高层建筑结构优化设计中的问题与对策分析

高层建筑结构优化设计中的问题与对策分析

董世娟 刘振栋

山东省建筑科学研究院有限公司（山东省建筑工程质量检验检测中心有限公司）

摘要：随着人类社会与文明的不断发展，建筑多样化正成为当前建筑发展的趋势，尤其是高层建筑多样化。人们更加倾向于把其作为城市的地标建筑来对待，由此可见高层建筑在人们心中的重要地位。进一步提出优化高层建筑结构的对策，有利于推动我国建筑行业的发展，为进一步促进高层建筑安全性能的提高奠定理论基础。

关键词：高层建筑；结构；优化设计；问题；对策

结构设计是高层建筑设计的重要内容之一，结构设计的合理性，会直接影响到整个建筑的质量和安全效果，而且在新形势下，人们对高层建筑结构设计也提出了更高的要求，因此高层建筑结构设计是高层建筑项目建设中所关注的重点。

1高层建筑结构设计中存在的问题

1.1超高问题

高层建筑，顾名思义就是楼层高度相对普通楼盘要高出很多，总体高度在24～100m之间。高层建筑在功能和美观上都更受人们的欢迎，但是在抵抗自然灾害上，高层建筑的问超高题则被进一步放大。在面对台风，火灾，地震等灾害的时候，高层建筑更容易发生坍塌问题，因此，安全问题是高层建筑最为人所关注的一点。在对高层建筑进行设计时，设计时除了要考虑到建筑的美观，实用性以外，考虑最多的还是建筑的安全问题。而由于高层建筑工程让庞大建筑整体结构复杂，安全问题即便在设计初期便开始考虑，到实际施工中，仍有很多的变数需要设计师和工程师去面对。并且很多高层建筑在开工之后会根据设计方的要求再进行改动，这是如果在对建筑进行重新规划的话，那么很容易遗漏某些安全领域的问题，从而造成安全隐患。

1.2钢筋混凝土结构问题

在高层建筑施工中，主要采用钢筋混凝土结构，具有良好的经济效益，可以从多种渠道获得建筑材料。施工人员可以用钢筋混凝土来完成各种复杂的截面浇筑和结构施工，这种建筑结构也具有良好的耐火和抗震效果，但高层建筑有许多优点，大截面构件往往出现在钢筋混凝土结构中，所以设计师应该注意它们。我国许多高层建筑将采用钢筋混凝土结构。在高层建筑结构设计中，设计者需要合理掌握钢筋混凝土结构的承载力和建筑立面的外形尺寸。目前，一些设计人员并没有充分考虑钢筋混凝土结构的承载力设计。比如在设计中，他们对结构的规则提出了要求，但没有进行定量分析，也没有特别考虑高层建筑中的不规则结构。所以在高层建筑工程施工中，如果要采用这种结构，就需要考虑以上问题。

1.3扭转问题

在建筑领域中，扭转是一个非常关键和核心的问题，受到了世界各国的广泛关注和研究。高层建筑的扭转设计直接关系到高层建筑应对自然灾害的能力，特别是面对台风和地震，建筑物的扭转直接关系到建筑物的安全。在建筑的设计和施工中，由于一些不可抗拒的因素，不可避免地会出现建筑的不平衡和不对称。在低层建筑中，这种不平衡可以忽略不计，而在高层建筑中，这种不平衡可能导致灾难性的后果。在高层建筑中，结构与结构的平衡关系是整个扭转问题的核心。随着人们物质生活水平的提高和审美需求的提高，单一的完全对称的建筑已经不能满足人们对建筑的期望。越来越多样化的高层建筑受到人们的追捧，这给设计师的工作带来了更大的挑战和困难。设计师一方面要保证建筑设计的整体安全性和抵御自然灾害的能力，另一方面也要考虑建筑的艺术价值。

