1、浅谈高层建筑结构设计存在问题及解决对策摘要 高层建筑之所以现在蓬勃发展，是因为目前城市化的进程日益加快，建筑用地的面积日益减少，不得不向更高层发展，那么高层建筑的质量安全问题必成了人们关心的问题，如果要确保高层建筑的质量，那么从设计开始就应该开始注意，一个高层建筑不仅要考虑其安全性，还要考虑他的经济性与美观性。本文从高层建筑质量存在的问题，试探性的提出几点解决问题。 关键词 高层建筑 质量安全 解决对策 中图分类号： TU97 文献标识码： A 由于我国的人口较多，建筑用地以较少，所以我国以成为高层建筑的前沿阵地。 一 高层建筑的定义 在中国，旧规范规定：8 层以上的建筑都被称为高层建筑，而目
2、前，接近 20 层的称为中高层，30 层左右接近 100m 称为高层建筑，而 50 层左右 200m 以上称为超高层。在新高规即高层建筑混凝土结构技术规程 （JGJ32010）里规定：10 层及 10 层以上或高度超过 28m 的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑高度超过 100m 时，称为超高层建筑。中国的房屋 6 层及 6 层以上就需要设置电梯，对 10 层以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火规范，因此中国的民用建筑设计通则 （GB 503522005） 、 高层民用建筑设计防火规范 （GB 50045-95）(2005 版)将 10 层及 10 层以上的住宅建筑和高度超过 24m
3、的公共建筑和综合性建筑划称为高层建筑。 二 高层建筑的特点 高层建筑之所以现在如此快速的发展，就是因为他具有节约用地及缩短公用设施和市政管网的开发周期，从而减少市政投资、加快城市建设等特点，可以带来显著的社会效益和经济效益。当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时，它的功能适用性、技术合理性和经济可行性都发生质的变化。但同时，高层建筑在设计、技术上尚有许多新的问题需要加以考虑和解决，下面就高层建筑结构设计方面进行探讨。 三 高层建筑的设计特点 水平设计对建筑的重要性 水平力是一个建筑最主要的因素，这种因素在高层建筑的体现中更为明显，随着高度的增加，水平力的作用会使建筑物产生内力和位移，这源于高度
4、的不断增加。把房屋结构看成一根最简单的竖向悬臂构件，轴力与高度成正比;水平力产生的弯矩与高度的二次方成正比;水平力产生的侧向顶点位移同建筑的高度的有着正向的关系。所以水平力的设计上我们可以给出其数值是随着动力的变化而幻化的。 承载力是基础要素 不管任何一栋建筑，他的承载力都是最主要的因素，与低层、多层建筑相比，高层建筑需要更严格的承载力。高层建筑的设计应该考虑代很多因素，比如他的抗风设计，抗震等。还要保证他有足够的承载力，高层建筑的本身设计也应该减轻自身的重量。如在高层建筑的抗风设计中，应保证结构有足够承载力，必须具有足够的刚度;控制在风荷载作用下的位移值，保证有良好的居住和工作条件;外墙、窗
5、玻璃、女儿墙及其他围护和装饰构件，必须有足够的承载力，并与主体结构有可靠的连接，防止房屋在风荷载作用下发生部分损坏的可能。例如，建筑物质量过大会导致期重心在地震中发生倾覆力，会导致建筑物结构的抗震能力减弱。高层建筑的侧向位移是重要指标 与底层中层设计不同，高层建筑结构设计中，随着建筑高度的变高，侧移变形会快速增加，当然这是在水平荷载下结构的分析，这是的结构一定要保持足够的刚度及抵抗侧向力，结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在规范规定的范围内。如侧向位移会产生主体结构构件出现较大裂缝，甚至损坏现象。 结构的延性是高层建筑重要设计指标 高层建筑与低层建筑不同，因为他的高度，所以日积月累所受地心
