高層建筑設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與對(duì)策探討

聶延博

（中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

如今，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，高層建筑的房屋高度以及結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及材料科學(xué)的發(fā)展有著非常緊密的關(guān)系。近年來(lái)。我國(guó)對(duì)城市形象以及土地使用的要求的變更，再就是我國(guó)對(duì)高層建筑關(guān)鍵性技術(shù)的控制力度，在很多城市當(dāng)中高層建筑已經(jīng)非常的常見，這就使得高層建筑的設(shè)計(jì)問(wèn)題逐漸的引起人們的重視。建筑行業(yè)也隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而高度發(fā)展，高層建筑已經(jīng)成為城市的主角，因此人們?cè)诟邔咏ㄖO(shè)計(jì)方面需要做出巨大的思考以及突破。高層建筑的設(shè)計(jì)工作是尤為重要的，為了能夠?qū)⒏邔咏ㄖ姆€(wěn)定性、安全性以及抗震性能提升上來(lái)，就需要將設(shè)計(jì)工作放在重中之重[1]。在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要確保設(shè)計(jì)方案的優(yōu)良、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖以及分析計(jì)算結(jié)果的合理性，而且在設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，需要把整個(gè)建筑工程的施工環(huán)節(jié)充分的考慮進(jìn)去，這樣才能夠在一定程度上保障整個(gè)建筑工程的施工質(zhì)量和效率。

1 高層建筑設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1 水平荷載特點(diǎn)

在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)就是水平荷載的設(shè)計(jì)，主要從兩個(gè)方面來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)特點(diǎn)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(gòu)件當(dāng)中，建筑物荷載導(dǎo)致的彎矩、軸力數(shù)據(jù)以及建筑高度一次方是成正比的關(guān)系；其次，對(duì)于特定的高層建筑物，它的豎向的荷載能力是一個(gè)定值，但是在水平荷載數(shù)據(jù)看來(lái)，跟隨建筑物動(dòng)力特性變化而變化的特點(diǎn)[2]。

1.2 軸向變形特點(diǎn)

在高層建筑物當(dāng)中，其豎向荷載的數(shù)據(jù)相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較大的，所以豎向荷載的變化會(huì)減少連續(xù)梁中間制作出負(fù)彎矩值，進(jìn)而使得建筑物端支座負(fù)彎矩值以及跨中正彎矩值變大。在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要根據(jù)軸向變形的情況來(lái)對(duì)相關(guān)的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，而且對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度數(shù)值也需要進(jìn)行詳細(xì)調(diào)整。

2 高層建筑設(shè)計(jì)的原則

2.1 合理的簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)

在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，最重要的就是簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)的要求相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較高。在利用簡(jiǎn)圖進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要有精確的數(shù)據(jù)作為支撐，如果數(shù)據(jù)有誤差，就會(huì)使得設(shè)計(jì)出現(xiàn)一定的偏差，不合理。所以，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)以前需要對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)地進(jìn)行詳細(xì)的勘察，保證數(shù)據(jù)的精確性，將簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)的合理性提升上來(lái)，同時(shí)也能夠?yàn)楹罄m(xù)的施工提供良好的數(shù)據(jù)支撐以及依據(jù)[3]。圖1 為高層建筑簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)。

圖1 高層建筑簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)

2.2 合理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑施工的重要依據(jù)就是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及安全性有著非常重要的作用。在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)以前，不僅僅需要對(duì)周邊的環(huán)境、地質(zhì)條件以及水文情況進(jìn)行勘探以及分析，更需要對(duì)周邊的建筑影響因素進(jìn)行總結(jié)，然后選擇出最為合理地、可行性比較高的設(shè)計(jì)方案。

3 高層建筑設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

3.1 建筑高度設(shè)計(jì)問(wèn)題

有很多建筑企業(yè)，為了獲取更多的經(jīng)濟(jì)效益，會(huì)對(duì)原有的建筑設(shè)計(jì)的高度進(jìn)行一定的調(diào)整，這樣一來(lái)就會(huì)使得建筑設(shè)計(jì)的高度比較高，不符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，如果建筑高度比較高的話，建筑的豎向負(fù)荷力就會(huì)相應(yīng)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(huì)存在比較大的安全隱患。另外，如果建筑的高度超出標(biāo)準(zhǔn)，那高層建筑樓的抗震能力也會(huì)相應(yīng)的減弱，自然災(zāi)害的抵抗能力也會(huì)降低[4]。

