高層建筑結構設計問題及對策探討

付黎明

秦皇島華成建筑設計咨詢有限公司 河北 秦皇島 066000

我國在經(jīng)濟發(fā)展的同時帶動著很多領域共同發(fā)展，建筑行業(yè)就是如此，在發(fā)展的過程中能夠不斷地完善各個環(huán)節(jié)，為人們的生活提供更好的物質條件，從而滿足人們的需求?，F(xiàn)階段，我國的建筑行業(yè)在經(jīng)濟發(fā)展的背景下得以快速地發(fā)展，尤其是在現(xiàn)如今土地資源越發(fā)緊張的情況下，很多建筑企業(yè)已經(jīng)逐漸認識到發(fā)展高層建筑的重要性，所以，在施工前要針對實際的項目進行分析，面對高層建筑結構設計中存在的問題能夠做到及時調整和改正。實際上，我國對于高層建筑的建設已經(jīng)逐漸趨于成熟的狀態(tài)，也取得了一定的成就，但從以往的建設中，我們也可以發(fā)現(xiàn)，高層建筑與其他類別的建筑存在著一定的不同，其涉及的范圍廣泛，整體工作內(nèi)容相對較復雜，尤其是設計結構中存在的問題，影響著高層建筑的整體設計，需進一步分析探討，采取更有效的解決措施。

1 項目分析

以某建筑項目進行分析，該建筑總面積為6.85萬m2。整個建筑設計為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—核心筒結構，共A、B兩座，建筑長寬均為34m，結構高度105m。建筑抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第三組，抗震等級為二級，按照50年一遇風壓設計，即0.45 kN/m2，風荷載效應放大系數(shù)為1.1。

在結構選型和布置上，A座和B座斜向對稱布置，邊距17.5m；地上23層，地下2層，為人防工程及車庫，車庫中避難單元部分抗震設防類別為乙類。軸網(wǎng)布置中框架柱最大間距為8.4m，首層核心筒外圍框架柱截面尺寸為1.2m×1.2m。

建筑主體框架和核心筒部分均近似于方形截面，外圍框架結構和內(nèi)部剪力墻核心筒主要通過矩形梁和現(xiàn)澆樓板連接，核心筒約束暗柱需要搭接兩根交匯框架梁，由于結構高度較高，受地震和風壓影響較大，導致墻柱和梁的配筋面積較大，角部支座處鋼筋密集，對施工的質量要求很高，鋼筋密集混凝土澆筑振搗不密實可能會導致嚴重的安全質量事故，同時設計人員主動優(yōu)化鋼筋直徑和鋼筋排布也顯得尤為重要。

2 高層建筑結構設計問題

2.1 高層建筑結構設計方案制定問題

對于高層建筑結構設計方面，結構設計方案是后期施工的重要抓手，也是施工質量的重要保證，所以，設計方案要具有一定的合理性。但由于部分設計人員在設計的過程中缺乏經(jīng)驗，往往會導致最后的設計方案產(chǎn)生不合理的現(xiàn)象，對施工的順利開展產(chǎn)生影響。

2.2 建筑物超高問題

建筑物的高度越高越高，其安全指標、荷載取值、延性要求、材料及抗震性能及建筑質量方面都面臨著更嚴峻的問題，對此，我國針對建筑物高度方面進行嚴格規(guī)范，對建筑物高度作出了相關的規(guī)定，在建筑物高度設計方面，要同時滿足各方面的需求。但在實際的設計和施工過程中，出現(xiàn)了很多建筑物高度與相關規(guī)定不符的情況發(fā)生，建筑物的安全性得不到保證，所以，對高層建筑結構設計中建筑物超高的問題，相關的設計單位要嚴格按照國家規(guī)定的標準進行設計[1]。

