李俊

（中信建筑設計研究總院有限公司，湖北武漢 430014）

0 引言

高層建筑是現代社會發(fā)展的產物，與建筑施工技術水平提升、土地資源緊張等方面存在直接的關系。高層建筑的大面積建設，使得城市土地資源得到充分的利用，也能夠滿足人們多樣化的要求，對于社會的發(fā)展存在積極的影響。高層建筑的高度較高，內部組成結構比較復雜，現場施工難度大，對于現場施工以及設計水平都有很高的要求?；诖?，我們需要更加重視高層建筑結構設計，提高設計水平，完全滿足使用的需要，保障人們的生命健康與財產安全。

1 高層建筑設計的主要特點和原則

高層建筑在設計中，要從高層建筑結構特點出發(fā)分析，合理選擇結構形式，布置結構構件，在滿足多項指標要求的前提下，滿足功能需求及正常使用的要求。高層建筑的高度不斷的增大，會造成內部結構的設計變得更加的復雜，且當前人們對于外形美感要求不斷提高，為了更好的滿足現階段多樣化的需要，必須加強高層建筑結構設計概念，提高設計水平。從高層建筑的受力情況分析發(fā)現，其高度較高，所受到的作用力也會比多層建筑大不少，所以對于構件承載性能方面的需求增加。因此，在高層建筑的設計環(huán)節(jié)，必須綜合分析當地的自然環(huán)境和區(qū)位條件，重點分析當地的風力、地震等荷載條件，保證高層建筑構件承載性能滿足要求[1]。

1.1 結構方案的優(yōu)良性

高層建筑結構設計中，需要保證結構設計方案具備科學性、合理性，同時滿足實際使用的需要。一般在同一結構單元的設計中，不要使用多種形式的結構體系，首先要充分了解建筑的功能需求，分析結構受力的特點，掌握所受荷載情況，同時還要分析可能存在的不利影響因素，合理選擇實用、經濟、合理的結構方案。在結構設計方案的確定時，各個專業(yè)的設計人員保持良好的溝通與交流，確保高層建筑結構設計達到國家標準要求，滿足建筑正常使用的功能要求。

1.2 計算簡圖的合理性

高層建筑結構設計中，重視計算簡圖的應用，這對于提高建筑結構設計水平有重要的價值，主要影響的是建筑結構計算公式以及結構方案的確定，以保證結構受力的合理性，主要指標達到規(guī)范要求。因此，在高層建筑結構設計環(huán)節(jié)，必須選擇合適的計算簡圖，確保建筑結構設計達到合理性要求，同時兼顧經濟性的要求。高層建筑結構設計環(huán)節(jié)，選擇符合設計需要的結構計算簡圖，各項數據計算都達到規(guī)范的要求，數據處理的偏差處于合理的范圍內，以保證建筑結構設計更加科學、合理、經濟，保證建筑滿足使用要求，避免存在安全隱患和事故。

1.3 計算滿足規(guī)范要求

當前我國的高層建筑結構設計中，主要的工具就是計算軟件，但是市場上存在的設計軟件種類比較多，如果建筑結構設計人員選擇設計軟件不合理，會導致建筑結構設計存在數據偏差，即使相同的結構也會產生不同的受力計算結果，從而造成較大的設計誤差。因此，建筑結構設計人員在選擇設計軟件時，應該綜合分析各個方面的影響因素，了解對比實際計算結果，才能確定合適的結構計算軟件，確保高層建筑結構的設計性能滿足規(guī)范要求，不會給結構設計造成任何不利影響。此外，在建筑結構設計中，提高人員素質水平，防止人為操作失誤產生不利影響，對于各項結構設計參數進行綜合分析，摸清各項參數的概念及合理性，能有效避免設計失誤，保證計算結果的準確性。

