高層建筑設計的現狀與對策探討

聶延博

（中聯西北工程設計研究院有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

如今，我國經濟迅猛發展，高層建筑的房屋高度以及結構體系的發展與科學技術、經濟以及材料科學的發展有著非常緊密的關系。近年來。我國對城市形象以及土地使用的要求的變更，再就是我國對高層建筑關鍵性技術的控制力度，在很多城市當中高層建筑已經非常的常見，這就使得高層建筑的設計問題逐漸的引起人們的重視。建筑行業也隨著經濟的發展而高度發展，高層建筑已經成為城市的主角，因此人們在高層建筑設計方面需要做出巨大的思考以及突破。高層建筑的設計工作是尤為重要的，為了能夠將高層建筑的穩定性、安全性以及抗震性能提升上來，就需要將設計工作放在重中之重[1]。在對高層建筑進行設計的時候，需要確保設計方案的優良、設計簡圖以及分析計算結果的合理性，而且在設計的過程當中，需要把整個建筑工程的施工環節充分的考慮進去，這樣才能夠在一定程度上保障整個建筑工程的施工質量和效率。

1 高層建筑設計特點

1.1 水平荷載特點

在對高層建筑進行設計時，一個非常重要的環節就是水平荷載的設計，主要從兩個方面來對其進行設計特點的分析：首先是高層建筑自身重要與其承受荷載作用與豎向構件當中，建筑物荷載導致的彎矩、軸力數據以及建筑高度一次方是成正比的關系；其次，對于特定的高層建筑物，它的豎向的荷載能力是一個定值，但是在水平荷載數據看來，跟隨建筑物動力特性變化而變化的特點[2]。

1.2 軸向變形特點

在高層建筑物當中，其豎向荷載的數據相對來說是比較大的，所以豎向荷載的變化會減少連續梁中間制作出負彎矩值，進而使得建筑物端支座負彎矩值以及跨中正彎矩值變大。在對高層建筑進行設計的時候，需要根據軸向變形的情況來對相關的數值進行計算，而且對預制構件的下料長度數值也需要進行詳細調整。

2 高層建筑設計的原則

2.1 合理的簡圖設計

在對高層建筑進行設計的時候，最重要的就是簡圖設計，簡圖設計的要求相對來說也比較高。在利用簡圖進行設計時需要有精確的數據作為支撐，如果數據有誤差，就會使得設計出現一定的偏差，不合理。所以，在對其進行設計以前需要對項目場地進行詳細的勘察，保證數據的精確性，將簡圖設計的合理性提升上來，同時也能夠為后續的施工提供良好的數據支撐以及依據[3]。圖1 為高層建筑簡圖設計。

圖1 高層建筑簡圖設計

2.2 合理的基礎結構設計

高層建筑施工的重要依據就是基礎結構的設計，基礎結構對于建筑結構的穩定性以及安全性有著非常重要的作用。在對其進行設計以前，不僅僅需要對周邊的環境、地質條件以及水文情況進行勘探以及分析，更需要對周邊的建筑影響因素進行總結，然后選擇出最為合理地、可行性比較高的設計方案。

3 高層建筑設計中存在的問題

3.1 建筑高度設計問題

有很多建筑企業，為了獲取更多的經濟效益，會對原有的建筑設計的高度進行一定的調整，這樣一來就會使得建筑設計的高度比較高，不符合相關的標準。同時，如果建筑高度比較高的話，建筑的豎向負荷力就會相應的變大，如果基地的最大承載力度超出了豎向荷載能夠承受的范圍，可能會存在比較大的安全隱患。另外，如果建筑的高度超出標準，那高層建筑樓的抗震能力也會相應的減弱，自然災害的抵抗能力也會降低[4]。

3.2 防火安全問題

如今，我國高層建筑的防火設計依舊存在較多問題，像消防布局不合理、防火管理意識薄弱以及防火施工等問題。在正常情況下，高層建筑一般會設計自動滅火系統以及火災自動報警系統，如果發生火災，這些事故都是相互聯系的。但是，有很多高層建筑因為長時間不使用這些防火系統，就是使得這些系統折舊，有的系統甚至已經被破損，相關的管理人員對于火災系統的管理以及維護并不是很重視，這樣一來防火系統就不能夠充分的發揮其作用。圖2 為高層建筑防火系統。

圖2 高層建筑防火系統

3.3 建筑結構扭轉問題

在對高層建筑結構進行設計的時候，正常情況下會涉及質量中心、幾何中心自己剛度中心，在對其進行設計的時候必須要保證三心的協調與統一，這樣才能夠將建筑結構的設計目標實現。但是如今仍舊有很多建筑設計單位不能夠保證三心的協調統一，而且高層建筑又會受到水平力的影響，這樣一來就會使得高層建筑出現扭轉的問題，對高層建筑的質量以及安全都會產生嚴重的威脅[5]。

3.4 給排水消防設計問題

首先，我們對高層建筑當中的水管網試壓問題進行了分析。在排水系統當中最為重要的一部分就是消防給水管網，如果在給水管網當中，其設計的水壓達不到規范標準，以后的排水系統就沒有辦法正常進行，這樣一來就會發生試壓問題，如果情況比較嚴重的話就會對高層建筑的給水系統的正常運行產生嚴重的影響。再就是對消防電梯的設計問題進行了分析，有很多高層建筑的消防電梯存在一系列的設計問題，就像排煙口的安裝位置不合理、利用客梯代替消防電梯等等，這樣就使得高層建筑的消防電梯不能夠進行有效的規劃。如果高層建筑當中發生了火災，因為排煙口位置的不當就會使得煙氣的走向和疏散的方向一致，對居民的疏散造成嚴重的影響，對消防安全造成極為不利的影響。圖3 為高層建筑的給排水系統。

