的災害。另外，由于高層建筑樓層較多，在對其結構設計的過程中也都將其設計為垂直形態，而在這中形態之中一旦發生火災，那么對居民疏散則需要更多的時間，這也為高層建筑的消防問題帶來了威脅。

2 高層建筑結構設計問題解決策略

2.1 優化抗震結構設計 抗震性能代表著建筑物的安全，對于高層建筑來說尤為如此，這就需要我們通過對以往的抗震結構設計進行一定的優化：

首先，應當使建筑結構的規則性得到增強，并對其中抗側力構件的位置進行合理的設置，從而使其能夠具有更為合理的承載力分布體系。同時由于垂直方向結構的關系，則應當進一步增強其構件的強度以及剛度，從而使其得到更為連續的穩定性。其次，在地震災害中，最可能對建筑造成破壞的情況就是建筑地基出現沉降，一旦地基出現沉降，那么就會使建筑結構激素出現開裂等一系列破壞。所以在對地基施工的過程中，一定應當對地震因素起到作出充分的考慮，從而以有針對性的方式對其設計。同時，還應當對建筑建筑平面進行簡化，減少相關的平面布置，從而通過合理的施工設計使地基的強度以及剛度得到增強。另外，還應當將樁箱埋設一定的深度，并將上部結構以及群樁能夠保持在同一條線上。再次，應當對建筑結構承重構件的抗側力進行提高，并盡可能的滿足其承載力所需的延續性，從而使建筑的抗震能力得到提高。同時，還應當對剪力墻截面重點關注，首先應當以連續梁的方式組成一套具有更好延續性的結構體系，其次則應當使結構側面的強度得到提高，從而對建筑水平位移的范圍進行良好的控制。最后，還應當保證簡體構件具有對稱的布置狀態以及良好的完整性，并使筒角內壁同洞口之間保持適當的間距并增加其厚度，從而使建筑底部結構能夠更好的滿足抗震需求。

2.2 優化抗風結構設計 首先，要注重結構的基礎設計。對于建筑的抗風性能來說，首先應當保持其具有良好的結構穩定性。這就需要在建設的過程中保證選擇級配比較高的砂石，并對材料回填過程的密實程度進行保證，從而保證建筑在水平作用力施壓下不會出現傾覆性趨向。另外則應當在持力層底部設置相應的抗拔錨桿，從而能夠通過相關的鉆孔、安裝以及注漿一系列工作使錨桿的功能得到增強，并使其抗拔強度得到保障。其次，在對建筑非承重構件設計的過程中，還應當通過對耗能減震系統良好的利用使風力對于建筑的影響得到降低。在這個系統中，主要以樓板、剪力墻以及耗能支撐等部件所組成，并保證能將這種減震系統設置在合理的位置中，從而使耗能減震的作用得到加強。最后，由于高層建筑往往面臨較大的風壓，在這種強大風壓的作用之下也會對建筑結構構件的內力得到提高，而一旦這種壓力超出了其所能承受的最大值，就會使風荷載同水平力之間出現重疊問題，從而對建筑整體造成結構性破壞。所以就應當對風壓較高的位置進行加固，首先應當對建筑實際風壓作用力的大小進行分析，同時對建筑土壓力進行控制，并在此基礎上對建筑的水平荷載內力進行加強。

2.3 優化消防結構設計 首先，應當設計好良好的防火間距，對于間距的計算方式是將每棟建筑物之間的距離以及每一棟建筑中可燃物件邊緣開始計算，但是由于建筑中可能存在的地理、功能等情況的差異性，所以在設計的過程中也應當根據實際情況來靈活的選擇。同時，還應當對建筑的滅火結構、耐火能力以及排煙性做出保障，從而使建筑能夠滿足防火要求。其次，設計好相應的分割結構。通過這種方式則能夠在火勢發生之后將其控制在有效的空間之中并限制其擴大蔓延。對此經常使用的方式就是對樓板的垂直設計以及單元墻的水平設計等等，其不僅能夠對煙霧、火勢的蔓延程度降低，還能夠為建筑居民獲取更多的逃生時間。最后，還應當設計建筑的疏散結構。由于在高層建筑中疏散路線為垂直型，且在發生火災時電梯會斷電并當煙火蔓延的過程中使其成為逃生死角。所以應當將樓梯設置為疏散通道，并對建筑內防煙區要以及雙向疏散通道進行合理的設置，從而當火災發生之后加大居民的逃離速度。

3 結束語

總的來說，隨著目前我國城市中高層建筑數量的增多，使得人們更應當對其建筑結構設計過程中存在的問題引起更高的重視。上文對于高層建筑結構設計中存在的問題進行了一定的分析，并提出了相應的解決策略。在實際結構設計的過程中，也可以以此為參考，從而以更為合理、全面的結構設計對高層建筑的安全穩定作出保障。

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