高层建筑结构设计存在的问题及优化措施分析

高层建筑结构设计存在的问题及优化措施分析

刘志豪

广东广筑工程设计有限公司 广东东莞 523000

摘要：在经济快速发展的背景下城市化建设进程不断加速，建筑工程功能和规模都在进一步扩张，在这种发展背景下，高层建筑成为建筑工程的主要发展形势。然而现如今，部分建筑结构设计人员在开展高层建筑结构设计时，有时会出现各种问题，致使高层建筑结构稳定性与安全性无法达到理想状态，从而威胁着高层建筑住户的人身与财产安全。基于此，本文将着重分析高层建筑结构设计中所存在的若干问题，同时提出一些优化措施，希望可以借此来帮助相关建筑结构设计人员提升高层建筑结构设计水平。

关键词：建筑工程；高层建筑；结构设计；问题；优化措施

引言

城市现代化发展过程中，高层建筑这种新型建筑应运而生，且逐渐成为城市中主要的建筑类型之一。时至今日，高层建筑已经成为人们日常生活工作的重要场所，对于居民生活与社会发展都具有重要的意义。但是当前，很多建筑结构设计人员在进行高层建筑结构设计时，会因为各方面因素的影响而导致设计工作出现诸多问题，影响高层建筑功能与价值的正常展现。为解决这些问题，相关建筑结构设计人员就需要重视这些问题，同时明确问题的解决、优化措施，并将其落实于实际的设计工作中，以此来提升最终的设计质量。

1 高层建筑结构设计中存在的问题

1.1 地基与基础设计问题

俗话说：“基础不牢，地震山摇”。对于一栋建筑而言，地基与基础至关重要，其是决定整栋建筑结构稳定性与安全性的重要结构，尤其是对于高层建筑而言，地基与基础更为重要。然而现如今，部分建筑设计人员在进行高层建筑地基与基础结构设计时，往往会在某些地方存在不合理之处，从而影响整个高层建筑的质量。

例如在进行地基基础结构设计时，建筑结构设计人员忽视了高层建筑物建设所处区域范围内土质基础以及高层建筑上部结构中相邻部分的荷载、高度、结构形式之间的差异，致使最终设计出的地基基础在实际使用过程中会出现不均匀沉降现象，从而导致高层建筑结构出现倾斜等现象；此外，在进行地基基础埋深设计时，部分设计人员也未能将地基基础埋设于适宜的地基土层之上，从而导致地基基础的承载力无法满足高层建筑上部结构所产生的荷载需求，进而导致高层建筑的结构稳定性出现问题。

1.2 结构抗风问题

相较于低层建筑而言，高层建筑的一大特点在于此类建筑层数多，建设高度高，迎风面积更大，因而更容易受到高空气流的影响。例如在高空气流与风的影响下，高层建筑外侧的玻璃幕墙、屋顶搭盖被摧毁，若是风力较大，还会导致整个高层建筑出现结构晃动现象，严重时甚至出现建筑主体结构开裂、损坏、坍塌等问题。所以在进行高层建筑结构设计时，建筑设计人员需要着重完成结构抗风设计。但是在此过程中，部分设计人员往往会出现各种问题，主要包含以下几类：

第一，忽视高层建筑层间侧移过大问题，致使未通过有效的设计来消减风荷载对高层建筑结构造成的影响；

第二，未能有效处理高层建筑之间的狭管效应，导致高层建筑间的风荷载强度进一步增加，进而导致结构抗风能力不足。

第三，过于重视高层建筑外观的新颖性与美观性，致使设计出的高层建筑迎风面积过大，从而增加风荷载对高层建筑结构所产生的负面影响。

1.3结构抗震问题

高层建筑结构设计中，抗震设计是建筑结构设计人员必须要面对的问题之一，此项设计工作的质量在很大程度上会影响整个高层建筑结构的安全性。而现阶段，在高层建筑结构抗震设计中，仍然存在一些问题。

