高層建筑設計常見問題分析

■劉俊才 ■佛山市城匠建筑設計院有限公司，廣東 佛山 528000

根據(jù)我國《民用建筑設計通則》(GB50352—2005)、《高層民用建筑設計防火規(guī)范》(GB50045－95)2005對高層建筑的定義，高層建筑是指10層及10層以上的住宅建筑和高度超過24米的公共、綜合性建筑。越來越多的社會實踐證明，高層建筑可以為社會發(fā)展帶來顯著的經(jīng)濟利益。高層建筑可以大幅降低建筑用地面積，從而減少城市建筑所占用地面積，減少市政建設投入;其次，可以明顯縮短建筑工期，提高社會效率。但是，相比于多層建筑，高層建筑由于其建筑的高度和層數(shù)明顯增長，從而導致其建筑結構設計、功能應用設計以及經(jīng)濟可行性均發(fā)生根本的改變。因此，在高層建筑設計過程中，存在一系列問題亟待解決。

1 高層建筑設計的基本原則

1.1 高層建筑的結構設計原則

高層建筑結構的設計是一個融合多學科、多領域的復雜科學問題。針對高層建筑功能性、美觀性、經(jīng)濟性、綜合性等具體實現(xiàn)目標，設計人員應制定不同的機構設計方案。但是，結構設計作為高層建筑設計的核心內容，其設計過程遵循根本設計原則大致相同:(1)充分考慮高層建筑所承載的垂向負荷和橫向負荷，以及其可能遇到風力和地震應力等各項不可抗力;(2)嚴格控制高層建筑高寬比例，以保證其結構穩(wěn)定性及美觀性。(3)高層建筑的平面或立面的質量和剛度應盡量保持對稱和勻稱，使整體結構中不存在薄弱環(huán)節(jié)。(4)提前考慮風力、地震、溫度變化或基礎沉降對建筑結構帶來的影響，并制訂相應的平衡措施。

1.2 高層建筑的綜合設施設計原則

每一個高層建筑所出的地理環(huán)境及其周圍建筑的影響都是各不相同的，這也就需要設計人員在進行結構設計時需結合實際條件綜合考慮:(1)建筑平面布局:整體建筑結構平面布局應嚴格遵守建筑間距(防火間距、采光間距)標準，并在周邊配套設施中配置有足夠空間的停車場等設施。(2)在滿足高層建筑對于所需功能的要求外，應該保證建筑各層的平面布局具有一致性，以滿足高層建筑的電氣線路規(guī)劃、取暖裝備、而告終設計管線和防火疏散措施可以批量進行設計。(3)科學規(guī)劃高層建筑的電梯、樓梯的數(shù)量和位置，以保證正常的生活工作秩序以及危險發(fā)生時的逃生效率。(4)高層建筑所需的各項建筑材料類型、配置等對于風力、溫度變化以及震動具有一定的抵抗能力。(5)在滿足高層建筑的使用性之后，高層建筑在設計過成中還應考慮周圍建筑的設計風格以及自身的美觀效果。

2 高層建筑設計常見問題分析

2.1 高層建筑結構設計中的高度問題

由于部分建筑施工單位片面追求經(jīng)濟利益的最大化，私自在建筑設計標準所規(guī)定的原有高度基礎上加大建筑高度，已達到所賺取利潤最大化的目的，從而導致一些高層建筑存在高度超標問題。由于高度的增高，增加了建筑結構的垂向負荷，超過了原有的地基所能承受的應力，導致建筑存在抗風力、惡劣天氣以及地震等自然災害能力差等一系列問題，嚴重危害建筑使用者的安全。因此，國家相關監(jiān)督審查部門應該加強對于高層建筑高度的審查力度，健全建筑設計抗震規(guī)范和高度規(guī)范，加大對于私自增加設計高度的施工方的懲罰力度，保障高層建筑的結構穩(wěn)定性。

