高層建筑結構設計存在的問題及優化措施分析

宋 佳

（山東建大建筑規劃設計研究院，山東 濟南 250000）

1 建筑結構設計基本原則闡釋

建筑結構設計的優秀性主要通過安全性、經濟性、實用性以及美觀性等多個方面體現出來。一般來講，需借助設計各環節與因素保證建筑物功能的合理有序，增強結構可靠性與安全性。在結構設計中一般要遵循建筑設計，不應對建筑設計產生影響，且盡量與建筑功能需求相適應。另外，結構設計應處于建筑設計能夠實現的范圍，對安全加以把控，實現結構設計的經濟性與合理性目標。要想使建筑結構設計更加實用與安全，就必須明確設計的基本原則。

2 高層建筑結構設計中的常見問題

2.1 抗震問題

高層建筑抗震結構設計一直以來都是建筑結構設計中的一個難點。因為地震屬于自然因素，而每個地區的抗震設防烈度不同，計算得出的數據也并不是所有地區都適用，并且計算地震結構設計數據時，存在許多不確定性因素，加之一些設計人員的靈活性不足，不能很好地完善抗震結構設計。

2.2 超高問題

高層建筑從本質上說，是為了節約建筑用地，將建筑空間得到最大限度的開發。我國現行建筑規范規定，超過10層且高度＞27m的建筑極為高層建筑，＞100m則為超高層建筑，高層設計和差高層設計之間的結構設計具有較大的差別，如果高層建筑超過規范規定的線稿，就必須要按照超高層建筑標準進行結構設計。在高層建筑設計中，超高是一種較為常見的現象，主要是由于業主方過度重視經濟利潤，對相關制度的了解不夠，導致超高問題發生，甚至有些單位在明知建筑超高，還按照高層建筑結構規范對其進行設計，以降低建筑成本，獲取更高利潤。這種情況下，超高建筑結構的整體性、穩定性以承重情況均會發生變化，超高后不僅影響建筑整體質量，同時還導致建筑的抗震性能以及抵御外界環境影響的能力下降，給人們的生命財產安全帶來極大的安全隱患。

2.3 設計中結構扭轉問題

高層建筑物的高度決定了其在設計過程中，結構內部、外部會受到多種因素的影響，尤其是質量中心、剛度中心和幾何中心很難保持在一個統一的位置，造成了高層建筑結構扭轉的安全風險。另外，風荷載的影響，也是造成高層建筑結構扭轉的常見問題，在設計過程中，要綜合考慮各種因素，改善當前設計中的不準確、不合理現象，真正提升高層建筑結構設計的安全性。

3 高層建筑結構設計常見問題的優化措施

3.1 規范防震設計

建筑結構的優化設計，最重要的目標是提升整體結構的穩定性，減少地震等自然災害對人力、財力的負面影響。因此，在對建筑結構優化設計方案進行提升時，應當充分規劃結構中的防震設計，著重注意對截面高度的確定和調整。同時，需要對不同主軸方向和水平方向上的承重柱進行抗震防范分析與計算，充分考慮到整個建筑結構橫縱方向框架的穩定作用，不能有失偏頗，避免在實際設計與施工過程中出現配筋不足的現象。

3.2 結構計算參數優化

在具體設計中，必須加強對結構計算參數的優化。保證錄入計算機中的結構尺寸、規格、型號等相關數據都輸入準確，避免發生計量誤差。此外，尤其是在結構計算參數選擇時，需要結合住宅建筑工程結構的特性和實際情況，合理編寫計算程序，以保證結構設計優化的準確性。在整個住宅建筑結構設計優化過程中，不能只憑借計算機軟件技術分析計算，還要按照計算模型和設計人員的自身技術水平，通過“人機相互結合的方法”保證結構設計優化的可靠性。

3.3 科學設計結構縫

結構縫設計好壞是影響房屋安全的關鍵，要充分重視結構縫設計，對結構縫設計開展重點研究，提高設計水平與能力。所以說，相關的建筑企業要提高綜合實力，以質量為基礎，保證設計效果。那么，在實際設計作業期間，企業就需要全力投入，不能把眼光放在眼前，要保證房屋質量，提高對結構縫設計的能力，這樣，才能有效保證房屋穩定性，避免房屋建筑工程坍塌的情況。相關設計人員要以現場為指導，深入施工現場對各種數據進行復核，做好相應勘察與分析，在掌握大量科學數據的前提下，把握好工程量，做好結構縫設計。

3.4 創建有限元計算模型

在抗震結構設計過程中，要善于合理地應用有限元計算軟件。相比國內常用的結構設計軟件PKPM、YJK等采用2D建模結合3D視圖模型，Sap2000、Madis等真正基于有限元理論的結構計算軟件可更好地對結構內力進行分析，更真實地反映實際建筑結構狀態，得出更準確的結構計算結果。有限元分析是指利用數學近似的方法對真實建筑結構及載荷工況進行模擬，將建筑分為一個個簡單而又相互作用的單元，即可用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實建筑的一種分析方法。1）要根據建筑圖創建結構模型。在模型創建的過程中，要盡量減少模型與實際建筑物之間的差距，盡可能地保證模型的準確性。2）利用有限元計算軟件，對模型的抗震性能進行分析和計算，對模型的抗震性能進行檢測，根據計算結構完成結構設計確保結構的抗震性能。

3.5 優化抗震設計

設計建筑抗震結構的時候，要保證數據計算的準確，使得承重柱的橫截面積滿足標準要求。為此，在施工建設前應測驗預應力，使其能夠承受特定范圍的外界作用力。在設計階段，要求支柱、橫梁和剪力墻處于平衡狀態，以免設計出現剛度過強的情況，同時要具備變性能力，能夠根據外力對承受能力加以調節，并保護剪力墻，使得建筑抗震能力不斷增強。

3.6 優化高層建筑設計方案，避免超高問題出現

在對高層建筑進行結構設計之前，需要對施工現場及周邊環境進行勘察，明確地下水分布、地質結構情況、風雪荷載等，為建筑結構設計提供可靠的數據支持，確保建筑結構符合工程要求及現場實際情況。設計時需要嚴格按照我國現行設計標準及規范對高層建筑結構進行設計，合理選擇設計方案，并驗證其科學性、合理性，在掌握各方數據的情況下對設計方案進行優化，避免出現與實際情況不相符的現象，尤其避免超高。因此，在具體的結構設計過程中，設計人員需要在建筑高度允許的情況下，精確相關設計參數，為高層建筑施工提供依據，保證施工質量。

4 結語

總之，相對其他建筑，高層建筑結構更為復雜，因此，設計人員在設計過程中，應更加全面地考慮各方面的影響因素。同時，設計人員需要充分了解高層建筑結構設計特征，遵循高層建筑結構設計原則，善于發現并采取有效措施解決問題，防止出現質量或安全問題。高層建筑的安全性是重中之重，所以，設計人員不僅需要提高本身的專業能力，還應不斷積累經驗，進行創新突破，推進我國建筑行業的長期、穩定發展。