分析高層建筑結構設計常見問題及優化策略

　　在我國社會經濟發展的過程中，城鎮化的速度逐漸加快，并且城市的規模日益擴大，在城市橫向擴充的同時，城市的縱向發展的也逐漸興起，其中高層建筑的占比不斷擴大，但是隨著高層建筑結構的大規模興起，高層結構設計問題也日益突出，比如，消防、抗震、防風等方面，針對這些高層建筑結構設計的常見問題，文章提出了相應的優化策略，以提高高層建筑的使用壽命。

　　《工業建筑》本刊具有技術方針政策和技術發展趨向的指導性，推動科技工作發展的針對性，解決生產建設中重大技術問題的實用性，促進技術進步的創新性。多年來一直為中國建筑科學類主要核心期刊。重點報道建筑設計、建筑結構、地基和基礎、建筑材料、施工技術等方面的應用研究成果和開發技術。

　　前言

　　高層建筑設計具有一定的專業性，需要根據高層建筑的不同，從科學的角度出發，對建筑結構中出現的問題進行分析研究，提出科學的切實可行的解決措施對其進行有效防治，可有效保證工程質量、生命健康以及財產安全。

　　1高層建筑結構及其設計中常見問題

　　1.1關于消防結構設計問題

　　在建設高層建筑設施時，與一般的底層設施有很大不同，尤其在設計選取材料方面，更要考慮多個因素的影響，首先考慮的是材料的防火性能，由于高層建筑的承載力有限，適宜選用比較輕便的材料，減少高層建筑本身的壓力，提高高層建筑的利用效能，并且在高層建筑設計時具有繁復性的特點，根據高層建筑功能不同，選用不同的建筑材料，而且這些材料的可燃性程度非常高，材料使用、搭配不當，就會增加高層建筑火災的風險，同時由于高層建筑特殊性，比如高層的氣流比較強，風力比較大，一旦出現火災險情，很容易擴大災情，因此在高層建筑結構設計的過程中，要特別注意材料的搭配和選用。除此之外，高層建筑設計時，對于越高的高層建筑，在進行建筑結構設計時，更應該重視火災發生的風險情況，以防止火災發生為主要目的，以火災發生時，有利于疏散為次要目的，同時重視高層建筑的排煙設計，利用高層氣流流動性強的特點，順利將煙氣排出，降低火災險情發生的風險。

　　1.2關于抗震結構設計問題

　　高層建筑設計不僅要對火災有足夠多的考慮，而且還要對可能發生的地質災害有清醒的認識，比如預防地震災害的高層建筑結構設計，這一設計問題，是高層建筑設計中考慮最多的因素，也是在現實中難以實施的建筑設計問題，這主要是高層建筑本身的不穩定性造成的，同時也是由于高層建筑設計人員無法根據當地的地質結構條件，準確地預測出地震災害的破壞程度造成的，因此，重視高層建筑設計時的抗震問題，十分有必要，具體就是根據地震發生的原理進行有效的研究分析，再根據研究分析的數據結果，進行高層建筑結構設計，在設計抗震性能的同時，要遵循抗震設計的有效性原則、靈活性原則，并且因地制宜地進行總體規劃，以確保建筑結構的持久耐用性，進而保證所設計高層建筑的安全性。

　　1.3關于抗風結構設計問題

　　在高層建筑設計中，另一個需要重點考慮的方面是關于抗風結構設計的問題，高層建筑設計的抗風結構是必須要考慮到的重要問題，高層建筑結構最明顯的特點是樓層比較高，距離地面比較遠，上層空氣氣流流動性強，而對于高層建筑的安全性有一定的危害作用，高層建筑本身會對高層風力起到一定的干擾阻礙作用，風力的壓力會因此驟然加大，威脅高層建筑的穩定性，嚴重的可能會破壞高層建筑的主體結構，比如，墻體出來裂紋，裝飾外墻面毀損等情況出現。