2 高層建筑結構設計存在的問題及優(yōu)化措施

2.1 抗風設計

高層建筑結構在設計環(huán)節(jié)，必須對于當地的自然環(huán)境、氣候條件以及水文狀況展開全面深入的分析，統(tǒng)計各個方面的技術參數，尤其是當地的風載荷，讓高層建筑具備較高的抗風荷載能力，以達到使用安全的標準。提升高層建筑的抗風荷載的能力，首先要做好高層建筑地基基礎的設計，結合地勘資料，選擇適當的持力層，進而選擇合適的基礎形式，滿足規(guī)定的基礎埋深，達到結構的抗傾覆要求，從根部確保高層結構的抗側力能力。由于高層結構抗側力為主要控制因素，合理布置抗側力體系，選擇合適的結構體系，以期達到滿足位移等指標要求時，結構布置能達到經濟合理的要求[2]。除此之外，還要保證樓體的輪廓面積以及投影面積都達到優(yōu)化設計的要求，與整個區(qū)域內布局合理搭配使用，利用周邊的建筑物，構筑物等輔助設施以保證風向、風荷載得以有效的改變，減輕風荷載給高層建筑樓體造成的不利影響。

2.2 抗震設計

在高層建筑結構設計環(huán)節(jié)，抗震設計是現階段基本也是最重要的一項設計工作。由于我國地質條件復雜多樣，地震災害也頻繁出現，給我國人民的生命安全和經濟損失帶來了重大威脅。

提升結構的抗震能力，首先需要合理的選擇建設場地，以往的經驗可以看出，同樣重量和類型的建筑在地震中受損程度不一樣，其中受損嚴重的一方就是選擇場地不合理造成的。應避免選擇靠近地震帶和不利地質條件的場地，同時應規(guī)避地震帶來的次生災害，比如山體滑坡、堰塞湖等。選擇合適的建筑材料也是提高抗震性能重要的一環(huán)。材料的質量直接關系到建筑的質量，只有建筑結構材料的質量過關，才能把地震對結構的破壞降到最低[3]?，F階段不僅主體結構材料需要保證其質量，其他二次建筑材料也起到不小的作用，外墻、隔斷、幕墻等，選擇材質且抗震性能好的材料能有效提高結構整體的抗震能力。施工質量也是直接影響到材料的性能，進而影響到整體結構質量。從設計上都是假定材料質量，構件連接都是滿足設計要求，一旦施工不過關，材料性能強度降低，連接削弱，直接影響到整體結構的安全，導致結構的抗震性能下降。

在抗震設計中，首先應從概念設計出發(fā)，選擇合理的抗震體系。保證結構平面規(guī)則，盡量使結構的質心和剛心重合，降低地震產生的扭轉效應。結構應豎向規(guī)則，避免頭重腳輕，豎向構件應連續(xù)并平緩變化，盡量避免構件間斷及突變。保證結構的剛度合理，即使受到強大外力作用也能夠保持受力的均勻性，避免發(fā)生嚴重的樓體損壞問題。此外，還可以局部設置一些水平抗側力構件，最大化的提高抗震性能，降低地震帶來的損害。隔震和減震技術的發(fā)展，極大提高了抗震設計水平，為超高層、高烈度區(qū)域的結構設計提供了可能，同時極大提高結構的經濟性。

在高層建筑的抗震設計環(huán)節(jié)，必須要落實“以人為本”的基本原則，選擇合理、適用、經濟、安全的結構設計方案，促進抗震水平的提升，保護人民的生命與財產安全。隨著新建建筑高度的不斷拔高，建筑立面造型越來越復雜，功能需求也越來越多，超限高層也越來越多，就目前來說，一般高層建筑的超限抗震設計流程可簡化如圖1所示。

圖1 基于性能抗震設計流程

2.3 高層建筑消防設計

高層建筑的消防設計也是設計的重點，只有滿足規(guī)范標準，符合驗收合格的要求，才能達到消防安全的要求。因為高層建筑內部組成比較復雜，對于消防安全的要求也比普通建筑高。首先，根據我國對于高層建筑的消防設計標準展開分析，合理的設置消防通道，在發(fā)生火災等事故之后，疏散、救援工作可以有序展開。其次，根據不同高層建筑結構的情況，確定合適的消防通道的數量，如果可能，應該盡量的增加消防通道的數量。不同消防通道在設計的過程中，應該預留合適的防煙區(qū)，以確保在該空間內不會有煙氣進入，確保人員在安全的條件下完成疏散，保護人民生命健康。高層建筑結構設計環(huán)節(jié)，確保樓體預留空間可以有效的舉止樓體之間火勢的蔓延，避免火情進一步的發(fā)展?；诖?，高層建筑設計人員，做好樓體之間的測量，確保數據達到真實、準確的要求，并且對樓體外緣間距測量，達到安全性標準。

