高層建筑結構設計探究

鄭州工業(yè)應用技術學院，河南 新鄭 451100

高層建筑作為時代高速發(fā)展的產(chǎn)物，其需求量不斷增大。為了滿足人們對建筑的外觀及功能性的需求，高層建筑結構的復雜程度和施工難度也在逐漸增大，如何在滿足建設需求的同時，設計出科學性、合理性以及可行性較高的建筑，成為當前設計師重點關注的問題。下面就針對高層建筑結構設計的作用及原則進行簡單的分析，并對其中存在的問題及對策進行探討。

1 高層建筑結構設計的作用

首先，滿足高層建筑架構需要，隨著建筑層數(shù)的不斷增高，建筑結構設計就需要考慮達到一定高度后建筑的應用需求問題，考慮如何進行上層建筑結構的架構。結構設計工作前期是對建筑的需求，如材料、結構以及應用效果等方面對結構進行設計和研究，但在確保滿足建筑整體結構的合理性和完整性的基礎上，設計出符合高層建筑特點及功能性需求的結構。

其次，滿足高層建筑的安全性和穩(wěn)定性需求。對于任何建筑來說，其穩(wěn)定性和安全性是判定建筑是否合格的重要指標，隨著建筑層高的不斷提升，對安全性和穩(wěn)定性的要求也隨之提高。若建筑結構設計方案具備科學性、合理性，則建筑的安全性和穩(wěn)定性就有了保障［1］。

最后，滿足建筑的應用性能。建筑結構設計應從用戶角度出發(fā)，豐富建筑的實用性和功能性，使得用戶能高效運用室內(nèi)空間。合理科學的結構設計能夠影響其結構空間的應用性能，因此，在設計時應著重注意。

2 高層建筑結構設計的原則

2.1 合理的簡圖設計

在高層建筑結構設計中，簡圖設計尤為重要，對其要求也比較高。簡圖設計需要精確的數(shù)據(jù)作為支持，若數(shù)據(jù)不準確，將會導致設計出現(xiàn)偏差，不合理。因此，在設計前需要對項目場地進行細致的勘察，確保數(shù)據(jù)的精確性，提高簡圖設計合理性的同時，也為后續(xù)施工提供了良好的數(shù)據(jù)支持和依據(jù)。

2.2 合理的基礎結構設計

基礎結構設計是高層建筑施工的重要依據(jù)，其對建筑結構的穩(wěn)定性和安全性有著十分重要的作用。在設計前，不僅需要對周邊環(huán)境、地質條件、水文情況等進行勘探分析，還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的、可行性較高的設計方案。

3 高層建筑結構設計中存在的問題及解決對策

高層建筑結構設計仍存在諸多問題亟待解決，筆者只選定了其中較為重要的三點進行分析，其他不再一一贅述。

3.1 存在的問題

3.1.1 超高問題

高層建筑從本質上說，是為了節(jié)約建筑用地，將建筑空間得到最大限度的開發(fā)。我國現(xiàn)行建筑規(guī)范規(guī)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(guī)范規(guī)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(xiàn)象，主要是由于業(yè)主方過度重視經(jīng)濟利潤，對相關制度的了解不夠，導致超高問題發(fā)生，甚至有些單位在明知建筑超高，還按照高層建筑結構規(guī)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(wěn)定性以承重情況均會發(fā)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(huán)境影響的能力下降，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來極大的安全隱患［2］。

3.1.2 沉降問題

高層建筑出現(xiàn)沉降，輕則建筑結構整體下沉，重則建筑傾斜倒塌。造成建筑物沉降的主要原因有：第一，地質條件引發(fā)的沉降。由于地質結構較為復雜，地基設計不合理，導致基礎斜面坡度較大，影響地基解耦股穩(wěn)定性，或是地基設計未能充分考慮地質和地下水情況，導致建筑出現(xiàn)不均勻沉降；第二，結構設計不合理，隨著高度的增加，建筑自重不斷增大，建筑物各部位受重不均導致不均勻沉降出現(xiàn)；第三，地下室設計時，未能合理配置底板筋，導致地下室結構承重能力下降，引發(fā)的不均勻沉降。