3.2 防火安全問(wèn)題

如今，我國(guó)高層建筑的防火設(shè)計(jì)依舊存在較多問(wèn)題，像消防布局不合理、防火管理意識(shí)薄弱以及防火施工等問(wèn)題。在正常情況下，高層建筑一般會(huì)設(shè)計(jì)自動(dòng)滅火系統(tǒng)以及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，如果發(fā)生火災(zāi)，這些事故都是相互聯(lián)系的。但是，有很多高層建筑因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間不使用這些防火系統(tǒng)，就是使得這些系統(tǒng)折舊，有的系統(tǒng)甚至已經(jīng)被破損，相關(guān)的管理人員對(duì)于火災(zāi)系統(tǒng)的管理以及維護(hù)并不是很重視，這樣一來(lái)防火系統(tǒng)就不能夠充分的發(fā)揮其作用。圖2 為高層建筑防火系統(tǒng)。

圖2 高層建筑防火系統(tǒng)

3.3 建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問(wèn)題

在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，正常情況下會(huì)涉及質(zhì)量中心、幾何中心自己剛度中心，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候必須要保證三心的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，這樣才能夠?qū)⒔ㄖY(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。但是如今仍舊有很多建筑設(shè)計(jì)單位不能夠保證三心的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，而且高層建筑又會(huì)受到水平力的影響，這樣一來(lái)就會(huì)使得高層建筑出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的問(wèn)題，對(duì)高層建筑的質(zhì)量以及安全都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅[5]。

3.4 給排水消防設(shè)計(jì)問(wèn)題

首先，我們對(duì)高層建筑當(dāng)中的水管網(wǎng)試壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了分析。在排水系統(tǒng)當(dāng)中最為重要的一部分就是消防給水管網(wǎng)，如果在給水管網(wǎng)當(dāng)中，其設(shè)計(jì)的水壓達(dá)不到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以后的排水系統(tǒng)就沒有辦法正常進(jìn)行，這樣一來(lái)就會(huì)發(fā)生試壓?jiǎn)栴}，如果情況比較嚴(yán)重的話就會(huì)對(duì)高層建筑的給水系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。再就是對(duì)消防電梯的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了分析，有很多高層建筑的消防電梯存在一系列的設(shè)計(jì)問(wèn)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(jìn)行有效的規(guī)劃。如果高層建筑當(dāng)中發(fā)生了火災(zāi)，因?yàn)榕艧熆谖恢玫牟划?dāng)就會(huì)使得煙氣的走向和疏散的方向一致，對(duì)居民的疏散造成嚴(yán)重的影響，對(duì)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(tǒng)。

圖3 高層建筑的給排水系統(tǒng)

3.5 抗風(fēng)設(shè)計(jì)問(wèn)題

高層建筑需要充分的考慮抗風(fēng)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，特別是一些風(fēng)力級(jí)數(shù)比較高的城市，刮風(fēng)天氣尤為頻繁，這樣就會(huì)影響高層建筑的整體的結(jié)構(gòu)。高層建筑與多層建筑相比較，樓層高度比較高，可以改變風(fēng)的流動(dòng)性，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)受到玻璃幕墻以及鋼架結(jié)構(gòu)的影響，就會(huì)使得高層建筑的結(jié)構(gòu)剛度比較小，如果沒有對(duì)風(fēng)力以及建筑的抗風(fēng)力度進(jìn)行合理地推算，就會(huì)導(dǎo)致高層建筑的墻體、支撐結(jié)構(gòu)以及裝飾物受到風(fēng)力作用的影響，進(jìn)而對(duì)高層建筑的整體性能產(chǎn)生一定的影響。

