高层建筑结构设计的问题及对策探微

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  摘要:高层建筑作为城市的代表性标志,所以,高层建筑结构设计质量的好坏程度也决定着城市发展水平,因此,保证高层建筑结构设计的质量与稳定性,对我国的城市化发展水平起着关键的作用,通过对相关问题的研究,并提出了一些针对问题的解决措施,努力提高高层建筑结构的质量。本文笔者根据工作实践经验对高层建筑结构设计的问题及对策进行了分析探讨。
  关键词:高层建筑;结构设计;问题;对策
  1、结构设计的基本原则
  1.1选择更加合理的结构方案
  在设计方面如果想要做到方案的合理化,则应当使得结构方案更加经济化、高效化,使得结构体系和结构方式的实现切实可行,其中结构体系应当实现传力简单、受力明确;结构方式应当满足建筑功能的实现。在相同的结构单元中不应运用不同的结构体系,在地震区域应当考虑房屋竖向与平面的规则性,将其控制在一定的安全范围内;且需要全面分析工程當中的设计标准与规范、地理环境、施工条件乃至材料供应等各个方面;同时做到有效协调好水、暖、电等多个方面,从而进行结构选型,初选不同概念设计的结构方案,通过对比各种方案,挑选出适宜该房屋的方案,并给予运用。
  1.2确定适宜的基础方案
  在建筑结构的设计当中,应当选择适宜的基础方案,先要从整体上对工程地质的因素、施工环境、上部结构类别、相邻建筑物的影响乃至土层分布给予综合分析,并且应当确保基础方案的经济型。在房屋基础的设计中,设计人员应当最大程度的分析计算出地基的潜能,并且对地基进行变形沉降的演算,从而保证现有场地地基承载力的高效运用。通常建筑地块面积较大,而地质勘查又属于抽样设计,所以在实际的勘察中应尽量做到勘察报告的详实与可信,部分特殊情况需要补点勘察的应当按照设计要求提供地质资料。建筑物的基础类型尽可能的采用同一种类,这样有利于不同基础类型建筑物的沉降有所不同,而造成的建筑物出现裂缝。
  2、高层建筑中的问题
  2.1抗震设计问题
  建筑物结构在设计当中应当考量建筑物的地质环境,依照地质情况的差异给予有效的分类。并且,高层建筑结构设计应当符合结构的延性要求。同时,严格依照设计的多重设防原则,这项多重设防原则是确保建筑物的稳定性,在遭遇首道防线被破坏后,第二道防线则能够产生积极地防御效果,从而保证建筑物不会被地震所损坏,从而造成更大程度的人财物的损害。结构设计中设计人员应当秉持“大震不倒,中震可修,小震不坏”的设计原则。高层建筑物在出现地震以后,因自身重力的荷载较大,在强烈的地震力作用下,若是建筑物的整体刚度、薄弱层的强度、崁固端的稳定性等等因素不能充分考虑,则会令高层建筑物小则局部构件出现裂缝、损坏,大则发生倒塌。因此高层建筑在结构设计方面,选择原材料时应追寻高品质,充分考量材料强度和稳定度,同时采用合理的结构受力模式,最大可能的发挥共同抵抗地震的能效。并且,高层建筑结构设计师应当做到与时俱进,使用科技产品,将本身的设计能力给予提升。
  2.2消防结构设计问题
  高层建筑与一般建筑进行对比更为繁琐,在设计高层建筑的结构时,应当挑选出类型不同的材料。当前时期,可燃性材料依旧被使用于高层建筑当中,造成了高层建筑的火灾隐患。并且,由于存在建筑物高度较高等问题,高层建筑会承受较大的风力,并且具有较强的空气流动性,如果出现火灾则会形成恶劣的后果。垂直建筑设计在出现火灾时,人们需要较长的时间进行疏散,从而也变成高层建筑在消防方面的主要问题。
  2.3嵌固端设置中的问题
  高层建筑结构设计当中,嵌固端也属于十分主要的一个构成,对嵌固端的设计而言,目前具有的问题有以下几种:首先,嵌固端位置的判定错误,诸多高层建筑将嵌固端设定于地下室或人防顶板当中,这一设计方式具有安全隐患;其次,嵌固端的上下层刚度比例设定并不正确,对嵌固端的正确规划而言,上下端在刚度比例方面具有十分重要的标准,对于这一标准而言,目前诸多嵌固端设计具有核算错误或设计问题;再次,嵌固端设计方面还具有一个明显的问题,则为与抗震缝隙的处理方面具有一些冲突及矛盾,缺乏了应有的平衡性,从而对总体高层建筑的结构不够稳定。
  2.4短肢剪力墙设定具有问题