3.1.3 嵌固端設置問題

嵌固端的設置直接關系到建筑結構能否與上下層結構形成有機的整體，若設置不合理則會導致建筑結構的安全性下降，甚至引發(fā)安全事故。嵌固端問題具有以下幾個方面：首先，嵌固端選擇缺乏合理性。高層建筑的嵌固端通常設置在地下室或人防結構頂板上，本身就存在很大的安全問題。若地下結構的頂板出現(xiàn)問題，將會直接影響上層建筑整體結構的穩(wěn)定性和安全性。其次，設計剛度的大小控制不足，這是由于嵌固端上下層的剛度比例不合理，或是設計剛度計算誤差較大。最后，抗震設計不合理，導致抗震裂縫處理不當，引發(fā)結構安全問題。

3.2 解決對策

3.2.1 優(yōu)化高層建筑設計方案，避免超高問題出現(xiàn)

在對高層建筑進行結構設計之前，需要對施工現(xiàn)場及周邊環(huán)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(shù)據(jù)支持，確保建筑結構符合工程要求及現(xiàn)場實際情況。設計時需要嚴格按照我國現(xiàn)行設計標準及規(guī)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(shù)據(jù)的情況下對設計方案進行優(yōu)化，避免出現(xiàn)與實際情況不相符的現(xiàn)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(shù)，為高層建筑施工提供依據(jù)，保證施工質量［3］。

3.2.2 合理設計地基基礎，避免沉降發(fā)生

地基基礎設計過程中，設計人員需要全面掌握施工現(xiàn)場的地質、水文及地下水分布情況，通過對地基基礎設計的優(yōu)化，可以有效提升建筑結構安全性和穩(wěn)定性。設計時通常采用天然地基、防水板與錨桿組合的形式進行，同時準確計算基礎配筋量，增加基礎結構的穩(wěn)定性，避免因承載能力較差而導致建筑失穩(wěn)。若高層建筑設有地下室，可以采用褥墊方式設置不同持力層，提升地下室結構的承載能力和強度，避免地下室頂板因持力不足而出現(xiàn)裂縫，影響地基基礎結構的整體穩(wěn)定性。同時，在設計階段，設計人員還應對地下水水的分布情況進行監(jiān)測，對地基基礎做好防水排水設計，提高建筑結構穩(wěn)定性。針對地質結構較為復雜的地區(qū)，設計人員應充分考慮地質構成，然后對地基基礎進行加固設計，增加土壤結構的穩(wěn)定性，確保地基基礎能夠承載整個建筑荷載。

3.2.3 科學設置嵌固端

選取嵌固端設置位置時，需要從有效埋深基礎頂面及頂面兩部分進行選取。嵌固端選取位置高于頂面時，需要保證嵌固端與埋深位置一致，并控制好與室外地面的高度差。嵌固端選取位置的先決條件，就是需要該部位具備較高的強度和承載能力，能有效避免柱塑性鉸下移。高層建筑地下室嵌固端應設置在地下室頂板上，且頂板厚度≮16cm，且保證頂板具有較好的抗彎剛度，頂板設計不能留有孔洞，保證頂板結構的整體性。

4 結束語

高層建筑結構設計直接關系到建筑工程質量和結構穩(wěn)定性、安全性，因此，在設計過程中，設計人員需要遵循嚴謹、認真的態(tài)度，對高層建筑結構設計中可能存在的問題進行分析，并針對這些問題制定行之有效的預防措施和解決方案。在進行結構設計前，設計人員還需要深入到建設場地，對其周邊環(huán)境和地質情況等進行細致的勘察，為結構設計工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持，也為后續(xù)工程的施工給予正確的指導和規(guī)范。