例如在进行抗震设计时，设计人员未能做好工程项目的选址设计。当地震来临时，不同地质条件的土地所具有的抗震能力并不相同，一般情况下，地质越坚硬的场地，抗震性能越高，反之，地质越松软，抗震性能越弱。而部分建筑设计人员在前期进行场地选址时，只注意了场地及其周边的交通条件与自然条件，忽视了场地范围内的水文地质条件，从而选择地质较为松软的区域作为项目建设场地，此时就会对高层建筑的抗震性能产生一定的负面影响。

2 高层建筑结构设计中存在问题的优化措施

2.1 地基基础设计优化措施

在进行高层建筑地基基础设计时，为避免建筑建造时所处的土质基础地质条件、建筑物相邻部分的荷载、高度和结构形式不同所造成的不均匀沉降对地基基础产生的开裂或错动问题，建筑结构设计人员可以结合实际情况，用不同的基础类型或是地基处理方式来协调不同区域之间的沉降差异。此外在确定地基基础埋深时，建筑结构设计人员应当充分考虑工程地质条件，如若是地基基础稳定，则应当设置不小于0.5m的浅埋基础；若是存在软弱土层，但厚度不超过2m，且干卧层为低压缩性土，则此时应当将基础埋设于下卧层上；若是地基由多层软弱土层组成，且上部荷载较大，此时可以选择深基础方案；在满足上述要求外，设计人员还需要根据建筑高度、荷载大小及性质，适当地增加基础埋深，以保证地基基础承载力满足上部结构荷载要求。

2.2 抗风设计优化措施

进行高层建筑结构抗风设计时，建筑结构设计人员可以合理布置结构形式，高层建筑主要是风荷载控制结构位移，适当合理布置剪力墙可有效抵抗水平荷载作用，同时更加容易满足规范的侧向刚度不规则和楼层承载力突变等竖向不规则类型。同时，还需要选用强度更大的结构构件，使其在风荷载以及其他水平作用力的影响下不会出现开裂、残余变形等破坏现象。结构设计时，建筑结构人员还应当合理设计高层建筑内的非承重构件，使其组成耗能减震系统，以此来减少风力作用于高层建筑上时所产生的能量强度，进而实现提升建筑结构抗风性能的目的。此外，建筑结构设计人员还应当注意结合当地的自然条件合理确定高层建筑的朝向、结构形式以及楼栋间距，尽可能地减少高层建筑的迎风面，同时降低狭管效应对高层建筑抗风性能的影响。

2.3 抗震设计优化措施

想要做好高层建筑抗震设计，建筑结构设计人员首先需要合理完成建筑选址设计工作。在条件允许的情况下，应当尽可能地选择地质坚硬的场地作为项目建设地点，这样方可将抗震设计的功能最大限度地发挥出来。若是条件不允许，致使只能在地质较为松软的地区进行高层建筑项目建设，则设计人员就需要从实际出发，选择换填法、强夯法、水泥桩搅拌法等方法来对软弱土层进行有效处理，以此来提升其承载力，使其可以满足高层建筑建设需求。同时，抗震设计过程中，设计人员也可以选择新型建筑材料。如在完成地基基础设计后，可以用沥青材料对地基基础加以改造，以此来进一步提升高层建筑的抗震性能，也可以选择轻质材料来完成建筑主体结构设计，这样可以通过减轻高层建筑自重来降低地震对高层建筑的影响与破坏。

3 总结

在现阶段的高层建筑结构设计中，部分设计人员往往会因为某些因素的影响与限制而导致其在进行地基基础设计、抗风设计、抗震设计等方面的设计工作时出现问题，以至于高层建筑的结构设计质量受到影响，进而影响高层建筑结构的稳定性与安全性。针对这种情况，相关设计人员就需要从实际出发，合理采取有效的优化措施来对这些问题进行优化改进，从而加强高层建筑结构设计方案的合理性与科学性，以此为整体工程的高质量建设提供保障。

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