分析高層建筑結(jié)構設計常見問題及優(yōu)化策略

　　在我國社會經(jīng)濟發(fā)展的過程中，城鎮(zhèn)化的速度逐漸加快，并且城市的規(guī)模日益擴大，在城市橫向擴充的同時，城市的縱向發(fā)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(jié)構的大規(guī)模興起，高層結(jié)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(jié)構設計的常見問題，文章提出了相應的優(yōu)化策略，以提高高層建筑的使用壽命。

　　《工業(yè)建筑》本刊具有技術方針政策和技術發(fā)展趨向的指導性，推動科技工作發(fā)展的針對性，解決生產(chǎn)建設中重大技術問題的實用性，促進技術進步的創(chuàng)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(jié)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(fā)技術。

　　前言

　　高層建筑設計具有一定的專業(yè)性，需要根據(jù)高層建筑的不同，從科學的角度出發(fā)，對建筑結(jié)構中出現(xiàn)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(zhì)量、生命健康以及財產(chǎn)安全。

　　1高層建筑結(jié)構及其設計中常見問題

　　1.1關于消防結(jié)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(jù)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(xiàn)火災險情，很容易擴大災情，因此在高層建筑結(jié)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(jié)構設計時，更應該重視火災發(fā)生的風險情況，以防止火災發(fā)生為主要目的，以火災發(fā)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(fā)生的風險。

　　1.2關于抗震結(jié)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(fā)生的地質(zhì)災害有清醒的認識，比如預防地震災害的高層建筑結(jié)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(xiàn)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(wěn)定性造成的，同時也是由于高層建筑設計人員無法根據(jù)當?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)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(jù)地震發(fā)生的原理進行有效的研究分析，再根據(jù)研究分析的數(shù)據(jù)結(jié)果，進行高層建筑結(jié)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(guī)劃，以確保建筑結(jié)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(jié)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(jié)構設計的問題，高層建筑設計的抗風結(jié)構是必須要考慮到的重要問題，高層建筑結(jié)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(wěn)定性，嚴重的可能會破壞高層建筑的主體結(jié)構，比如，墻體出來裂紋，裝飾外墻面毀損等情況出現(xiàn)。

　　2高層建筑結(jié)構設計的優(yōu)化策略

　　2.1優(yōu)化消防結(jié)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(jié)構設計的優(yōu)化策略，該策略的優(yōu)化設計主要是根據(jù)以往的消防經(jīng)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(jié)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(nèi)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(guī)的標準要求，又要兼顧高層建筑的實際情況，體現(xiàn)具體問題具體分析的原則。其次要對高層建筑結(jié)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(jù)最短時間內(nèi)，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(xiàn)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(qū)設置，要根據(jù)需要設定一定的場所，供逃生人員臨時避難使用。

　　2.2優(yōu)化抗震結(jié)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(wěn)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(xiàn)在抗震結(jié)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(fā)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(jié)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(fā)揮構件的功能性作用，又要減少地質(zhì)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(jié)構的抗測力為根本需要，在滿足建筑結(jié)構的耗能力量和承載力的基礎上，對于高層建筑的穩(wěn)固性進行加強，防止高層建筑構件出現(xiàn)位移現(xiàn)象，避免高層建筑的質(zhì)量弊端。最后是高層簡體結(jié)構設計策略問題，在簡體結(jié)構設計的目的上，主要是保持結(jié)構的完整性，對簡體結(jié)構的內(nèi)部進行加固，在保持結(jié)構基礎的同時，減少厚度增大高層建筑結(jié)構的承載力。

　　2.3優(yōu)化抗風結(jié)構設計策略

　　抗風結(jié)構設計的優(yōu)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(yōu)化設計策略的目的是保證建筑物的穩(wěn)定性，提高抗風承載力，主要通過四個步驟進行優(yōu)化抗風設計，第一步是高層建筑基層的穩(wěn)定性設計，在這一部步中，最為關鍵的是建筑結(jié)構材料的選擇，提高建筑結(jié)構的基礎填充密度，主要是出于穩(wěn)固基層，防止左右傾覆的目的，在底部的基層結(jié)構中，使用抗拔錨桿，可以充分發(fā)揮地基的穩(wěn)定性能，提高高層建筑的防風力量。第二步是風力減振系統(tǒng)的優(yōu)化，對于風力減振系統(tǒng)，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(wěn)定性，優(yōu)化之后的減振系統(tǒng)可以更好的提高減振系統(tǒng)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(nèi)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(fā)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(jié)構的穩(wěn)定性作用，比如，使用高強度的鋼筋混凝土結(jié)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(jù)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(shù)據(jù)，并同時根據(jù)相關法律法規(guī)，嚴格進行抗風結(jié)構設計。

　　3結(jié)束語

　　在高層建筑結(jié)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(yōu)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。