高層建筑設計存在的問題及優化策略探討

梅斯景

引言

現代的高層建筑設計是一個長期以及復雜的過程。高層建筑設計應該滿足美觀、舒適以及人的安全要求。怎么樣才做出一個舒適以及安全，同時還符合人們的精神物質的需要，經濟上還實用的住宅設計，可以適應高層建筑的市場變化，滿足高層消費的需求，這些成為了高層建筑設計人員應該要解決的重要問題。這樣就要求了高層建筑的設計人員在工作當中應該嚴格地要求自己，不斷地學習一些新的規范，進而可以掌握一些比較合理的設計方法。而有的設計者為了別出心裁，只是追求一些效果，卻影響了人們的使用甚至還會影響到安全，在設計上出現一些不合理的現象是不可避免的。所以，對高層建筑設計當中存在的問題進行探討就顯得非常的重要。

1 高層建筑中設計的意義

高層的建筑大部分布置在城市當中商業比較發達的區域，這樣的地段街道本身的交通荷載就比較大，高層的建筑也不斷地增加這些街道交通的壓力，因此分布在這些街道的兩側高層的建筑應該盡可能地控制其高度以及層數，與此同時在規劃設計的時候應該對這樣的街道進行擴展，這樣就可以加大其通行的能力。就現在國內外抗震設計發展的趨勢而言，結構彈塑性的分析將會成為抗震設計的一個重要組成的部分，但是因為結構彈塑性分析比較復雜，在怎么樣進行計算以及怎么樣設定具體的問題上，每個國的做法也就不同。對于抗震設計而言，要求建筑的立面以及平面布置應該對稱以及規正，建筑的剛度變化以及質量的分布都應該比較均勻，如果不是這樣的話應該考慮到不利的影響。但是一些平面設計仍然存在嚴重的不對稱，一邊墻是落地承重，而另一邊則是柱承重，一邊的設計是大的房間，而另一邊則是小的房間，一邊的進深很大，而另一邊進深則非常小。高層建筑不恰當的尺度會對城市產生一些不良的影響，就會改變了城市的傳統歷史的文化，還會改變原來的城市每個構成要素之間的關系。

2 工程案例

工程項目：武漢某大廈，本工程為一類建筑，地下耐火極限為一級，地上耐火極為一級。防水等級：屋面防水等級為一級，地下室防水等級為二級。主要結構形式為，框架結構抗震烈度為Ⅶ級?？偨ㄖ娣e：24419m2，一層及標準層按1.5倍計容積率時，總面積為32092m2。建筑物高度為150m。

3 高層建筑設計的常見問題

3.1 能量

在外圍的護墻上多耗費的能量比較大，大約占總能量的25%左右，對于外圍護墻而言，其保溫效果弱的話就可以消耗比較大的能量。對于建筑環境的位置而言，對設計也會有一些影響。

3.2 季節

對于季節的不相同，高層建筑所需要的熱能也就不相同，冬季的風比較強，而熱量的損失就比較大，這就增大了冷空氣的滲透量，這樣使室內的熱量損失增大。因為建筑的一些部位處理的不恰當，墻體的內部就很容易產生冷凝的水。所以，對于高層建筑的保溫材料上的選用，建筑物構造合理性應該建立在可靠以及科學的基礎之上。

3.3 梁、板的計算跨度

梁板結構的意思是，用剛性支座代理梁，放在梁的中心線位置，這時候梁板就相當于截面板。如果梁是扁的的話，高度和厚度基本等同，長度和彎矩選擇梁中心位置即可，同時加上兩者的較大值配筋。

3.4 主梁有次梁處附加筋問題

基礎結構設計當中，在梁下部的作用力點附以鋼筋，做到集中荷載由另加的橫向鋼筋結構來承重。梁截面高度范圍不同，加不加筋對于主梁來說選擇也不同，當主次截面相差很大時，主梁就不用加鋼筋了，因為荷載較小，沒有必要。反而如果相差不大，次梁荷載相對來說較重，就需要添加附加鋼筋來分擔次梁的承重，實現安全性。針對箱、筏基礎底板跳板的陽角問題，如果說底板的鋼筋是雙排并且兩個方向同時有的話，陽角不能夠決不允許添加輻射筋。

3.5 風荷載

對于風荷載而言，也是高層建筑設計控制的因素，隨著高度不斷地增高的建筑物，風荷載的影響也就變得越來越大。在高層建筑當中除了地震的作用是水平力以外，重要側向的荷載就是風荷載，在荷載組合的時候常常起到了控制的作用。

