高层建筑结构优化设计中的问题与对策

吕晓展

摘 要：做好高层建筑结构设计是保障高层建筑安全质量的关键举措。本文结合多年工作实践经验，以高层建筑结构设计的基本原则作为切入点，阐述高层建筑结构设计所存在的问题，最后提出优化高层建筑结构设计的具体对策。

关键词：高层建筑;结构设计;问题;安全质量

随着我国城镇化建设步伐的加快，尤其是在城市用地日益紧张的环境下，高层建筑成为现代建筑的主要形式。相比传统建筑模式，高层建筑不仅施工技术复杂，而且其内部结构要求日益严格，因此优化高层结构设计成为现代建筑设计者必须要关注的问题。

一、高层建筑结构设计的基本原则

在高层建筑结构设计时必须要遵循以下原则：一是建筑结构设计前期的预算。高层建筑内部结构比较复杂，在建筑施工前必须要做好计算简图设计工作，如果没有做好前期的简图设计会给后期施工带来巨大影响，甚至会造成高层建筑出现结构设计不合理的问题，影响高层建筑的整体质量;二是选择恰当精密计算工具。随着BIM技术在现代建筑领域的应用，在高层建筑结构设计中需要选择精密的计算工具，以此确定结构形式和竖向构件布置方案。例如在高层建筑结构设计时需要考虑当地的地质条件、施工技术以及建筑材料等因素;三是根据地质报告相关数据选择合理的基础形式。高层建筑结构与地基、建筑负荷分布等有很大关系，因此在具体设计时需要合理选择基础形式，例如在桩基设计中，需要考虑到负摩阻力系数的取值大小。

二、高层建筑结构设计中所存在的问题

结合多年实践经验，虽然基于建筑技术的日益成熟，高层建筑结构设计工艺日益完善，但是我们在看到成效的同时必须要清晰地认识到高层建筑结构设计所存在的问题：一是高层建筑结构设计人员安全意识有待提升。安全意识是高层建筑结构设计的基础，虽然在各项制度规范下，高层建筑结构设计人员不会出现大的设计问题，但是各种小问题却层出不穷。由此暴露出建筑结构设计人员在安全意识控制方面还存在较大的缺陷。例如在高层建筑结构设计时部分工作人员认为细微的缺陷不会对高层建筑的整体质量造成影响，因此其将重点放在主体结构设计上，而忽视了建筑材料等因素对高层建筑结构的间接影响;二是忽视地基与基础问题方面的设计。高层建筑对地基与基础设计要求比较高，但是在实践中由于设计人员的忽视等因素导致在高层结构设计时并未考虑到荷载作用的影响。例如在筏板基础设计时，设计人员并未考虑到主楼和裙楼范围内的负载偏心问题，结果导致高层建筑在后期使用中出现局部地基下沉等安全问题;三是超高问题。超高问题是高层建筑结构设计所存在的主要问题，主要是在设计过程中设计人员过度追求高层建筑的整体结构，而忽视了建筑高度对抗震性能的影响。例如根据调查目前在高层住宅项目中，设计人员为了达到预定的抗震要求，满足项目建设方的要求，其会采取降低室内高度的方式，这样严重影响住宅的舒适度;三是在高层建筑设计中存在扭转问题。扭转问题主要是由于在建筑设计中并未重新建筑刚度、整体结构的中心，结果导致在水平方向对建筑施加压力造成扭转。

三、解决高层建筑结构设计问题的具体对策

基于高层建筑结构设计中所存在的问题，为了提升高层建筑结构设计的整体质量，我们需要采取以下措施：

1. 提升高层设计人员的安全意识，增强业务能力

为了降低高层建筑结构设计问题，相关部门要加强对设计人员的安全教育培训，提升他们的业务能力：一是高层建筑结构设计部门要定期组织设计人员开展学习，掌握最新的高层建筑结构设计原理知识。例如基于BIM技术在高层建筑结构设计中的应用，相关部门要及时组织设计人员学习操作BIM系统平台的技能，以此提升高层建筑结构设计方案水平;二是要加强宣传教育，提升高层建筑结构设计人员的安全意识。结构设计直接关系高层建筑的整体质量，在当前环境下作为高层建筑结构设计人员必须要树立较强的安全意识、质量控制意识，以严谨的工作态度做好高层建筑结构设计工作。

2. 做好地基基础设计，准确计算高层建筑的承载力

地基基础设计是高层建筑结构设计的关键内容，针对在高层结构地基基础设计中所存在的问题，设计人员在设计时必须要考虑到荷载偏心或者筏板埋深等问题。具体就是在筏板基础的梁板进行配筋时可扣除底板上梁的自重負荷作用，当四角的反力太大时则要对配筋进行加强处理。如果在高层建筑中采取桩基础，则需要考虑土沉降对桩身产生负摩阻力的影响，为此在设计时可以在桩身上涂抹特殊的材料以此降低负摩阻力对承载力的影响，从而提升高层建筑结构的整体质量。

3. 优化结构竖向构件平面布置方案，有效解决扭转问题

在设计结构的过程中，需要保证建筑三心最大化重合，也就是三心在同一点。水平压力的影响下，高层建筑是否会出现较大的扭转现象，与其自身的质量有着密切的关系。因此在高层建筑结构设计时需要合理布置剪力墙，尽可能简化高层建筑结构的布局，在建筑平面采用了L形以及T形等不规则、复杂形式时，要对凸出部分进行控制，使其厚度与宽度的比值，能够在所允许的规定范围内。当然除此之外还要对高层建筑的高度进行控制，避免高层建筑出现超高现象。

4.注重计算简图的应用

在高层建筑物的结构设计期间，为了设计更加精准、科学的配筋，构件的尺寸更好地把控，设计工作人员就要使用计算简图。如何获取精准的测算图，需要通过运用先进的技术，在建筑行业中大范围的实施。可以应用CAD 仿真模拟的软件，来对建筑物内部结构作出优化改进，科学调整建筑结构的参数，这样才能够达到最佳设计的目的，保证建筑结构设计更加安全、更加科学、更加高效。

总之，基于城镇化建设步伐的加快，做好高层建筑结构设计对提升高层建筑施工质量具有重要意义，因此我们要围绕高层建筑结构设计中所存在的问题入手，及时采取完善的防范措施，以此提升高层建筑结构设计质量。

参考文献：

[1]杨德鹏，高层建筑结构优化设计中的问题与对策[J].四川建材2022（03）：38-39

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