2.3 短肢剪力墻設置問題

短肢剪力墻的結構設計對于建筑布置具有一定的優(yōu)勢之處，而且也可以減輕結構自重，但對于短肢剪力墻的設計需要在合理的方案下進行設置，因為短肢剪力墻的抗震性能比較差，尤其是在增設的情況下，對建筑物的架構會產(chǎn)生比較嚴重的損壞，從而影響高層建筑的整體穩(wěn)定性和安全性，不能完全保證高層建筑后期使用性能，這是當前短肢剪力墻在高層建筑結構設計中對建筑物產(chǎn)生影響的重要原因。

2.4 結構設計體系不合理問題

對于高層建筑結構設計中，不僅要注重建筑物的外觀形狀，也要注重建筑物結構設計體系的合理性。如果建筑物結構設計出現(xiàn)不合理等情況的發(fā)生，就會嚴重影響后期建筑工程施工的安全質量，比如說在前期的設計中，設計人員要根據(jù)實際的情況，參考相應的設計資料進行設計，當涉及的范圍比較廣的情況下，很容易拉長建筑工程的整體施工周期。此外，有些建筑企業(yè)更注重視覺感受，導致建筑工程中存在結構設計上的問題，當建筑結構與規(guī)定的標準存在不符合的現(xiàn)象，就會導致一些安全隱患的存在，建筑質量得不到保證，安全風險大[2]。

2.5 設計人員專業(yè)水平不高

在高層建筑結構設計上，由于有些設計人員缺乏專業(yè)的知識和一定的工作經(jīng)驗，在實際的工作中不能明確工作的重點，所以在高層建筑結構設計中就容易出現(xiàn)一些問題，尤其是在一些規(guī)模相對較小的設計公司來說，有些設計人員根本沒有實踐經(jīng)驗，設計過程非常依賴相關設計軟件，這樣對于施工現(xiàn)場中的一些技術難點等問題，不能以專業(yè)的知識及經(jīng)驗進行解決，從而造成一些技術隱患。

2.6 抗震設計問題

對于高層建筑結構設計中的抗震設計，容易出現(xiàn)結構抗震設計不充分的情況，由于我國的地震帶在各地存在不同等級的分布，有些未處于地震帶上的地區(qū)對于建筑抗震設計就會有所忽略，這也是我國部分地區(qū)對建筑結構抗震設計不能引起重視的原因。此外，建筑結構的抗震能力是經(jīng)過承載力與變形能力兩者決定的，設計人員需要綜合考慮建筑豎向荷載、風荷載等方面，提高建筑整體的抗震能力[3]。

3 高層建筑結構設計對策

3.1 優(yōu)化高層建筑結構設計方案

相應的設計人員應在設計之前對高層建筑項目進行全方位的分析和評估，明確建筑結構的性能和需求，在共同的討論之后，再開始設計各項內(nèi)容。而且在設計出初始的大致方案后，還要進行新一輪的商討，尤其是對于設計中存在的不足之處，應在專業(yè)的建議下進行調整和改正，避免由于個人的原因造成的失誤，從而確保高層建筑結構設計方案的合理性。對于高層建筑結構設計的整體方案，其中的各項數(shù)據(jù)和參數(shù)指標，必須要符合相應的標準，滿足結構的需求。此外，設計方案的制定也要考慮到后續(xù)的施工，保證制定的方案合理可行。

3.2 嚴格控制建筑物超高問題

針對高層建筑超高問題，我國曾頒布了一系列相關規(guī)定和制度，嚴格控制建筑物存在超高問題。在建筑規(guī)范中，對于高層建筑的高度具有一定的限制，而且對于不同等級高度的限制能夠經(jīng)過細化，增設高度等級。在這樣的規(guī)范下，我國各地對于高層建筑高度建設上具有明確的規(guī)范，進一步改進和完善了高層建筑結構設計的方法。同時，由于規(guī)范中對于建筑物高度的限制作用，相關的建筑企業(yè)在對高層建筑的結構設計上應具有一定的重視，嚴格控制建筑物超高的現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)問題，要及時結合設計圖紙對建筑物高度進行新一輪的論證，避免對后續(xù)的施工存在影響[4]。