4 高層建筑設計的優化策略

4.1 地基的基礎設計

工程造價的決定性條件是地基的基礎設計。所以地基的基礎設計必須保證萬無一失，步步驚心。高層建筑的基礎結構設計人員要想確保有這完善的基礎設計，要實施因地制宜政策，根據當地的條件和相關建筑政策調整設計內容。

4.2 荷載組合要求

采用點算程序化計算設計出地基承載力及各荷載組合的特點。當風荷載及地震效應導致高層住宅邊角地方豎向作用力大時，如果短期荷載等同于永久荷載，邊角的豎向結構就會偏大，而中間又是在原有的小值之上，地基墻體就會受力不均產生裂縫。組合地震作用及重力荷載時，應增大承載力，同時提高承載力的特征值在組合重力荷載和風荷載時。在設計時，設計人員要最大程度地降低地基變形和差異變形。

4.3 優化建筑位置設計

選址是高層建筑項目的重要組成部分。有必要考慮城市設施的空間布局，并最大限度地發揮對城市的影響。建筑物的位置選擇和定向設計是設計人員必須考慮的主要因素。在明亮的環境中，它有助于培養愉快和舒適的情緒。在建筑物的設計中，有必要讓建筑物根據當地的自然環境長時間面對光線，這可以減少用戶照明的消耗和資源的浪費。當提前設計太陽能使高層建筑物能夠接收到最大的陽光時，建筑物的位置和方向將被確定。由于我國大部分地區位于北半球，大部分建筑面向北方，面向南方。建筑物南側的窗戶必須盡可能大，而其他防御窗戶盡可能小。減少熱量損失，使用戶無需使用空調加熱等設施即可享受宜人的溫暖。

4.4 優化朝向設計

對于建筑的朝向，一般要求是冬暖夏涼。在我國，南向是最讓人滿意的建筑朝向，因為南向建筑接受太陽照射的時間較長，且夏季太陽高度相對較大。實際上，建筑設計無法確保全部房間均安排在南向。因此，每一棟建筑在選擇建筑朝向時，應緊密結合建筑所在地區的太陽輻射強度、常年主導風向及日照時間等因素進行。在我國，每年最熱的天氣一般是7月份，最冷的天氣在1月份，而夏季最熱時間為午后1～3時。結合太陽輻射強度與風速風向等因素分析后可得知：建筑位于南偏西150°至南偏東30°的區域內時，室內溫度較舒適；建筑處于南偏西30°與南偏東30°方位，其夏季太陽輻射強度最小。在南方地區，建筑朝向應避免日曬，且建筑門窗部位應適當設置遮陽設備。

4.5 建筑的空間

在建筑的空間尺度方面，一般遵循依形就勢的建造原則，較大的空間尺度，應該適應周圍的自然環境。此外在小尺度空間中，應符合人體工程學，人們居住起來居住體驗較好，且長期以來，木匠們經常使用，熟練度也較好，有效提高了房屋建筑的質量和速度，減少了事故發生的頻率。

4.6 運用當代科學技術的新設計

目前，低碳高層建筑設計主要采用物聯網，數字技術，仿生學等設計手段，發展建筑業的低碳理念。這些新理論和新技術的應用，改善了高層建筑的設計理念，保證了建筑的質量和效益。

4.7 充分考慮環境因素

一個建筑是否與周圍的環境相融合是很重要的，符合我國古代天時地利人和的思想。充分考慮當地的氣象水文和地質因素，深入了解影響工程質量的各種環境因素，在做完調查研究工作之后再開展各項設計活動。水文地質是一個在設計中很容易忽視的部分，然而它的地位卻不容撼動，地下水對巖層土層有著直接的重要影響，建筑物的穩定性和耐久性受到地下水文地質的影響比較大。尤其是高層住宅建筑，關乎到很多人的生命安全，更是要充分研究考察選址的地下水文和地質情況。

5 結束語

綜上所述，在設計高層的建筑當中應該充分地把握好各種尺度，結合人們的尺度，盡可能去滿足人使用的要求，一定可以創造出優美的外部造型。這應該要求建筑的設計人員在工作當中嚴格地要求自己，不斷地學習一些新的規范，掌握更為合理建筑設計的方法。在我國的規范制度還不夠完善的情況之下，高程的建筑業更應該嚴格的自律，在有限的規范限制之內，設計應該靈活轉變，對突然發生的狀況進行及時有效的應對，相關的人員應該提升自己理論的知識以及專業的知識來做出貢獻。