高層建筑結構設計常見問題與解決措施研究

摘" 要：伴隨著我國城市化發展水平的提高，大城市持續新增高層建筑物，此類建筑能夠緩解大城市用地緊張的難題。高層建筑物的結構設計一直以來都是本領域關注的焦點問題，如果處理不得當，可能會影響其結構的穩定能力，甚至引發嚴重的問題。為了促進高層建筑物結構部分的設計更加科學，文章對其設計過程中的共性問題實施了深入研究，并且給出了適當的解決方案，期望能夠為提升高層建筑結構設計的品質提供一定的參考價值。

關鍵詞：高層建筑結構設計;結構穩定性;解決方案

中圖分類號：TU318" " " "文獻標志碼：A" " " " "文章編號：2095-2945（2021）13-0057-03

Abstract： With the improvement of the development level of urbanization in China， high-rise buildings continue to be added in big cities， which significantly alleviate the problem of land shortage in big cities. The structural design of high-rise buildings has always been the focus of attention in this field. Therefore， if not handled properly， it may affect the stability of its structure， and even cause serious results. In order to promote the design of the structural part of high-rise buildings more scientifically， this paper makes an in-depth study on the common problems in the design process， and gives appropriate solutions， which are expected to provide some reference value for improving the quality of structural design of high-rise buildings.

Keywords： structural design of high-rise buildings; structural stability; solutions

伴隨著我國經濟的高速發展及城市化進程的不斷加快，現階段，國內的建筑領域正在朝著高、大的趨勢迅速轉變。高層建筑物和常規的低層建筑物相比較來講，其主體結構更加復雜，設計過程中需要考慮的因素也更多，不但需要考慮相關建筑物總體比例之間的聯系，用來保證建筑物具有足夠的穩定性，同時還必須著重關注地基的沉降效應、風力對于建筑主體結構的影響，環境溫度驟變以及地震等等外界環境因素對于建筑物主體結構穩定性的各種影響。高層建筑物主體結構設計方案的科學性與合理性，對于高層建筑物的施工作業的過程有直接影響， 并且還可能對后期的日常保養帶來諸多不便。因此，高層建筑結構的主體設計工作的難度相比普通建筑物來講更大，在其主體結構的設計過程中的一些難點，如果不能妥善處理，可能會嚴重影響高層建筑物結構設計的最終品質。因此，本文針對高層建筑物主體結構設計過程中的難點及相應的解決方案實施了深入研究及分析，借此促進高層建筑物主體結構設計工作的持續優化，提升高層建筑物的主體結構設計水平。

1 高層建筑物建造相關技術現狀

1.1 主體結構的支護技術

在高層建筑物建造的過程中，需要大量的資源，然而從目前的情況看，城市現有的資源不斷減少，甚至枯竭。針對高層建筑物來講，在城市的現代化發展進程中發揮著關鍵的作用。過去的經驗及設計模式有的難以符合現階段的高層建筑設計工作的實際需要，因此需要配合工程實際狀況對建筑設計技術實施行之有效的創新模式，特別是對于支護技術來講，必須兼顧建筑結構的安全穩定及實用性等多個設計準則[1]。

1.2 鋼筋結構連接技術

相關工程現場操作人員在對鋼筋進行綁扎時需要重點關注如下幾個問題。第一是針對鋼筋之間的距離需要使用分級的模式實施設計，順著主梁外側排布額外箍筋，箍筋間的距離大約是50.5mm，針對已經完成的底梁模板，需要配合現場實際狀況劃出箍筋分級線，排布在主梁的底部。豎向承受載荷的鋼筋與架立筋進行連接進而構成主筋。依照初始設計技術要求中所設定的鋼筋數量，進行箍筋的擺放。在實施穿鋼筋工作的進程中，必須明確在縱向鋼筋首先實施貫穿工作的方向，并且由編制豎向間實施逐步穿入，縱向鋼筋插入底座的尺寸必須符合實際需求。高層建筑鋼筋連接技術如圖1所示。