2.2 高層建筑的嵌固端確定問題

高層建筑結構的嵌固端的確定對結構設計整體計算結果的真實性和準確性有很大的影響，因此正確選取結構嵌固端的設置位置，并使其做到與高層建筑的結構抗震性相協(xié)調，是高層建筑設計的一個重要環(huán)節(jié)。在合理確定嵌固端位置這個問題上，建筑施工方通常忽視了嵌固端的放置帶來的一系列次生問題，如嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協(xié)調等問題。因此，在確定嵌固端的位置時，應該綜合考慮多方面的因素，從而對嵌固端的位置做出最優(yōu)設置，避免由于嵌固端的錯誤放置帶來的一些施工安全隱患。

2.3 高層建筑設計中的抗震問題

從地理位置上講，我國處于地震頻發(fā)區(qū)，并且我國泥石流、滑坡、地面塌陷等自然災害發(fā)生率較高。因此，在高層建筑設計中，如何提高高層建筑的抗震性，成為建筑設計中最核心的問題。在抗震設計中存在的常見問題如下:(1)抗震構造柱布置不當。如外墻轉角處，大廳四角未設構造柱或構造柱不成對設置;以構造柱代替磚墻承重;山墻與縱墻交接處不設抗震構造柱;過多設置抗震構造柱等;(2)結構的平面布置。外形不規(guī)則、不對稱、凹凸變化尺度大、形心質心偏心大，同一結構單元內，結構平面形狀和剛度不均勻、不對稱，平面長度過長等。

2.4 高層建筑防火安全問題

隨著現(xiàn)代高層建筑高度的不斷增大，一旦發(fā)生火災，往往導致涉及范圍較廣，殃及整棟建筑，造成重大的財產(chǎn)和人身安全損失，因此如何解決高層建筑的防火規(guī)范問題是需要建筑方首當其沖解決的問題。

(1)高層建筑墻體防火材料的耐火強度和阻燃性。高層墻體的使用材料必須具有足夠的耐火強度和阻燃性，才能保證發(fā)生火災時墻體結構具有足夠的抗火能力和防火分區(qū)能力，從而將火災控制在最小的影響范圍。

(2)建筑整體布局應該暢通、安全。高層建筑必須配置有能夠保證一定人流量的樓梯設施，從而保證火災發(fā)生，電梯不能使用時，建筑內所有人員可以流暢的從該樓梯進行逃生。另外，樓道中還應配有相應的照明設施以及逃生指示圖，從而保證人員撤退時不會發(fā)生踩踏等事故，使得居民安全逃離危險。

(3)做好建筑物室內、外消防給水系統(tǒng)的設計，保證火災發(fā)生時，配備有足夠的消防用水量以及滅火設備所需的水壓。

2.5 高層建筑防雷擊的問題

為了加強高層建筑抵御雷電能力，高層建筑的設計方案必須針對雷電這一自然現(xiàn)象采取一系列防御措施，尤其是對于廣州這種多雷雨天氣的城市。事實上，在防雷系統(tǒng)設計問題上，通常按照“綜合治理，整體防御，突出重點，多重保護”的原則，充分依據(jù)高層建筑自己的建筑結構特點以及周邊配套設施，對高層建筑的頂端以及其它易受雷擊位置裝配避雷針或避雷網(wǎng)等有效設施，并輔以鋼筋混凝土這一接地裝置，將雷電對建筑的安全威脅降到最低。

3 結語

本文通過對高層建筑設計中出現(xiàn)的建筑設計高度、嵌固端放置、抗震、防火、防點擊等一系列常見問題進行分析研究，提出了相應的解決措施。高層建筑，作為我國建筑行業(yè)發(fā)展的主流設計類型，必將在以后的城市建設中占據(jù)越來越大的比例，這也就對高層建筑結構設計提出了更高的要求。在高層建筑的設計過程中，結構設計者必須嚴格遵守高層建筑的設計原則，綜合多方面的條件因素，全面提高高層建筑的實用性、功能性、經(jīng)濟性以及美觀等方面的標準。這對于建筑結構設計工作者本身的結構設計能力有著提高作用，同時也對于房屋建筑結構設計和施工的順利完成以及我國建筑行業(yè)的健康發(fā)展都有著促進作用。

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