2高层建筑结构优化设计对策

2.1设计方案制定

结构设计设计是高层建筑后期建设施工的重要基础，如果结构设计阶段出现了问题，无法形成科学合理的设计方案，则无法为后期的具体施工提供科学的指引。从当前的情况来看，在高层建筑结构设计中，会出现设计人员考虑不够全面，导致所形成的设计方案存在不合理之处，而根据设计方案所完成的高层建筑耐久性较差，无法体现建筑功能。为此，在高层建筑结构设计阶段，设计人员需要对整个高层建筑项目进行全面的评估，然后明确建筑结构方面的实际要求，然后再着手进行设计。所形成的初步方案，还应该与参与建筑施工的人员进行相互讨论，然后查找高层建筑结构设计中存在的不足，并及时改进，为了确保设计方案的合理性，设计人员还可以请专门的设计公司对其方案进行评估，并形成最终设计方案，这有这样，才能够确保高层建筑结构设计方案的科学合理性，并为后期的建筑施工建设提供科学的指引，以此确保高层建筑质量。

2.2超高问题的解决办法

高层建筑设计的最终目的是满足人们的需求，因此要解决超高层建筑的问题，必须从两个方面入手，一是人们的实际需求，二是建筑的使用性能。建筑的设计应以这两点为出发点，紧紧围绕人们的实际需求来设计建筑的使用性能。我们绝不能为了追求高度而盲目增加建筑层数，这会带来不必要的安全隐患和安全问题。只有满足了这些需求，才能称之为科学设计。高层建筑在设计时应充分考虑建筑的延性，在设计地震、台风等自然灾害时，由于不可抗力会导致建筑结构的倒塌和变形，此时建筑的延性就体现出来了。具有较好延性的建筑在发生自然灾害时能最大限度地保持建筑的原貌，为人们提供更多的生存概率，提高建筑的安全性。

2.3综合绩效满意度

在高层建筑的结构设计中，设计师应该能够考虑高层建筑的综合性能，只有满足了建筑的综合性能，结构设计工作才有意义。具体来说，高层建筑结构设计应从综合性能满足的角度考虑以下几个方面：一是保证建筑结构延性设计的合理性，主要针对高层建筑在长期使用中的变形问题，特别是在地震、强风等巨大外力作用下的变形，保证延性设计的合理性，可以使高层建筑有效地处理在巨大外力作用下的变形问题。第二，保证高层建筑的水平荷载。由于高层建筑的特殊性，其受水平荷载的影响明显，如大风等。因此，设计人员在设计工作中必须保证高层建筑具有良好的水平荷载力。三是确保高层建筑的安全，在高层建筑的结构设计中，要坚持以人为本的理念，比如合理设计逃生通道，确保建筑在发生火灾、地震等情况时，建筑内的人员能够尽快逃生，尽量减少此类灾害的负面影响。

2.4扭转问题的解决方案

随着人们审美需求的提高，单一的完全对称的建筑设计已不能满足人们的需求。个性化、多样化的建筑正成为城市发展的趋势。即使如此，设计者仍需要在一定范围内寻求建筑形状和结构的对称性，以保证建筑的合理受力。努力使建筑的质量中心和电力调度中心结合起来，最大限度地提高建筑的抗灾能力。而设计完成后，施工方应配合专业施工人员在现场作业，相互促进，最大限度地调整因设计缺陷造成的结构缺陷。即使在不规则建筑的设计中，设计师也应该从更大的层面、从整体的层面来思考建筑的平衡问题，努力通过改变机械结构来解决建筑的扭转问题，从而减少不规则建筑引起的不稳定。

结论

综上所述，高层建筑结构合理设计有着重要的意义，为此，在具体的结构设计中要能够坚持一定的设计原则，并明确设计要点，然后从多个层面入手做好相应的设计工作，以此充分体现高层建筑的实际功能。

参考文献：

[1]林海.高层建筑框剪结构设计优化[J].四川水泥,2020(12):295-296.

[2]李智.浅析高层住宅建筑的结构设计与成本优化[J].四川建材,2020,46(11):231-232.

[3]郑鹏.高层混凝土结构优化设计方法探究[J].城市建筑,2020,17(29):92-93.

[4]张鑫.高层住宅结构剪力墙优化设计探讨[J].四川水泥,2020(10):293-294.

[5]单心,姜晓文.高层建筑中建筑设计理论探究[J].城市建设理论研究（电子版）,2019(23).