　　2高層建筑結構設計的優化策略

　　2.1優化消防結構設計策略

　　高層建筑在保證履行其特定功能的同時，還要兼顧高層建筑使用的安全性能，這就是所謂的消防結構設計的優化策略，該策略的優化設計主要是根據以往的消防經驗，以預防災害為主，加強對于災害的應急應對能力，對消防結構形成一定的防護安全預防措施體系，主要有以下幾方面的內容，首先是設計時考慮合適的防火間距，該間距既要符合相關法律法規的標準要求，又要兼顧高層建筑的實際情況，體現具體問題具體分析的原則。其次要對高層建筑結構設計出合理的安全疏散渠道，這是災害進行階段的安全預防措施，根據最短時間內，最快疏散人員的原則，垂直設計高層建筑的疏散通道，此外，對于疏散渠道應當多樣化，不能只有一條，萬一出現疏散通道堵塞的情況，將會堵塞高層人員的逃生之路，預備多條疏散通道，增加高層建筑人員的生存的幾率，還有最關鍵的就是高層建筑火災的防煙區設置，要根據需要設定一定的場所，供逃生人員臨時避難使用。

　　2.2優化抗震結構設計策略

　　高層建筑設計策略中，抗震設計是一個不容忽視的問題，高層建筑設計具有不穩定性的特點，決定了在滿足功能性的同時，注重安全的設計理念，表現在抗震結構設計中，主要是四個方面：首先是高層建筑建設地點的選取，盡量避開特別活躍的地震帶，減少地震發生的頻率為主要，實在避不開，也要考慮地基沉降對高層建筑安全性的危害。其次要對高層建筑的結構進行合理化設置，合理搭配不同構件的位置，使相互之間的受力均衡，既可以發揮構件的功能性作用，又要減少地質災害對高層建筑安全性的危害。再其次是對高層建筑剪力墻的設計要求，應當以提高承重結構的抗測力為根本需要，在滿足建筑結構的耗能力量和承載力的基礎上，對于高層建筑的穩固性進行加強，防止高層建筑構件出現位移現象，避免高層建筑的質量弊端。最后是高層簡體結構設計策略問題，在簡體結構設計的目的上，主要是保持結構的完整性，對簡體結構的內部進行加固，在保持結構基礎的同時，減少厚度增大高層建筑結構的承載力。

　　2.3優化抗風結構設計策略

　　抗風結構設計的優化策略對于高層建筑設計的重要性來說是毋庸置疑的。良好的抗風性能對于整個高層建筑工程具有不可估量的影響，其優化設計策略的目的是保證建筑物的穩定性，提高抗風承載力，主要通過四個步驟進行優化抗風設計，第一步是高層建筑基層的穩定性設計，在這一部步中，最為關鍵的是建筑結構材料的選擇，提高建筑結構的基礎填充密度，主要是出于穩固基層，防止左右傾覆的目的，在底部的基層結構中，使用抗拔錨桿，可以充分發揮地基的穩定性能，提高高層建筑的防風力量。第二步是風力減振系統的優化，對于風力減振系統，高層建筑設計應用最為廣泛，應用過程中，一方面可以減少風力對建筑物的沖擊振動作用，另一方面可以通過減振功能，保持高層建筑的穩定性，優化之后的減振系統可以更好的提高減振系統的減振作用。第三步是解決設計中水平力與風荷載力問題。由于風荷載力對高層建筑的沖擊作用，高層建筑內部的構件由此會受到一定的壓力作用，一般情況下，風荷載力會小于高層建筑的承受能力，但是一旦超過高層建筑的承受范圍，風荷載力還會和水平力發生疊加作用，加大建筑物的破壞作用，因此，在這一步驟中，解決水平力和風荷載力的疊加問題，主要是采取加固高層建筑的結構的穩定性作用，比如，使用高強度的鋼筋混凝土結構，加強構件中力量的平衡，防止水平力與風荷載力對建筑的損害。第四步，根據高層建筑物的功能作用，提高高層建筑的剛性和建筑物的承載力，詳細準確的計算出高層建筑工程所在地的風荷載力數據，并同時根據相關法律法規，嚴格進行抗風結構設計。

　　3結束語

　　在高層建筑結構設計中，常見的設計問題大致有三種，即消防、抗震、抗風等，在進行三種問題進行分析時，應當充分考慮三方面的因素，完善三方面的優化策略，以保證高層建筑物的持久性和安全性，同時減少投資風險，增加高層建筑的價值，使更多人從高層建筑中獲益。