圖3 高層建筑的給排水系統

3.5 抗風設計問題

高層建筑需要充分的考慮抗風設計的問題，特別是一些風力級數比較高的城市，刮風天氣尤為頻繁，這樣就會影響高層建筑的整體的結構。高層建筑與多層建筑相比較，樓層高度比較高，可以改變風的流動性，在建筑設計時受到玻璃幕墻以及鋼架結構的影響，就會使得高層建筑的結構剛度比較小，如果沒有對風力以及建筑的抗風力度進行合理地推算，就會導致高層建筑的墻體、支撐結構以及裝飾物受到風力作用的影響，進而對高層建筑的整體性能產生一定的影響。

4 高層建筑設計問題的解決對策

4.1 加強建筑高度審查力度，合理調整其受力性能

想要解決高層建筑設計高度過高的問題，首先，需要站在監管部門的角度對其進行分析，要對區域高層建筑設計高度的審核以及監管進行加強，在相關部門審核通過以后才能夠進行施工。其次，為了在一定程度上避免一些建筑企業私自更改設計的高度，需要不定期的對高層建筑的施工進行核查。最后，調整好高層建筑結構的嵌固端受力值，這樣一來不僅僅能夠保證高層建筑的嵌固端位置滿足標準受力的需求，還能夠滿足高層建筑的抗震標準。就像在對嵌固端樓板進行設計的時候，可以加強對具體的設計工作的管理，與此同時注意上下樓層抗震等級的設計要保持一致。

4.2 提高高層建筑防火安全水平

高層建筑的相關設計單位需要建立比較完善的防火系統，怎樣在發生火災的時候有效的控制火勢的發展，在最短的時間內將火撲滅，這是我們重點要解決的問題。所以，我們需要對防火系統進行完善。在對高層建筑的防火系統進行設計的過程中，需要將內部構件的防火性能放在重中之重的位置，就能夠通過增添防火卷簾的措施，而且要定期的保證高層建筑配備的防火報警系統處于良好的狀態。除此之外，高層建筑設計單位也不能忽視防火工程施工的檢查工作，結合國家相關部門出臺的，像《建筑內部裝修設計防火規范》等，規章制度對消防技術的運用情況做好嚴格的監督，這樣才能確保各項防火規章制度有效落實到位。

4.3 提高高層建筑結構基礎設計水平

在對高層建筑的基礎結構正式設計之前，相關的工作人員需要提前對當地的水文條件以及周圍的環境做好調查工作，結合高層建筑功能的需求，把以上的調查數據作為建筑設計的依據，這樣一來就能夠在一定程度上滿足實際高層建筑的y 需求。另外，在對高層建筑的基礎進行設計的時候，要將建筑上部的結構類型分析作為重要的內容，對分析的結果進行參考，同時和高層建筑的荷載實際分布情況進行對比，從而采取一系列措施對高層建筑的基礎類型、深度等各項數據進行確定，將其作為設計的基礎。圖4 為高層建筑基礎設計。

圖4 高層建筑基礎設計

4.4 重視高層建筑排水消防設計關鍵點

在對高層建筑的給排水消防進行設計的過程中，設計人員一定要做好充足的準備，高層建筑給排水消防設計的要點主要在于數量，就像在高度超過100m 的建筑物當中，要對水槍的流量進行適當的調整，也需要對充實的水柱高度進行合理的推算；如果建筑物的高度小于100m，水槍充實水柱的高度應該控制在13m 左右[6]。除此之外，還要對排水消防栓的設計進行全方位的考慮，使得每一個環節都做好合理、高效，這樣才能將排水消防系統的作用充分發揮出來。

4.5 抗風荷載作用

在對高層建筑進行設計的時候，需要充分的考慮當地的自然氣候以及地址水文因素，對高層建筑的抗風荷載能力也要做好充分的計算。想要將建筑的抗風能力提升上來，就需要做好基礎部分的設計以及施工。也可以通過提升原材料的使用質量以及等級來提升基礎持力層的抗壓能力。在對其進行設計的時候，要提升砂石等原材料的等級，與此同時加設構件提升整體結構的穩定性。再就是，需要對樓體的輪廓以及投影的面積進行優化設計，對區域的整體布局進行合理地搭配，也能夠借助周邊的綠化等輔助設施改變風向以及風荷載，降低風荷載對高層建筑樓體的影響。

5 結語

總而言之，建筑工程的質量、結構的穩定性以及安全性和高層建筑的設計有著直接的關系，所以在對其進行設計的時候，相關的設計人員需要有嚴謹、認真的態度，分析高層建筑設計中可能存在的問題，針對這些問題需要制定行之有效的解決措施以及方案。在對高層建筑進行設計以前，相關的設計人員需要投身于建筑場地，勘察周邊的環境以及地質情況，為建筑設計工作提供可靠的數據支撐，同時也為后續工程的施工給予正確的指導以及規范。