高层建筑主体结构设计中的问题与应对方案

　　摘    要：　伴随着我国城市化发展水平的提高，大城市持续新增高层建筑物，此类建筑能够缓解大城市用地紧张的难题。高层建筑物的结构设计一直以来都是本领域关注的焦点问题，如果处理不得当，可能会影响其结构的稳定能力，甚至引发严重的问题。为了促进高层建筑物结构部分的设计更加科学，文章对其设计过程中的共性问题实施了深入研究，并且给出了适当的解决方案，期望能够为提升高层建筑结构设计的品质提供一定的参考价值。

　　关键词 :    高层建筑结构设计;结构稳定性;解决方案;

　　Abstract：　With the improvement of the development level of urbanization in China, high-rise buildings continue to be added in big cities, which significantly alleviate the problem of land shortage in big cities. The structural design of high-rise buildings has always been the focus of attention in this field. Therefore, if not handled properly, it may affect the stability of its structure, and even cause serious results. In order to promote the design of the structural part of high-rise buildings more scientifically, this paper makes an in-depth study on the common problems in the design process, and gives appropriate solutions, which are expected to provide some reference value for improving the quality of structural design of high-rise buildings.

　　Keyword：　structural design of high-rise buildings; structural stability; solutions;

　　伴随着我国经济的高速发展及城市化进程的不断加快，现阶段，国内的建筑领域正在朝着高、大的趋势迅速转变。高层建筑物和常规的低层建筑物相比较来讲，其主体结构更加复杂，设计过程中需要考虑的因素也更多，不但需要考虑相关建筑物总体比例之间的联系，用来保证建筑物具有足够的稳定性，同时还必须着重关注地基的沉降效应、风力对于建筑主体结构的影响，环境温度骤变以及地震等等外界环境因素对于建筑物主体结构稳定性的各种影响。高层建筑物主体结构设计方案的科学性与合理性，对于高层建筑物的施工作业的过程有直接影响，并且还可能对后期的日常保养带来诸多不便。因此，高层建筑结构的主体设计工作的难度相比普通建筑物来讲更大，在其主体结构的设计过程中的一些难点，如果不能妥善处理，可能会严重影响高层建筑物结构设计的最终品质。因此，本文针对高层建筑物主体结构设计过程中的难点及相应的解决方案实施了深入研究及分析，借此促进高层建筑物主体结构设计工作的持续优化，提升高层建筑物的主体结构设计水平。
 

　　1 、高层建筑物建造相关技术现状

　　1.1、 主体结构的支护技术

　　在高层建筑物建造的过程中，需要大量的资源，然而从目前的情况看，城市现有的资源不断减少，甚至枯竭。针对高层建筑物来讲，在城市的现代化发展进程中发挥着关键的作用。过去的经验及设计模式有的难以符合现阶段的高层建筑设计工作的实际需要，因此需要配合工程实际状况对建筑设计技术实施行之有效的创新模式，特别是对于支护技术来讲，必须兼顾建筑结构的安全稳定及实用性等多个设计准则[1]。

　　1.2、 钢筋结构连接技术

　　相关工程现场操作人员在对钢筋进行绑扎时需要重点关注如下几个问题。第一是针对钢筋之间的距离需要使用分级的模式实施设计，顺着主梁外侧排布额外箍筋，箍筋间的距离大约是50.5mm，针对已经完成的底梁模板，需要配合现场实际状况划出箍筋分级线，排布在主梁的底部。竖向承受载荷的钢筋与架立筋进行连接进而构成主筋。依照初始设计技术要求中所设定的钢筋数量，进行箍筋的摆放。在实施穿钢筋工作的进程中，必须明确在纵向钢筋首先实施贯穿工作的方向，并且由编制竖向间实施逐步穿入，纵向钢筋插入底座的尺寸必须符合实际需求。高层建筑钢筋连接技术如图1所示。

　　1.3 、水泥混凝土保温及养护技术

　　相关工程现场操作人员预先在水泥混凝土表层严密覆盖一层塑料薄膜，对其表面实施保湿养护，塑料薄膜上方再次进行严密覆盖工业毛毡，该层毛毡的厚度为45.5mm，其对于底板起到保温养护的作用。水泥混凝土在浇筑施工进行到设计标高以后，首期抹压完工以后马上对水泥混凝土进行养护，水泥混凝土保湿养护所采用的塑料薄膜采用厚度尺寸较小的一次性塑料薄膜，两张相邻的塑料薄膜的搭接位置必须实施行之有效的拼接措施，搭接的宽度尺寸需要>205mm，该解决方案可以确保养护薄膜整体不发生漏风的问题。