2.4 合理設計建筑平面

高層建筑結構設計中，建筑平面的設計是否合理、是否科學，直接關系到結構體系的合理性和建筑工程的經濟性。目前有些高層建筑在設計時，過度的追求外形的美觀、個性化，造成建筑結構設計難度幾何提升，結構體系存在多項不規(guī)則的情況，如此大大增加了結構計算分析的難度，為了滿足指標要求，結構構件過大過重，不僅影響建筑美觀，還極度增加了建筑造價，經濟不合理。合格的高層建筑，不僅是漂亮的，同時也應該是經濟合理的。選擇合適的平面，可以讓結構布置更加規(guī)則合理，受力更加明確。因此，在平面設計中，盡量選擇方形、長寬比較小的長方形或者圓形等形式，能更好的提高經濟性。

2.5 優(yōu)選結構設計方案

高層建筑結構設計工作量比較大，消耗的時間長，如果設計方案存在不合理的地方，必然會給后續(xù)工作造成不利影響，輕則造成返工問題，嚴重甚至影響生命財產安全。在設計之初，就應該比選合適的結構方案，從經濟性、安全性、適用合理性的角度綜合比選設計方案。設計人員應遵循國家標準和要求，以行業(yè)規(guī)范作為指導，對高層建筑結構設計方案展開全面的論證與分析，消除一些可能存在的不利因素，確保設計結果完全符合規(guī)范要求。設計時必須綜合分析水文地質條件、氣候環(huán)境、行業(yè)及國家規(guī)定、當地規(guī)定、業(yè)主需求等要素，選擇合適的結構方案，在滿足規(guī)范規(guī)定的前提下，盡可能滿足建筑功能要求，達到工期要求，使建設工程更加經濟合理。

2.6 結構舒適度

隨著樓層的增加，高度不斷增加，在結構的頂部位移增大，這就造成高層建筑舒適的要求成為不可避免的問題。建筑結構的舒適度問題主要是由于風荷載作用下結構搖擺運動，使人產生不舒服的感覺，加速度過大會給居住者不管是心理還是生理都會造成不良影響?，F行規(guī)范給定了舒適度的定量要求，例如住宅公寓給定了0.15m/s2的加速度限值，辦公旅館給定了0.25m/s2的限值。從設計的角度，高層建筑結構設計由于抗震需求，需要增大結構的延性，結構偏于柔性，如此造成結構頂部位移較大，但是如果設計的過于剛，振動頻率又會增大。所以這也造成了舒適度設計的這種剛柔之爭，成為超高層建筑結構設計的難點。

除了風的影響外，超高層中人或其他運動也是影響舒適度的因素。這種運動造成了樓板的豎向震動，因此各種類型功能建筑的豎向震動加速度在規(guī)范中也明確了具體的限值要求。樓蓋的本身的自振特性是否與干擾的頻率產生共振，這種共振是影響舒適度的主要因素。設計樓板厚度，研究樓板的自振特性，避免產生共振，這也是設計者需要認真考慮的方面。

3 結語

綜上所述，高層建筑結構設計需要考慮的要素較多，任何環(huán)節(jié)存在錯誤或者不合理的情況，都會導致高層建筑結構的受力性能受到影響，關系到建筑工程結構的安全。因為高層建筑結構設計復雜性高、難度大、周期長，在設計中，必須選擇合適的設計方法與設計軟件，確定最佳的設計方案，提高高層建筑結構的設計水平，確保高層建筑結構的安全性、合理性、經濟性。提高設計水平，優(yōu)化設計方法，合理利用新技術新材料，才能為我國高層建筑領域的建設和發(fā)展提供堅實的保障。