高层建筑结构设计前言

【摘 要】在城市建筑中，高层建筑的数量日益增多，为迎合人们对建筑产品的质量和功能要求，结构设计方面呈现多元化的特征。本文将从容积率、消防和抗震三方面的结构设计进行分析，确定三方面的基本内容，并结合施工设计的实践经验，提出相应的结构设计改善方案，以确保高层建筑在结构方面具有更高的质量、更完善的功能和更安全的能力。
【关键词】高层建筑；结构设计；建筑结构

1.高层建筑结构设计存在的问题

根据高层建筑的特点以及相关的建筑设计实践，笔者认为容积率、抗震和消防三方面是结构设计方面最值得探讨的内容，因为这方面直接涉及到项目的经济利益、项目业主住户的住宅安全等方面：①合理容积率的确定，关系到建筑物未来业主入住时的舒适程度。项目的占地面积一般是固定不变的，而通过层数、栋距改变建筑面积，可以让容积率也随着改变。层数的增加、栋距的减少，容积率将会得到提高，开发商的经济效益也会提高，但业主住起来的舒适程度将会大幅度降低；反之容积率的减少，业主住起来的舒适程度会得到提高，但会削弱开发商的经济效益。由此可见，层高和栋距作为一个结构设计时的可变因素，要在结合开发商和业主两方面因素进行综合考虑。②消防结构设计方面，高层建筑的规模大、结构复杂、可燃物也比较多，发生火灾的概率往往大于普通的建筑物，而且火灾一旦发生，由于高温对流作用以及高空风大的特点，火势的蔓延速度快。高层建筑的层数多，垂直疏散距离长，从高层到下层的疏散，往往需要较长的时间，加上疏散通道宽度受到限制，容易产生疏散困难的问题。③高层建筑在抗震结构设计方面，是一个薄弱的环节，由于高层建筑的复杂性以及地震发生时震动的不确定性，以及建筑设计人员对地震的破坏性的理解处于模糊概念状态，致使抗震分析的准确度不高，笔者认为高层建筑的抗震结构设计要根据地震灾害的特点进行总体规划布置以及局部构造设计，进行灵活变动，以确保高层建筑的耐久性以及建筑使用者的生命财产安全。

2.高层建筑结构设计的措施

2.1 优化容积率结构的设计

容积率影响项目开发的效益，合理的容积率要结合市场消费者的需求进行确定，需要在栋距、层高和进深的合理结构设计方面予以确定，譬如根据《民用建筑设计通则》规定“住宅应每户至少有一个居室，宿舍每层至少有半数以上的居室能获得冬至日满窗日照不少于1h（小时）”，为了满足“冬至日满窗日照不少于1小时”，栋与栋的距离需要保证阳光的充足度，结构建筑的经纬度等地理环境，合理设计栋距，满足住户基本的采光需求。笔者结合栋距、层高、进深三方面提出容积率的确定方法：①在栋距方面，如果属于层数较多的建筑物，应该尽量将栋距拉宽，否则低层住户容易产生压迫感，日照、通风等也会受到影响；如果属于层数较少的建筑物，则可以适当缩短栋距，加大建筑面积的利用程度。②在层高方面，结合建筑物所占位置的总规划形状，在栋数和栋距确定不变的情况下，重点考虑层数对地基承载能力的要求，以及

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对容积率和消防需求的影响，将层数确定在最安全系数和质量系数最合理的状态。③进深属于室内结构设计的内容，合理的进深将对室内的日照和通风条件有较大的影响。