6、引力的影响会很大。所以高层建筑在选择材料是，一定要注意其延展性。这样的设计材料，在以后的建筑中会变得有可塑性。 四高层建筑现在存在问题 （一）扭转问题 高层建筑结构有建筑三心之称，分别是几何形心、刚度中心、和结构重心，在高层建筑结构设计时必须要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。如果再设计的过程中没有注意这个问题，没有做到三心合一，那么随着时间的增长，建筑就会产生扭转的问题在水平力作用下，建筑结构遭到破坏。 抗风结构 在高层结构的设计中，他的抗风性要比其他的底层建筑更为严格，高层建筑因为他的建筑特点，楼层高，高度高，在高空中对风在建筑表面的流动性和空气的动力效应都会有改变，这种问题会对建筑表
7、面的柔软部位发生改变，所以在设计时要进行抗风结构设计，避免建筑物结构破坏。 抗震结构 在地震中，地震队高层建筑的影响更大一些，所以，在高层建筑的设计中，更要注重其抗震性，抗震结构一直是高层结构设计过程中的难点，在中国因为人们对突发灾害的不了解，对地震的了解更是很少，往往由于设计人员灵活性不够，在结构设计过程中忽略对地震的科学合理规划设计。高层结构较为复杂，往往设计人员在对其进行抗震计算时结果不是很精确导致抗震结构设计并不完善，极易引发高层建筑在地震灾害中的强烈破坏。 消防的设计 高层建筑的消防设计一直比低层建筑更为严格，因为在发生火灾的时候，高层建筑逃生更为不易，高层建筑在设计师就应该考虑其所
8、用材料的合理性，因为现在很多建筑在选取材料的时候都不止一次考虑其所用材料是否是易燃性。因为高层建筑所居住的人多。在逃生疏散时难度比较大，火势蔓延上快，较难排烟，给消防工作带来很大难题。 五 高层建筑所存在问题的解决对策 合理的平面布局 在提出的问题时就知道，三心合一是一个建筑的扭转问题问题所在，如果三心未合一就会导致质量分布不均匀。所以在设计过程中，相关设计人员对高层建筑应当采用相对规则的图形，例如正方形、矩形、圆形、正多边形等较为简单、分布均衡的平面形式。尽量不采用 L 形、T 形、十字形等复杂平面形式。在环境要求或结构要求特殊情况下，应当根据相应规范进行设计，避免建筑结构突出部分过大，同时
9、尽量保证结构的对称性。 对抗风设计方案的优化 高层建筑的抗风设计师一个建筑很重要的设计，针对高层建筑结构抗风结构存在的难点和问题进行优化。一是基础优化。要保证高层建筑结构的抗风性良好，首先要保证高层结构的基础牢固。可以在基础设计过程中采用级配高级的砂石，基础持力层加设抗拔锚杆。二是增加高层建筑耗能结构设计。在高层建筑结构设计过程中，对相应非承重构件利用耗能构件如楼板、剪力墙等来抵消风能对建筑的影响。三是减小水平荷载和风力叠加对高层建筑的影响。高层建筑在风力作用下极有可能产生结构内力，水平方向的结构内力可能与风力叠加进而形成更大的水平作用力，对建筑物影响较大。所以相关设计过程中要控制水平力对建筑
10、的影响程度，同时采用高性能混凝土进行施工，进一步减少结构内力的出现。四是增大结构承载力和抗风力。根据相关数据进行高层建筑结构承载力验算和抗风力验算，在此基础上制定一个放大系数，进一步保证高层结构的抗风性能。 对抗震的设计 因为现在地震时而发生，所以现在高层建筑中很注意对其抗震性的设计，抗震性的设计应该从工程一开始设计的时候就应该注意，从打地基的时候就应该考虑其抗震性，可以适当增加墙体和楼板的刚度来控制建筑位移，达到抗震目的。进行高层结构构件的简化和一体化。通过对扶壁、筒口、筒脚的简单化设置，达到相应建筑物的对称。另外，可以将相应的柱子、楼板进行一体化设计，有效加强整体结构的连续性和刚度，增强建
11、筑物的抗震能力。 消防结构的设计 在当下，经常发生火灾或者是恐怖袭击，这些事件的发生让高层建筑的消防措施面临严重的考验，因为消防设计的不合理，让很多无辜的生命丧身火海。我们更应该反思高层建筑在设计时的消防设计合理性。在设计的时候，利用地形的位置，对消防器材的摆放应该更加合理或者加多消防器材，在建筑材料的选择时，更应该考虑其是否是依然产品产品。 总而言之，高层建筑在现在社会中越来越常见，在不断发展的同时，我们更应该考虑其存在的安全性，一个高层建筑的安全性是一个一个建筑最基本的要求。再设计的时候我们一定要注意其发展的问题，为我国的建筑事业更增辉煌。 参考文献 1.陈圆圆 高层建筑结构设计难题待解 J.中国建设报 2010.10.30 2.郭雪 有关高层建筑结构设计问题的若干探讨 J.门窗 2013.08.20