　　图1 高层建筑钢筋连接技术

　　2 、高层建筑物建造相关技术优化措施

　　2.1 、关注新型施工技术的大力推广

　　相关工程技术人员在设计进程中，需要配合工程实际科学应用有关新型技术，这种情况对于国内高层建筑的建设工作会发挥非常关键的辅助作用，可以确保实际施工品质，符合要求。站在设计部门的角度上来讲，可以配合施工现场实际状况酌情把新型实用技术使用到工程实践中，确保相关新型技术在高层建筑领域后期建设过程中获得有效推广。

　　2.2 、加强专门人才培养

　　站在建筑设计企业的角度来讲，必须持续根据现实需求强化针对设计人才的培养力度，确保该类人员的综合知识系统可以获得大幅度提高，从而更加科学地把相关专业知识运用到实际设计工作之中，确保相关工程技术人员对新型技术的有效利用。在日常的设计工作中，需要配合现实需求推进相关新型技术方面的教育培训，保证全体员工均能主动参与相关内容的教育培训，确保相关工程设计人员清晰掌握本人的工作方向，与此同时确保工作目标得以实现。

　　2.3 、借助现代化高科技方法

　　相关工程技术人员在实施高层建筑物规划进程中，如果把先进的科技方法运用到其中，那么对全部规划流程的改进及工程施工品质的提高均能发挥关键的作用，其不仅可以确保工程施工作业品质符合相关技术要求，还可以提升设计工作的综合效率，是适应现阶段需要的关键方法，因此站在工程设计人员的层面来讲，需要配合现场实际状况结合传统的设计方法及领先的科技方法行之有效地运用到设计工作中[2]。

　　3、 高层建筑主体结构设计过程中的常见问题

　　3.1、 高层建筑主体结构扭转问题

　　建筑工程设计过程中的“三心”分别指的是：刚度中心、几何形心及结构重心，只有满足“三心合一”的状态才能确保建筑物主体结构安全稳定。然而在实际施工作业过程中受到现场地基状态及建筑物主要功能规定等条件的制约，许多高层建筑物外形多数呈现不规则形状，建筑工程设计过程中没能实现“三心合一”的状态，导致建筑物主体结构产生扭转的情况，甚至出现结构损坏。

　　3.2 、高层建筑主体结构抗风问题

　　因为高层建筑物具有层数多及高度高的特点，气流经过高层建筑物主体时，极易发生空气动力学相关效应，或因为气流在建筑物表面的流动性状态发生改变，导致高层建筑物主体结构中刚度较低的部分在气流的作用效应下发生震动现象，危及高层建筑物主体结构的安全稳定性。因此，相关工程技术人员在进行高层建筑物主体结构设计的过程中，必须考虑抗风结构的相关问题，确保高层建筑物主体结构抗风能力符合结构安全稳定的要求[3]。

　　3.3、 高层建筑主体结构抗震问题

　　在高层建筑物主体结构设计过程中，结构抗震设计是一个关键点，通常由于工程设计人员职业素养不足及缺少应变能力，忽视了高层建筑主体结构抗震的科学设计。或者，相关工程技术人员在进行高层建筑物主体结构抗震设计校核的过程中，因为计算过程中的错误减少抗震设计的科学性。假如发生地震，高层建筑物抗震设计无法符合建筑结构的抗震规定，就有可能出现严重的损坏，导致严重的人员伤亡及经济损失。

　　3.4、 高层建筑主体结构消防问题

　　依据国内现有的有关规定及法规，高层建筑物主体结构需要具备完善的消防安全系统。但是，在高层建筑物主体结构设计中往往存在被困人员撤离难度大、火灾蔓延速度快及排烟系统规划设计布局困难等问题，假如无法彻底的解决这类问题，无法确保相关高层建筑物的消防安全。高层建筑排烟系统如图2所示。