3.3 短肢剪力墻問題的解決措施

短肢剪力墻是指在截面厚度小于等于300mm，而且截面高度與截面厚度之間的比例為大于4，小于等于8的剪力墻。短肢剪力墻的設置與建筑物抗震設計有關，在進行相關的設計時，短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩應小于結構總底部地震傾覆力矩的一半。為提高高層建筑物的安全性，設計人員應盡量少用或不采用短肢剪力墻。

3.4 優(yōu)化高層建筑結構體系

對于高層建筑工程施工來說，結構設計是非常重要的一部分，為提高建筑工程的質量，促使高層建筑結構設計更加具有科學性和合理性，對此，在進行建筑結構設計時，應嚴格按照相應的建筑規(guī)定進行施工，對于建筑結構設計體系要加強對現(xiàn)代化先進技術的應用，尤其是對于建筑結構中的承重及抗震設計，要起到充分的重視，在設計的過程中要結合建筑施工材料進行實際的分析，從而確保建筑結構具有安全性和穩(wěn)定性。除此之外，對于高層建筑自身具有的缺陷要引起重視，比如沉降和溫度收縮問題，都會對高層建筑的整體產(chǎn)生影響，設計人員要針對不同的問題進行具體分析，采取有效的措施解決。同時要加強建筑結構平面方案的設計的合理性，避免由于設計不合理造成建筑物出現(xiàn)結構設計上的問題，根據(jù)實際的情況采取合適的結構[5]。

3.5 提高設計人員的專業(yè)水平

而對于高層建筑結構設計中涵蓋的內(nèi)容比較廣泛，工作內(nèi)容相對比較復雜，這就要求相應的設計人員能夠在相互合作和配合的情況下共同完成，但由于每個設計人員的綜合素質不同，導致最后對于高層建筑結構設計方案存在不合理的現(xiàn)象，嚴重的影響后續(xù)施工。所以，這就需要設計人員具有專業(yè)知識和時間實踐經(jīng)驗，具有專業(yè)素養(yǎng)及業(yè)務能力，還要對施工相關的質量標準以及政策法規(guī)能夠做到熟知和掌握，這樣才能做好高層建筑結構設計工作，保證設計工作能夠滿足高層建筑各項要求，合理制定結構設計方案，從而保證實際的施工項目建設開展盡可能不受到大的影響并且能夠在規(guī)定的工期內(nèi)順利地完成。因此，建筑企業(yè)應注重高層建結構設計的專業(yè)人才引進，逐漸增強建筑企業(yè)結構設計方面人才的隊伍建設，對于人才的任用要多方面考量應聘人員的綜合水平，包括專業(yè)知識考核、實踐經(jīng)驗、相關資格證書等進行評估。對于企業(yè)內(nèi)部的人員要定期進行培訓，并為此制定嚴格的規(guī)章制度，提高專業(yè)人員的綜合素質和專業(yè)水平不斷地提升，做好高層建筑結構設計方面的工作。此外，為促進專業(yè)人才能夠更好地開展工作，提高對工作的積極態(tài)度，企業(yè)可以為其制定相應的獎懲機制，提高福利待遇，從而幫助建筑企業(yè)在現(xiàn)階段及未來發(fā)展的工程中能夠在激烈的市場當中提升建筑企業(yè)的競爭力，在市場中站穩(wěn)腳跟。