4 高層建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決對(duì)策

4.1 加強(qiáng)建筑高度審查力度，合理調(diào)整其受力性能

想要解決高層建筑設(shè)計(jì)高度過(guò)高的問(wèn)題，首先，需要站在監(jiān)管部門的角度對(duì)其進(jìn)行分析，要對(duì)區(qū)域高層建筑設(shè)計(jì)高度的審核以及監(jiān)管進(jìn)行加強(qiáng)，在相關(guān)部門審核通過(guò)以后才能夠進(jìn)行施工。其次，為了在一定程度上避免一些建筑企業(yè)私自更改設(shè)計(jì)的高度，需要不定期的對(duì)高層建筑的施工進(jìn)行核查。最后，調(diào)整好高層建筑結(jié)構(gòu)的嵌固端受力值，這樣一來(lái)不僅僅能夠保證高層建筑的嵌固端位置滿足標(biāo)準(zhǔn)受力的需求，還能夠滿足高層建筑的抗震標(biāo)準(zhǔn)。就像在對(duì)嵌固端樓板進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以加強(qiáng)對(duì)具體的設(shè)計(jì)工作的管理，與此同時(shí)注意上下樓層抗震等級(jí)的設(shè)計(jì)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(guān)設(shè)計(jì)單位需要建立比較完善的防火系統(tǒng)，怎樣在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候有效的控制火勢(shì)的發(fā)展，在最短的時(shí)間內(nèi)將火撲滅，這是我們重點(diǎn)要解決的問(wèn)題。所以，我們需要對(duì)防火系統(tǒng)進(jìn)行完善。在對(duì)高層建筑的防火系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要將內(nèi)部構(gòu)件的防火性能放在重中之重的位置，就能夠通過(guò)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(bào)警系統(tǒng)處于良好的狀態(tài)。除此之外，高層建筑設(shè)計(jì)單位也不能忽視防火工程施工的檢查工作，結(jié)合國(guó)家相關(guān)部門出臺(tái)的，像《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等，規(guī)章制度對(duì)消防技術(shù)的運(yùn)用情況做好嚴(yán)格的監(jiān)督，這樣才能確保各項(xiàng)防火規(guī)章制度有效落實(shí)到位。

4.3 提高高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)水平

在對(duì)高層建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)正式設(shè)計(jì)之前，相關(guān)的工作人員需要提前對(duì)當(dāng)?shù)氐乃臈l件以及周圍的環(huán)境做好調(diào)查工作，結(jié)合高層建筑功能的需求，把以上的調(diào)查數(shù)據(jù)作為建筑設(shè)計(jì)的依據(jù)，這樣一來(lái)就能夠在一定程度上滿足實(shí)際高層建筑的y 需求。另外，在對(duì)高層建筑的基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要將建筑上部的結(jié)構(gòu)類型分析作為重要的內(nèi)容，對(duì)分析的結(jié)果進(jìn)行參考，同時(shí)和高層建筑的荷載實(shí)際分布情況進(jìn)行對(duì)比，從而采取一系列措施對(duì)高層建筑的基礎(chǔ)類型、深度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，將其作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。圖4 為高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

圖4 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

4.4 重視高層建筑排水消防設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

在對(duì)高層建筑的給排水消防進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員一定要做好充足的準(zhǔn)備，高層建筑給排水消防設(shè)計(jì)的要點(diǎn)主要在于數(shù)量，就像在高度超過(guò)100m 的建筑物當(dāng)中，要對(duì)水槍的流量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，也需要對(duì)充實(shí)的水柱高度進(jìn)行合理的推算；如果建筑物的高度小于100m，水槍充實(shí)水柱的高度應(yīng)該控制在13m 左右[6]。除此之外，還要對(duì)排水消防栓的設(shè)計(jì)進(jìn)行全方位的考慮，使得每一個(gè)環(huán)節(jié)都做好合理、高效，這樣才能將排水消防系統(tǒng)的作用充分發(fā)揮出來(lái)。

4.5 抗風(fēng)荷載作用

在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要充分的考慮當(dāng)?shù)氐淖匀粴夂蛞约暗刂匪囊蛩?，?duì)高層建筑的抗風(fēng)荷載能力也要做好充分的計(jì)算。想要將建筑的抗風(fēng)能力提升上來(lái)，就需要做好基礎(chǔ)部分的設(shè)計(jì)以及施工。也可以通過(guò)提升原材料的使用質(zhì)量以及等級(jí)來(lái)提升基礎(chǔ)持力層的抗壓能力。在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要提升砂石等原材料的等級(jí)，與此同時(shí)加設(shè)構(gòu)件提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。再就是，需要對(duì)樓體的輪廓以及投影的面積進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)區(qū)域的整體布局進(jìn)行合理地搭配，也能夠借助周邊的綠化等輔助設(shè)施改變風(fēng)向以及風(fēng)荷載，降低風(fēng)荷載對(duì)高層建筑樓體的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，建筑工程的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及安全性和高層建筑的設(shè)計(jì)有著直接的關(guān)系，所以在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員需要有嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的態(tài)度，分析高層建筑設(shè)計(jì)中可能存在的問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題需要制定行之有效的解決措施以及方案。在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)以前，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員需要投身于建筑場(chǎng)地，勘察周邊的環(huán)境以及地質(zhì)情況，為建筑設(shè)計(jì)工作提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)也為后續(xù)工程的施工給予正確的指導(dǎo)以及規(guī)范。