淺談如何做好高層建筑的結構設計

吳中東

【摘要】隨著科技的發展以及社會的進步，導致城市中出現大量的高層建筑，高層建筑與普通建筑相比，在結構設計上更加的復雜，對高層建筑進行結構設計時存在諸多難點。如何更好的對高層建筑進行結構合計成為大家思考的問題，本文基于這一背景，首先對高層建筑結構設計的原則進行總結，然后對當前高層建筑設計中的重難點進行分析，最后針對這些問題提出相應的解決方案。

【關鍵詞】高層建筑；結構設計

引言

近年來，我國城市化進程不斷往前快速推進，越來越多的人口進入到城市，給城市帶來了越來越多的居住壓力，為了解決這一問題，越來越多的高層建筑開始修建，但是高層建筑在扭轉、抗風、抗震和消防等方面存在諸多難點，所以我們在金星高層建筑結構設計時需要認真分析和解決這些問題。

1、高層建筑結構設計原則

1.1選擇合理的建筑結構簡圖

我們在進行高層建筑結構設計時，都需要在計算簡圖的基礎上進行結構設計計算，如果結構簡圖選取的不合理，那么就容易產生計算錯誤，最終導致高層建筑的結構產生事故，所以選取合理的建筑結構簡圖是我么保證建筑結構安全的基礎。

1.2合理進行建筑基礎設計

由于高層建筑的上部荷載較大，所以我們要合理進行建筑基礎設計，首先我們要對高層建筑上部的結構和荷載進行分析，其次要根據施工條件以及其它因素的影響制定合理的基礎方案。通常情況下進行高層建筑設計都有完善的地質勘查報告和相應的地基變形試驗。

1.3選擇合理的建筑結構方案

對高層建筑進行結構方案設計時，一是需要考慮經濟性的因素，因為高層建筑的投資較大，稍微進行優化就能節省大量資金，二是結構形式和結構體系要科學布置，最簡單的要求就是傳力要簡單，結構受力要明確。另外結構進行設計時還需要與其它專業如水、暖、電等專業相協調。

1.4對設計方案進行計算分析

如今隨著計算機技術的快速發展，各種輔助設計和計算軟件開始在建筑設計領域運用，可以對設計方案進行計算的軟件有很多，我們應當根據工程的實際情況，參考軟件的特點選用合適的軟件進行計算，另外得到計算結果后，結構設計工程師還需要根據計算機的計算結果對設計方案進行相應的調整和校核。

2、高層建筑結構設計的重難點

2.1扭轉問題

建筑結構的幾何形心、結構重心和剛度中心被我們稱為“建筑三心”，我們進行高層建筑設計時，一定要盡量讓這三心盡可能重合于一點，這讓才能保證建筑不出現扭轉問題，否則在建筑物承受水平力的情況下，建筑結構很容易受到破壞。

2.2抗風問題

由于高層建筑高度高，所以承受的風荷載不容忽略，這種風荷載既有靜荷載也有動荷載的效果，這種動荷載對高層建筑的結構部分都有很大的影響，所以我們在進行高層建筑結構設計時需要考慮抗風的問題。

2.3抗震問題

抗震問題一直是我們進行高層建筑結構設計的一個難點，困難的原因主要在于高層建筑的結構過于復雜時，使得我們當前在進行抗震設計時計算的結果不精確導致結構在抗震上不完善，最終引發高層建筑在地震時出現破壞。

2.4消防問題

高層建筑的消防設計較難的原因是由高層建筑的特性導致的，主要問題有五點：一是高層建筑使用了大量的易燃材料；二是高層建筑一旦發生火災，火勢很容易蔓延，而且難以救援；三是高層建筑由于結構特性所致，而且高層建筑的人較多，所以發生火災時疏散能力較差；四是高層建筑的排煙系統設計難度較大。

3、如何更好的做好高層建筑結構設計

3.1合理平面布局

合理平面布局的目的在于減少扭轉問題，而產生扭轉問題的原因在于高層建筑的三心沒有合一，所以我們在進行高層建筑設計時應盡量選擇規則的平面圖形，如長方形、圓形或正多邊形等，另外在滿足高層建筑使用需求的基礎上盡量讓建筑的結構對稱，不要出現過多的突出部分。

3.2優化抗風結構

針對高層建筑的抗風問題，我們可以從四個方面來進行優化：一是基礎優化，高層建筑只有具有牢固的基礎，才能保證高層建筑的抗風性，在進行基礎持力層設計時可以適當的設立抗拔錨桿增；二是要減小風荷載對高層建筑的影響，盡可能控制水平力對建筑物的影響；三是增大結構的承載力和抗風力，可以在設計時適當的設定一個放大系數來保證結構的抗風性能。

3.3優化抗震結構

根據現在對高層建筑設計的經驗以及對多個高層建筑設計實例研究來看，可以采用以下四種方式來進行建筑結構抗震優化：一是合理布置抗側力構件，讓建筑物在水平方向保持對稱能夠有效的提高建筑物的抗震能力；二是要增強高層建筑的地基抗震能力，通過對高層建筑遭遇地震破壞的特性來看，很多都是在地基處發生破壞，所以可以適當的增大樁基埋深以此來增強樁基與上部結構的聯動性；三是增強剪力墻的性能，這樣在發生地震時，剪力墻可以吸收地震在建筑物內部產生的力，具體措施可以增強樓板或墻體的剛度；四是對結構構件進行優化，保證結構的對稱，同時讓柱子和樓板進行一體化設計，這樣可以增強結構的連續性和抗震能力。

3.4消防結構設計優化

隨著高層建筑不斷出現火災和恐怖襲擊事件，而且帶來巨大的傷亡和財產損失，使得高層建筑的消防設計越來越重要。對消防結構設計優化的方式主要有三點：一是控制好防火結構間距控制，在不影響建筑使用的情況下盡可能加大防火結構間距；二是控制好材料使用，盡量少使用易燃材料，多使用耐火材料；三是做好高層建筑的疏散系統，由于高層建筑為垂直疏散系統，所以很容易出現疏散效率低下的情況，針對這種情況，可以通過設立雙通道疏散，另外對增設耐火區、防煙區和避難層，增強高層建筑的消防能力。

結論：

高層建筑是今后修建建筑的趨勢，未來將會修建更多的高層建筑，但是現在高層建筑在進行結構設計時還存在各種不足，所以搞清楚如何優化高層建筑的結構設計具有很強的現實意義。隨著我國在高層建筑上的不斷發展，高層建筑對結構的要求也會越來越高，高層建筑結構設計面臨的挑戰也將越來越多，但是我們可以從扭轉、抗風、抗震和消防等方面來對高層建筑的結構設計來進行優化，這樣有助于提高我們高層建筑結構設計的質量。

參考文獻：

[1]柳郁.對小高層建筑結構設計若干問題的探討[J].建筑知識：學術刊，2013（B01）：57-58.

[2]胡小青.小議高層建筑結構施工特點和施工技術[J].中國房地產業.2015.11