超高層建筑結構設計問題及對策研究

竇鵬，劉娟

（1.淄博市規劃設計研究院有限公司，山東 淄博 255000；2.淄博建衡工程檢測有限公司，山東 淄博 255000）

1 引言

在設計超高層建筑時，不僅要體現出建筑的觀賞價值，還要融入當地的特色文化，設計人員可以采用現代設計方式進行超高層建筑設計。在設計超高層建筑時，建筑的結構非常關鍵。進行結構設計時，設計人員可以加入一些自己的設計理念，對超高層建筑的結構進行優化。同時，在進行結構設計時，也會遇到一些問題，影響結構設計的質量，如果不能及時解決，會拖慢超高層建筑的建設速度，還可能埋下安全隱患。因此，設計人員要不斷充實自己，遇到問題時，能結合自身的經驗，及時處理問題，并找到問題產生的原因。

2 超高層建筑結構設計優化原則

與普通的高層建筑相比，超高層建筑的高度更高。要想保證超高層建筑結構的設計質量，設計人員要充分考慮建筑物的穩定性、抗震能力和承載能力。另外，設計人員還要根據超高層的高度，對抗側力結構體系進行合理選擇，考慮荷載的傳遞路徑，計算地震產生的荷載，從而防止在超高層建筑出現坍塌、扭曲和扭轉等狀況[1]。

在進行結構設計優化時，設計人員要遵循以下幾項原則：

1）經濟性原則。超高層建筑建設期間，會用到大量的材料，材料購買時會花費大筆資金，建設期間如果受到外界因素的影響，也會出現經濟損失。為此，設計人員在進行結構設計優化時，要秉承經濟性原則，設計期間要做好該預算管理工作，為企業爭取最佳經濟效益。

2）安全性原則。在設計時，設計人員要將安全放在首位，秉承安全性原則，確保建筑結構符合規定的安全標準。

3）功能性原則。設計人員在設計時，要秉承功能性原則，對超高層建筑的各項功能進行完善和優化，給人們帶來優質的居住體驗。

3 超高層建筑結構設計的注意事項

根據建筑相關條例規定，建筑高度大于27.0 m的住宅建筑和建筑高度大于24.0 m的非單層公共建筑，且高度不大于100.0 m的。為高層民用建筑；建筑高度大于100.0 m為超高層建筑。無論從哪個角度來講，超高層建筑都比高層建筑復雜。在設計時，設計人員需要根據建筑的用途以及周圍環境進行設計。超高層建筑內存在很多空間，設計人員要合理規劃這些空間，做好空間布局工作。在進行結構設計時，設計人員不僅要考慮室內布局，還要考慮建筑的承載性能，其中包括橫向承載力、水平承載力等。設計人員要制訂一份完善的結構設計方案，在制訂方案時，不僅要考慮到方案的可行性，還要考慮超高層建筑的穩定性和安全性。在進行結構設計時，設計人員還要做好消防設計工作，要按照相關標準規劃建筑內的通行路線，注意樓梯和電梯的數量和位置，確保火災發生時，能夠及時疏散居民，保障居民的生命財產安全[2]。

4 超高層建筑結構設計中出現的問題

4.1 設計人員的綜合素養有待提高

在進行結構設計時，設計人員的專業水平不夠高，出現失誤，將會導致設計方案存在漏洞。如果工人按照有誤的方案內容進行施工，很容易引發安全事故。經過筆者調查了解到，大部分設計人員缺乏實踐經驗，在設計時容易忽略一些細節方面的問題，導致實際建設期間出現一些突發事件。因此，設計人員要結合實際情況，調整圖紙的內容。另外，在繪制設計圖紙時，設計人員沒有做好考察工作，導致圖紙的內容與實際有所出入，工程被迫停工，這會影響工程完工的時間。又如，在進行結構設計時，設計人員沒有考慮到結構的承重性，在后續建設時，很容易出現建筑坍塌的情況[3]。

4.2 消防設計有待加強

大部分建筑內都會有地下車庫，車庫內存在很多車輛，車輛內含有大量汽油，如果火勢蔓延到地下車庫，很容易發生爆炸。在進行消防設計時，設計人員沒有在超高層建筑內設置足夠的消防設施，當危險來臨時，無法利用消防設施滅火。另外，消防逃生通道的設計位置比較隱蔽，當火災發生時，人們無法快速逃離。因此，超高層建筑的消防設計水平提升工作，是設計人員首要解決的問題。

5 如何進行超高層建筑結構設計

5.1 抗震設計

在進行結構設計時，設計人員要做好抗震設計。我國對超高層房屋的抗震等級有著明確的規定，設計人員要按照規定進行設計。設計人員要仔細研究建筑的抗震結構，提出抗震結構設計方案。方案制訂完畢后，要交由有關部門審核，檢查方案的可行性，方案通過后，工作人員方可按照方案的內容進行建造[4]。

5.2 防風設計

建筑在使用過程中，很容易受到外界因素的影響，這些因素有可能是人為因素，也有可能是自然因素。建筑物在使用時，會受到自然侵害，部分地區風沙較大，會對建筑造成影響。風力隨時都會發生變化，如果風力較小，對建筑的影響微乎其微，如果風力較大，會對建筑產生一定的影響，容易造成建筑結構外皮脫落等情況。為了防止上述情況發生，設計人員要做好防風設計工作，在設計時要調查該地區目前所產生的最大風速，根據調查的結果進行防風設計。

