论高层建筑结构设计的分析

高层建筑抗风、抗震和消防结构三方面的内容，关系到建筑物使用的安全性和使用寿命。这三方面内容受到设计方面某些负面因素的影响，存在一系列的问题，影响着这些结构功能的正常发挥。为了消除抗风、抗震和消防结构三方面内容的负面影响问题，笔者认为要站在科学施工设计的角度上， 对存在的问题进行综合性分析，并结合工程的实际情况，具体制订抗风、抗震和消防的结构设计措施，不断提高高层建筑物的结构功能质量和安全水平。

1 高层建筑结构设计存在的问题

1.1 抗风结构设计

高层建筑对风振作用比较敏感，抗风压是结构设计中的重点内容之一。由于层高的原因，高层建筑对风具有阻隔或者扰动的作用，风在周边建筑物的流动特性和空气动力效应被改变后，会产生振动高层建筑柔软性结构的静力和动力作用，尤其是动力荷载，其存在的风压具有较高的危险系数，很有可能直接导致高层建筑的主体结构遭受破坏，甚至致使墙体开裂、装饰物破坏和玻璃幕墙爆裂等。

1.2 抗震结构设计

抗震结构始终是高层建筑设计的薄弱环节，由于高层建筑的结构复杂和地震发生时会产生不确定的严重后果，再加上结构设计的人员没有综合考虑地震的破坏性原理，在设计的过程中，抗震相关的数据分析粗放，准确度不高。 如果高层建筑的抗震结构设计不能够根据地震灾害的特点进行总体规划布置，并合理设计局部构造，将使得建筑结构在抗震方面缺乏灵活性，建筑物的耐久性以及建筑物使用者的生命财产安全自然就不能够得到绝对保障。

1.3 消防结构设计方面

高层建筑的规模特点，决定了建筑结构的复杂性，而为了满足复杂性的结构功能需求，需要采用各种不同的功能性材料，其中很多材料都属于可燃性材料，增加火灾发生的可能性。 而高层建筑的对流性比较强，高空的风力也比较大，一旦发生火灾，特殊的建筑结构将为火势提供快速蔓延的条件。 另外，层数较多的高层建筑要求火灾的疏散线路处于垂直状态，一般需要较长的时间方可完成高层到底层的疏散工作，再者排烟结构的设计问题也始终牵制着建筑消防结构的发展。

2 高层建筑结构设计的优化

2.1 抗风结构设计的优化

抗风结构设计分为四个步骤进行优化：

2.1.1 基础设计，抗风结构需要建立在结构稳定性的基础上， 一方面要采用级配比较高的砂石，保证回填材料的密实程度， 防止水平作用力对结构产生倾覆性的威胁，另一方面是在基础持力层的底部设置抗拔锚杆，通过锚杆钻孔、杆体制作安装、注浆等，提高抗拔锚杆的应用功能，使得地下室的基础具有足够的抗拔强度。

2.1.2 耗能减振系统的设置，设计高层建筑非承重构件的时候，利用耗能减振系统减少风荷载对建筑物的作用，系统由耗能支撑、剪力墙、梁柱、楼板等构成，减振系统的设置在结构合理设计的基础上，还要采用粘弹性比较强的阻尼材料，提高其耗能减振的作用。

2.1.3 水平力和风荷载叠加问题的解决思路，高层建筑面临高风压的问题，风的荷载作用加大结构构件的内力，如果超过其承受的范围之外，将出现水平力和风荷载的重叠，对建筑物产生一定的结构性破坏作用。因此高风压区域要进行加固设计，一方面要分析水平风压的作用力大小以及影响程度， 另一方面控制影响建筑物水平压力的土压力，在此基础上增大结构的水平荷载内力，并采用强度较高的钢筋混凝土，以便控制结构构件的钢筋含量，减缓水平力风荷载叠加带来的负面影响。

2.1.4 提高建筑物的承载力和刚度也是抗风设计的主要内容之一，根据风荷载的多变性和复杂性的特点，笔者认为承载力和风荷载务必经过周密计算，并根据相关的规范设计要求，通过合理的结构设计提高建筑物的抗风能力。