1.3 水泥混凝土保溫及養護技術

相關工程現場操作人員預先在水泥混凝土表層嚴密覆蓋一層塑料薄膜，對其表面實施保濕養護，塑料薄膜上方再次進行嚴密覆蓋工業毛氈，該層毛氈的厚度為45.5mm，其對于底板起到保溫養護的作用。水泥混凝土在澆筑施工進行到設計標高以后，首期抹壓完工以后馬上對水泥混凝土進行養護，水泥混凝土保濕養護所采用的塑料薄膜采用厚度尺寸較小的一次性塑料薄膜，兩張相鄰的塑料薄膜的搭接位置必須實施行之有效的拼接措施，搭接的寬度尺寸需要>205mm，該解決方案可以確保養護薄膜整體不發生漏風的問題。

2 高層建筑物建造相關技術優化措施

2.1 關注新型施工技術的大力推廣

相關工程技術人員在設計進程中，需要配合工程實際科學應用有關新型技術，這種情況對于國內高層建筑的建設工作會發揮非常關鍵的輔助作用，可以確保實際施工品質，符合要求。站在設計部門的角度上來講，可以配合施工現場實際狀況酌情把新型實用技術使用到工程實踐中，確保相關新型技術在高層建筑領域后期建設過程中獲得有效推廣。

2.2 加強專門人才培養

站在建筑設計企業的角度來講，必須持續根據現實需求強化針對設計人才的培養力度，確保該類人員的綜合知識系統可以獲得大幅度提高，從而更加科學地把相關專業知識運用到實際設計工作之中，確保相關工程技術人員對新型技術的有效利用。在日常的設計工作中，需要配合現實需求推進相關新型技術方面的教育培訓，保證全體員工均能主動參與相關內容的教育培訓，確保相關工程設計人員清晰掌握本人的工作方向，與此同時確保工作目標得以實現。

2.3 借助現代化高科技方法

相關工程技術人員在實施高層建筑物規劃進程中，如果把先進的科技方法運用到其中，那么對全部規劃流程的改進及工程施工品質的提高均能發揮關鍵的作用，其不僅可以確保工程施工作業品質符合相關技術要求，還可以提升設計工作的綜合效率，是適應現階段需要的關鍵方法，因此站在工程設計人員的層面來講，需要配合現場實際狀況結合傳統的設計方法及領先的科技方法行之有效地運用到設計工作中[2]。

3 高層建筑主體結構設計過程中的常見問題

3.1 高層建筑主體結構扭轉問題

建筑工程設計過程中的“三心”分別指的是：剛度中心、幾何形心及結構重心，只有滿足“三心合一”的狀態才能確保建筑物主體結構安全穩定。然而在實際施工作業過程中受到現場地基狀態及建筑物主要功能規定等條件的制約，許多高層建筑物外形多數呈現不規則形狀，建筑工程設計過程中沒能實現“三心合一”的狀態，導致建筑物主體結構產生扭轉的情況，甚至出現結構損壞。

3.2 高層建筑主體結構抗風問題

因為高層建筑物具有層數多及高度高的特點，氣流經過高層建筑物主體時，極易發生空氣動力學相關效應，或因為氣流在建筑物表面的流動性狀態發生改變，導致高層建筑物主體結構中剛度較低的部分在氣流的作用效應下發生震動現象，危及高層建筑物主體結構的安全穩定性。因此，相關工程技術人員在進行高層建筑物主體結構設計的過程中，必須考慮抗風結構的相關問題，確保高層建筑物主體結構抗風能力符合結構安全穩定的要求[3]。

3.3 高層建筑主體結構抗震問題

在高層建筑物主體結構設計過程中，結構抗震設計是一個關鍵點，通常由于工程設計人員職業素養不足及缺少應變能力，忽視了高層建筑主體結構抗震的科學設計。或者，相關工程技術人員在進行高層建筑物主體結構抗震設計校核的過程中，因為計算過程中的錯誤減少抗震設計的科學性。假如發生地震，高層建筑物抗震設計無法符合建筑結構的抗震規定，就有可能出現嚴重的損壞，導致嚴重的人員傷亡及經濟損失。

3.4 高層建筑主體結構消防問題

依據國內現有的有關規定及法規，高層建筑物主體結構需要具備完善的消防安全系統。但是，在高層建筑物主體結構設計中往往存在被困人員撤離難度大、火災蔓延速度快及排煙系統規劃設計布局困難等問題，假如無法徹底的解決這類問題，無法確保相關高層建筑物的消防安全。高層建筑排煙系統如圖2所示。