5.3 消防設計

在設計時，設計人員要做好規劃工作，在建筑物內要設置防火分區，當火災出現時，能夠更好地防止火勢蔓延。在進行超高層建筑設計時，要將防火性較強的材料運用到超高層建筑當中，并在每個區域內安裝感應式防火卷簾門，當火災發生時，卷簾門會受到感應，及時關門，防止火勢蔓延。在設計防火卷簾門時，要注意卷簾門要緊貼墻壁房梁，二者之間不能存在空隙，否則火勢會蔓延到其他區域。防火卷簾門在一定程度上能夠減緩火勢蔓延的速度，能夠為消防人員爭取到更多的救援時間。設計人員要在建筑內設計排煙管道，火災發生時，會產生大量的濃煙。為了防止居民吸入大量的濃煙，設計人員要做好排煙設計工作，將排煙通道放置在墻體上方，當火災發生時，人們能夠快速找到排煙通道并打開。在設計建筑墻體時，設計人員要按照防火規定進行設計，確保墻體的防火性能達到規定的標準。

5.4 節能設計

超高層建筑在建造過程中會用到大量的材料，也會消耗大量的能源。目前，我國能源消耗量過大，漸漸開始出現能源緊缺的情況。因此，在設計時，設計人員不僅要注重結構設計，還要加強節能設計。節能設計就是在設計過程中貫穿節能理念，在建造過程中，要使用節能設備，減少能源消耗。設計人員要使用綠色材料進行建造。設計人員可以將太陽能、風能等清潔類能源運用到超高層建筑當中，可以在建筑頂部安裝太陽能電池板，為居民提供電能，在建筑內設計多個通風口，保持室內空氣流動，在夏季時，降低室內的溫度。

5.5 做好受力性能分析

在超高層建筑結構設計時，最關鍵的就是建筑的受力性能。在設計時，設計人員一定要將建筑的受力性能考慮在內，結合建筑的內部結構以及實際高度，明確受力點，在選擇材料時，也要選擇承重性能較強的材料。如果超高層建筑的受力性能達不到規定的標準，會影響超高層建筑的使用安全，在后續維護時，也會增加維護成本。因此，在設計過程中，設計人員要對超高層建筑的受力性能進行深入分析，明確超高層建筑結構的作用力，并對當下的設計方案進行調整和優化，通過優化設計方案來提高超高層建筑的受力性能。在設計時，設計人員還要注意超高層建筑受力不均的問題，通過對承重墻、梁以及柱進行計算統計，來解決超高層建設設計受力不均的問題。設計人員要對平面設計圖進行詳細分析，確保超高層建筑整體結構的荷載分布均勻，確保建筑的使用安全。在設計期間，設計人員可以應用BIM技術，采用空間分析法，將平面計算簡圖和BIM技術結合起來，將圖紙以三維的形式呈現出來，這樣可以從根本上解決建筑在受力性能方面的問題。

5.6 重視結構自重問題

在設計時，設計人員需要明確超高層建筑自身的重力荷載情況，根據所了解到的情況，選擇適合的樓板，確保樓板的承重性能可以滿足超高層建筑的設計和施工需求。設計人員通過對樓板進行組合，減少樓板所承受的重量，同時也能加快施工的進度。在進行設計時，一定要明確組合梁的施工步驟和順序，通過樓板以及組合梁，來解決超高層建筑在自重方面的問題。除此之外，還要重視內部的構件，注意構件與框架之間的銜接處，在施工時，如果發現構件變形，要及時更換，在選擇連接方式時，可以選擇聯合應用鉸連接和桁架腹桿延遲連接方式，這兩種方式能夠對變形的構件進行改善，通過改善變形構件，來減輕構件所承受的重量，減輕超高層建筑的自重，從而提高超高層建筑的建設質量。

5.7 提高設計人員的專業素養

超高層建筑結構設計時，設計人員的專業素養非常重要，關系到建筑結構的整體排布。要想增強設計人員的專業素養，就要對設計人員進行培訓，增強設計人員的專業能力，在設計之初，要讓設計人員進行現場勘察，明確超高層建筑結構設計要求，使其按照相關要求完成設計工作。在培訓時，可以聘請專家前來培訓，企業可以與相關高校達成協議，定期為企業輸送設計方面的人才。此外，在人才管理過程中，企業領導要改善人才管理的方式，通過管理來提高設計人員的專業素養。

6 結語

綜上所述，我國建筑企業發展速度不斷加快，建筑企業的規模不斷擴大，建筑的種類不斷增多，超高層建筑就是其中之一。在進行超高層建筑結構設計時，設計人員主要從抗震、防風、節能、消防、地基方面進行設計，在設計過程中，要明確結構設計的要點，同時，還要找出超高層建筑結構設計中出現的問題，在結構設計方面，主要出現的問題一個是設計人員的專業素養有所欠缺，還有就是在消防設計方面會出現問題，設計人員可以從這兩個方面入手解決。此外，設計人員還要明確超高層建筑結構設計優化原則以及注意事項，按照相關標準做好超高層建筑的結構設計工作，確保超高層建筑結構設計的質量，促進我國建筑行業的發展。