2.2 抗震结构设计的优化

抗震是高层建筑物结构设计必须考虑的重点内容，其设计的功能性需求比较强，其优化设计的内容如下：

2.2.1 提高建筑物结构设计的规则性，合理设置抗侧力构件的位置，以此形成承载力的合理性分布体系，垂直方向需要通过抗侧力构件刚度和强度的提高，满足其连续和均匀稳定性。笔者通过相关的地震资料总结，抗侧力构件能够使得高层建筑物的结构在平面布置时处于对称状态，在一定程度上满足结构抗震的需求。

2.2.2 地基的抗震设计，地基沉降现象是地震时建筑物结构破坏的最直接原因，当地基发生沉降的时候，建筑物的结构会发生开裂等破坏，因此，地基施工的时候，必须结合地震对其的破坏特点，进行针对性设计，一方面，简化建筑物的建筑平面，减少阴角的平面布置，将外部形状和高度存在差异性的建筑物以栋为单位分割，通过施工设计安排，提高地基的刚度和强度，另一方面则是将桩箱埋置在一定的深度内，将群桩、上部结构重点控制在同一直线上。

2.2.3 剪力墙的结构设计，提高承重结构构件的抗侧力，满足承载力的延续性和耗能

能力，有效地提高抗震效果。剪力墙的截面是设计的重点内容，一方面要通过与连续梁组成延续性较强的结构体系，保证楼板的刚度，另一方面是提高结构侧面的强度， 最大限度控制建筑物的水平位移范围。

2.2.4 简体结构受力构件的抗震能力也是重点的设计内容，笔者认为简体构件需要具备良好的完整性并呈对称均匀的布置状态，譬如洞口和筒角内壁保持一定间距，并验算厚度及其稳定性，适当增加扶壁，这样一来，底部位置的结构就能符合一级和二级的抗震需求。

2.3 消防结构设计的优化

高层建筑的消防结构设计旨在提高建筑物使用者的生命和财产安全，设计的理念要以防为主，消防应急处置辅之，将两者结合，提高消防结构的功能：（

2.3.1 防火间距的设计，间距的计算依据是建筑物每栋之间的距离，从每一栋外墙突出的可燃物件边缘开始计算，但由于建筑功能、建筑所处位置、火灾承受能力等差异性，防火结构设计要因地制宜设计，提高可变动的灵活性，其中包括火灾的隔断功能、灭火的结构功能、减少可燃物和加强建筑物结构耐火能力等，尤其是排烟方面，要最大限度满足安全防火的要求。

2.3.2 安全疏散结构的功能设计，旨在消除火灾发生时的疏散困难问题，由于高层建筑物疏散路线呈垂直状态，而火灾时电梯的通道会由于断电而无法正常使用，再加上烟火蔓延会使得电梯等通道成为死角，因此要将楼梯设置为火灾发生时的疏散通道，一方面是设置防烟区，另一方面是设计双向疏散功能，譬如以一层四住户的高层建筑为例，通常的设计是梯两户，楼梯同层转角位置设置推拉式玻璃窗。 另外要根据建筑物可燃物的性质和数量，对火灾的烟火蔓延速度进行估算，将避难层和避难室设置在合理的位置上。

2.3.3 分隔结构的设计，旨在将烟雾和火势控制在一定的空间范围内，限制其蔓延，通常采用的结构设计方式是楼板的垂直设计、防火墙和单元墙的水平设计，以及防火门和烟雾排放设备等的设计，一方面可以阻止火势和烟雾的蔓延，降低建筑结构的破坏程度，另一方面可以为紧急疏散赢取更多的逃生时间。

3 结束语

根据建设规模，我国城市建设中占据比例最大的是高层建筑，而高层建筑结构的多变性和复杂性，使得结构设计工作成为建筑施工的重点和难点。面对高层建筑结构设计的相关问题，本文将对高层建筑抗风结构、消防结构和抗震结构三种常见结构的问题进行分析，在此基础上提出相应的结构设计建议。

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