　　4 、高层建筑主体结构规划设计过程中的难点应对方案

　　4.1 、合理安排建筑物的布局

　　工程设计人员在进行高层建筑物主体结构设计的过程中需要依照地基具体情况及建筑物的主要功能需求等等条件科学设计高层建筑物的外型，最大限度地使用相对来讲比较规则的几何形状，比如圆形或者矩形等等，科学布置建筑物平面布局，尽量确保高层建筑物重量处于均衡分布的状态。在高层建筑主体中设计抵抗侧向应力的构件，防止建筑主体结构发生扭转的情况。例如在高层建筑物内部的凹角部位避免设计楼梯间及电梯间，保持建筑物主体结构内部的刚度载荷分布处在相对均匀的状态，防止高层建筑发生扭转的状况。

　　图2 高层建筑排烟系统

　　4.2 、科学选取计算参考图纸和相关结构模式

　　工程设计人员合理选取计算参考图纸是确保高层建筑主体结构设计结果安全的基础。在建设方案选取时需要使用和计算参考图纸相对应的方案，在进行构件的结构节点的规划设计时，必须保证计算参考图纸的误差值控制在规定的范围之内。另外在选取建筑物主体结构的设计方案时不但需要参考其外观形状，还要参考相关设计方案的可行程度及经济指标是否合理，选取的设计方案需要符合建筑主体结构外观及内部结构的相关规定和需求。特别是对于荷载及其受力情况进行设计的时候，需要遵照传力系统简明、受力状态均匀清晰的设计准则，防止出现受力集中导致建筑物的主体结构刚度受到影响的情况[4]。

　　4.3 、科学设置抗风的相关结构

　　相关设计人员为了让高层建筑物的抗风设计符合稳定性方面的标准，在抗风结构的设计过程中需要完成如下优化设计的工作任务：

　　(1）基础优化。只有基础坚实，上方的建筑结构才可以安全稳定。因此，高层建筑物的基础设计过程必须科学选定混凝土的级别和配比，使用级别和配比较高的砂石，加大基础持力层厚度尺寸，增加抗拔锚杆用来提升基础的稳定性。抗拔锚杆如图3所示。

　　(2）减轻气流的水平荷载和风力对于结构稳定性带来的影响。风力可能使得高层建筑内部出现水平的内应力，此应力和风的水平荷载合成后，会对高层建筑的稳定性带来破坏。因此，高层建筑物必须采用高性能的水泥混凝土原材料，杜绝产生结构的内应力。

　　图3 抗拔锚杆

　　4.4、 重视建筑物的抗震设计

　　高层建筑物的抗震方面可应用如下方案：

　　(1）在高层建筑物内部进行科学排布抗侧力的结构件。高层建筑物主体结构保证水平层面对称性的条件下，可在某种程度上减少建筑物在地震过程中被破坏的概率。因此，需要合理设置高层建筑内部的水平层面结构件，使得应力分布状态得以形成，增强高层建筑物主体结构连续性特征。并且增加竖向的侧力结构件，提高建筑物的抗震等级。

　　(2）增强地基结构的抗震等级。高层建筑物的地基结构在地震发生的时候容易被破坏，导致建筑主体发生更大的损伤。可增加高层建筑物桩基的深度数值，保持其余上部结构保持良好的联动特性，进而增加建筑物的抗震等级。

　　4.5、 加强消防安全方面的优化设计

　　(1）依据建筑物的周边条件科学设计防火结构的间距。

　　(2）采用阻燃的建筑原材料，强化建材的耐火性能。

　　5 、结束语

　　本文对于高层建筑物主体结构设计过程中的扭转、防震、抗风、消防安全等难点问题，给出相关的解决方案，优化了高层建筑主体结构的设计过程，提升了高层建筑主体结构的安全稳定性。设计人员需要持续强化建筑结构设计改进力度，推动高层建筑物结构设计能力提升，满足城市发展的需求。

　　参考文献

　　[1]罗晓清高层建筑结构设计特点及常见问题分析[J]科技创新与应用, 2015(33):249.
　　[2]郭峰,梁利生.高层建筑结构设计的问题及解决措施方案应用[J].科技传播, 2013,5(13):135-136.
　　[3]宋志瑜建筑结构设计中常见问题与解决措施分析[J]城市建筑，2014(4):66.
　　[4]徐建道高层建筑暖通设计的常见问题及应对措施[J].河南科技，2015(21):131.