2.2 优化消防结构的设计

高层建筑消防结构方面，应该站在住户生命财产安全的高度上进行设计，以防为主，防火和灭火相结合，将消防结构的作用发挥到最佳状态：①根据建筑物栋与栋之间的最近距离计算防火间距，最近距离是从外墙突出的构件边缘算起的。由于高层建筑的功能较多、规模较大，而且加上地理位置和建筑物耐火极限的能力都具有差别性，因此防火结构设计方面只能根据实际情况灵活变动，一是加强火灾时的隔断功能，二是增加灭火的结构功能设计，结构中将可燃物减少到最少状态，三是加强建筑结构的耐火能力，尤其是排烟方面的措施，达到防火安全的目的。②以已经火灾发生为检测设条件，对安全疏散结构功能进行设计，高层建筑呈垂直交通的状态，电梯为主要的垂直通道，火灾发生时，会伴随断电的问题，而且烟火的蔓延会使得电梯成为一个火灾死角。因此，楼梯将成为疏散的唯一通道。在布置的时候，可设计前室防烟区和双向疏散的功能，并根据建筑物的可燃物性质和数量，估算火灾时火势和烟的蔓延速度，在合适的地点适当布置暂时性避难层和避难室。③防火分隔结构设计，将已发生火灾局限于固定的空间位置，限制火势和烟雾的蔓延，其中以水平方向的防火墙和单元墙、垂直方向的楼板，可有效阻止火势蔓延和防止整体结构的破坏，为疏散赢取足够的时间，另外防火门、排放设施等的建筑构件也是防火分隔设计的重点内容。

2.3 优化抗震结构的设计

高层建筑物的抗震结构具有复杂性的特征，需要综合各方面的内容进行合理设计：①建筑物结构平面布局的规则性是抗震设计的首要因素，确定平立面的尺寸要求，在确定抗侧力构件正确位置前提下，合理分布承载力，使得抗侧力结构的刚度和强度能够在垂直的方向处于连续和均匀状态，据相关的地震资料表示，平面布置对称的高层建筑结构，地震时一般的抗震能力都处于较佳状态。②地基的抗震设计，地基可以说是建筑物质量的最基础保障，地震时容易引发地基的沉降，致使建筑物的结构产生开裂等破坏现象，因此在地基设计的时候，一是要建筑平面的形状要简单化，尽量减少平面布置的阴角，二是将体型和高度差别性较大的不同栋建筑分隔成多个单元，三是通过施工质量的保证，加强基础的刚度和强度，四是结合经济因素，采用桩基础，箱基础等基础形式，确保有一定的埋置深度，使得桩群的中心与上部竖向结构构件的形心处于重合状态，满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》的要求。③剪力墙的结构设计，剪力墙是一种以抗侧力为主要功能的承重结构构件，其截面是高层混凝土结构设计的重要内容之一。剪力墙能够以足够的承载力和延续性，满足地震时结构的耗能能力，提高抗震的效果。剪力墙进行结构设计的时候，应保证楼板的刚度，并与连梁组成连续的结构体系，增大结构侧面的强度，将建筑物的水平位移减小在最低程度上。④对于筒体结构，空间的受力构件要有足够的抗风和抗震能力，因此筒体结构要具有良好的完整性，对称均匀布置，譬如筒角内壁与洞口保持一定的距离，另外为了使得底部部位的结构满足足够的抗震能力的需求，厚度必须经过稳定性的验算，适当增设扶壁。

3.结束语

综上所述，高层建筑结构设计的主要内容关系到建筑物的经济效益、使用舒适度、质量和安全等方面，其容积率问题的存在，将会影响项目的经济效益和业主使用的舒适性，而抗震和消防问题的存在，则关系到建筑物的使用寿命和业主的使用安全。因此，为了解决结构设计对这三方面内容的影响问题，有必要站在科学设计的角度上，对这些问题进行分析和探讨，并设法提出合理规划，确定高层建筑物容积率、抗震能力和消防能力等方面的措施，为提高高层建筑物的结构设计水平提供依据，确保建筑物的质量和安全设计能力不断提高，让结构设计符合建筑的安全、质量和经济等方面的要求。
参考文献：
石春雷.关于高层建筑结构高宽比问题的探讨[J].浙江建筑，2010年1期：13-18.
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