3.6 做好高層建筑的抗震設計

在高層建筑的結構設計中，相關的設計人員要尤其注重高層建筑的抗震設計，尤其是對于一些處于地震高發(fā)區(qū)的地區(qū)內(nèi)，對于建筑的抗震設計必須具有足夠的重視，進行嚴格的地震作用計算，按照實際情況進行后續(xù)的施工。對于那些處于非地震區(qū)的地區(qū)，也不能忽視建筑物的抗震設計。在抗震設計上，要準確把握高層建筑抗震設計的控制要點，在具體的設計中要從合理設計抗震結構、選擇優(yōu)質的建筑材料、合理設計抗震防線三個方面進行設計。首先，對于合理設計抗震結構上，我國針對高層建筑的抗震結構常見的類型有框筒體系、支撐體系及筒中筒與框架體系、鋼結構體系。其中鋼結構體系由于能夠進一步增強建筑物的抗震能力，其應用比較廣泛；對于建筑材料的選擇，優(yōu)質的建筑材料可以提高建筑的抗震性能，所以，對于材料的選擇上，要盡量符合抗震設計，做好對建筑物延性的把控；對于抗震防線的設計，可以增加建筑物的抵抗力，從而提高抗震能力。對此，可以在建筑物中設置多肢節(jié)和框架式的結構來提升抗震能力。一旦發(fā)生地震，地震防線就可以發(fā)揮作用，從而有效地避免建筑物出現(xiàn)倒塌或嚴重破壞的情況發(fā)生。

3.7 滿足建筑性能需求

對于高層建筑結構設計中，其涵蓋的內(nèi)容比較多，滿足建筑性能需求，是高層建筑結構設計最根本的目標，這樣才能保障高層建筑在后續(xù)的使用過程中具有一定的安全性和穩(wěn)定性，達到相應的建設標準。對于高層建筑結構設計中存在建筑結構相應應力處理、牢固性、結構分析與計算的問題要進行系統(tǒng)分析，要做到全方面優(yōu)化，才能保證最終高層建筑結構設計成果，否則就會影響高層建筑出現(xiàn)質量等問題。尤其是在建筑建構分析和計算方面，由于用于計算軟件不同，其計算結構存在著不同程度的差異。對于建筑性能指標包括以下幾種，第一，是建筑結構的延性設計，要想做好建筑結構設計，必須對建筑延性做好把控，做好延性設計可以更好地應對高層建筑結構變形或出現(xiàn)倒塌等問題，特別是地震等自然災害的發(fā)生，結構設計中的延性和柔性能夠保證建筑物不出現(xiàn)大面積倒塌或破壞現(xiàn)象。第二，是建筑結構的水平力，在建筑結構設計上，建筑結構會由于各種荷載或不同荷載之間共同的作用產(chǎn)生水平力，最終會導致建筑由于水平力在水平方向發(fā)生移動，所以，為有效地避免這種狀況的發(fā)生，減少水平力對建筑的影響，要對相同水平面內(nèi)力學荷載分布情況進行仔細的分析，對結構要點進行把控。設計人員在設計時，必須確保高層建筑具有良好的水平荷載力。第三，是對高層建筑結構設計的穩(wěn)定性，對此，在進行建筑結構設計時要充分對結構穩(wěn)定性能進行分析，增強各個環(huán)節(jié)的控制，從而保證高層建筑的整體建設質量。第四，要確保高層建筑的安全性，在高層建筑結構設計中，設計可以增加安全逃生通道的設計，一旦在高層建筑中發(fā)生地震、火災等發(fā)生，處于建筑內(nèi)的人員能夠迅速逃生，盡可能降低災害導致人員傷亡。

4 結束語

綜上所述，高層建筑結構設計中所涉及的問題較多且具有一定的復雜性，建筑行業(yè)中的各個企業(yè)想要長遠發(fā)展，就要做好各方面的工作，這是保證建筑工程施工項目順利進行的關鍵所在，所以，面對高層建筑結構設計，相關的設計人員必須充分地了解和掌握各個環(huán)節(jié)中存在的問題或可能發(fā)生的意外，對于施工過程的每一個環(huán)節(jié)都要具有一定的重視程度，根據(jù)結構設計的問題，結合實際的情況和自身的專業(yè)知識，優(yōu)化整體結構設計方案，做好各項工作，從而保障高層建筑建筑工程施工項目能夠順利地進行。