4 高層建筑主體結構規劃設計過程中的難點應對方案

4.1 合理安排建筑物的布局

工程設計人員在進行高層建筑物主體結構設計的過程中需要依照地基具體情況及建筑物的主要功能需求等等條件科學設計高層建筑物的外型，最大限度地使用相對來講比較規則的幾何形狀，比如圓形或者矩形等等，科學布置建筑物平面布局，盡量確保高層建筑物重量處于均衡分布的狀態。在高層建筑主體中設計抵抗側向應力的構件，防止建筑主體結構發生扭轉的情況。例如在高層建筑物內部的凹角部位避免設計樓梯間及電梯間，保持建筑物主體結構內部的剛度載荷分布處在相對均勻的狀態，防止高層建筑發生扭轉的狀況。

4.2 科學選取計算參考圖紙和相關結構模式

工程設計人員合理選取計算參考圖紙是確保高層建筑主體結構設計結果安全的基礎。在建設方案選取時需要使用和計算參考圖紙相對應的方案，在進行構件的結構節點的規劃設計時，必須保證計算參考圖紙的誤差值控制在規定的范圍之內。另外在選取建筑物主體結構的設計方案時不但需要參考其外觀形狀，還要參考相關設計方案的可行程度及經濟指標是否合理，選取的設計方案需要符合建筑主體結構外觀及內部結構的相關規定和需求。特別是對于荷載及其受力情況進行設計的時候，需要遵照傳力系統簡明、受力狀態均勻清晰的設計準則，防止出現受力集中導致建筑物的主體結構剛度受到影響的情況[4]。

4.3 科學設置抗風的相關結構

相關設計人員為了讓高層建筑物的抗風設計符合穩定性方面的標準，在抗風結構的設計過程中需要完成如下優化設計的工作任務：

（1）基礎優化。只有基礎堅實，上方的建筑結構才可以安全穩定。因此，高層建筑物的基礎設計過程必須科學選定混凝土的級別和配比，使用級別和配比較高的砂石，加大基礎持力層厚度尺寸，增加抗拔錨桿用來提升基礎的穩定性。抗拔錨桿如圖3所示。

（2）減輕氣流的水平荷載和風力對于結構穩定性帶來的影響。風力可能使得高層建筑內部出現水平的內應力，此應力和風的水平荷載合成后，會對高層建筑的穩定性帶來破壞。因此，高層建筑物必須采用高性能的水泥混凝土原材料，杜絕產生結構的內應力。

4.4 重視建筑物的抗震設計

高層建筑物的抗震方面可應用如下方案：

（1）在高層建筑物內部進行科學排布抗側力的結構件。高層建筑物主體結構保證水平層面對稱性的條件下，可在某種程度上減少建筑物在地震過程中被破壞的概率。因此，需要合理設置高層建筑內部的水平層面結構件，使得應力分布狀態得以形成，增強高層建筑物主體結構連續性特征。并且增加豎向的側力結構件，提高建筑物的抗震等級。

（2）增強地基結構的抗震等級。高層建筑物的地基結構在地震發生的時候容易被破壞，導致建筑主體發生更大的損傷。可增加高層建筑物樁基的深度數值，保持其余上部結構保持良好的聯動特性，進而增加建筑物的抗震等級。

4.5 加強消防安全方面的優化設計

（1）依據建筑物的周邊條件科學設計防火結構的間距。

（2）采用阻燃的建筑原材料，強化建材的耐火性能。

5 結束語

本文對于高層建筑物主體結構設計過程中的扭轉、防震、抗風、消防安全等難點問題，給出相關的解決方案，優化了高層建筑主體結構的設計過程，提升了高層建筑主體結構的安全穩定性。設計人員需要持續強化建筑結構設計改進力度，推動高層建筑物結構設計能力提升，滿足城市發展的需求。

參考文獻：

[1]羅曉清.高層建筑結構設計特點及常見問題分析[J].科技創新與應用，2015（33）：249.

[2]郭峰，梁利生.高層建筑結構設計的問題及解決措施方案應用[J].科技傳播，2013，5（13）：135-136.

[3]宋志瑜.建筑結構設計中常見問題與解決措施分析[J].城市建筑，2014（4）：66.

[4]徐建道.高層建筑暖通設計的常見問題及應對措施[J].河南科技，2015（21）：131.