  目前在高层建筑的结构设计中具有一些问题,而有些问题会对结构具有严重的损伤,还会出现生命危险,而最为突出的则为短肢剪力墙的不正确设定。由诸多高层建筑结构在设计当中均产生过增设短肢剪力墙的状况,这一状况的出现令高层建筑在后期运用当中严重影响到安全性以及稳定性,总体高层建筑的短肢剪力墙在抗震能力方面具有影响,所以高层建筑在后期长时间的运用中会具有安全方面的问题。
  2.5扭转问题
  扭转问题指的是在高层建筑进行结构设计的过程当中没有实现“三心合一”的要求,即几何形心、刚度中心和结构重心,进而导致在水平荷载的作用之下产生了扭转振动效应,因此,高层建筑结构设计中应尽可能的选择矩形、圆形等平面布局方式;在设计“T、L、十”形等不规则的结构形式的时候,应保证凸出部分厚度和宽度的比值在规范要求之内,对结构的自振周期实现合理的控制。
  3、高層建筑物结构设计问题的对策
  3.1改良抗震结构设计
  首先,强化建筑结构规则性。在高层建筑当中,抗震性极为关键,甚至会影响到高层建筑的安全。所以,应当强化高层建筑在结构方面的抗震设计。并且需正确设定抗侧力构件的位置,以此保障高层建筑在承载力上能够更加科学的进行分布。还应当强化建筑结构的持续稳定性,从而强化构件的强度与刚度。其次,简化建筑平面。在建筑平面简化的过程当中,将相应的平面设定降低下来,以此透过科学的结构设计令基础在强度和刚度方面获得提升。并且,提升建筑结构在承重构件方面的抗侧力,尽量符合承载力所需的延性,以此令建筑在抗震性方面获得提升。
  3.2改良消防结构设计   防火对于高层建筑结构设计而言十分重要。防火间距必须足够合理,设计人员在设计当中,应当依照相应制度给予执行,精准测量出建筑物相互间的距离。之后依照因地制宜的方式进行设计,防火结构必须符合实际地形进行规划。还应当具备安全疏散通道的设计。通常安全疏散通道需依照垂直结构进行设计,而且尽可能多设计出一些通道,从而对于慌乱人群的疏散极为有利。安全疏散通道内必须具备防烟区,以免烟雾呛晕疏散人员。设计人员可以通过分隔式的方式,掌控火势与烟雾的蔓延情况。并且,防火门、防火墙乃至其他防火设备也应当引起设计人员的注意。
  3.3挑选正确的结构方案
  是否正确的选择了结构方案,会影响到高层建筑在工程建筑方面的品质。正确有效的建筑结构方案可以令建筑结构设计的效果完美展现,所以极为注重建筑结构设计中对结构方案的选择。首先,结构选型需符合建筑功能的所需,比如为了传达出更为良好的视觉与传音效果,则应当抛弃一些竖向支撑结构,使用跨度较大的结构。其次,建筑造型繁琐,对于平、立面不规则的建筑物而言,结构设计应当透过设定防震缝的方法构成规则结构单元。还需对于建筑所在地的实际情况给予考量,从而才可以获得良好的结构方案。
  3.4剪力墙框支梁支放问题
  高层建筑结构设计问题还体现在剪力墙框支梁支放的方面。在混凝土剪力墙之上支放框支梁的时候,其实际上是给剪力墙施加了一个包括竖向、水平向、集中压力、集中弯矩等在内的较大的集中荷载。虽然剪力墙在沿着墙长度的方向上具有一定的承载能力,但是在垂直框支梁所传荷载作用的方向上的实际承载能力却较弱,因此,设计框支梁直接支放在混凝土剪力墙之上的时候,因对以下几方面加以注意:①根据底部加强部位无翼墙的要求,限制框支柱的截面高度,剪力墙厚度的确定因结合框支梁钢筋水平段的实际锚固需求;②在不小于框支梁实际宽度的范围当中合理设置暗柱和配筋等;③对框支梁所传的集中荷载进行局部抗力验算。
  3.5结构设计中加强建筑物各种性能的完成
  首先,提高建筑物结构的延展性设计。建筑结构延展性设计是对于高层建筑物较易坍塌、变形等现象提出的。而较为普遍的建筑物在自然災害中会产生结构变形及倒塌的问题。所以,提高建筑结构的延展性极为重要。其次,加强高层建筑结构水平力。水平力指的是高层建筑结构在相同平面中所受的不同载荷力的统称。水平力对高层建筑结构具有鲜明的影响,设计人员在进行设计时应当将相应控制工作做好。再次,达到高层建筑对稳定性的标准。建筑结构稳定性对于结构设计而言极为重要。结构稳定性的完成需要正确设计所有重要环节,而短肢剪力墙位置的设定控制则极为典型。
  3.6加强设计材料管理
  高层建筑结构设计时,必须加强材料管理,特别是严格控制混凝土强度,设定高层建筑基础垫层的混凝土稳定性和强度标准,施工人员和技术人员严格按照这个标准组织施工,提高高层建筑监理人员的责任意识。 尽量减少混凝土材料浪费,设计人员不仅要考虑混凝土强度标准值,还要考虑土建工程基础层垫结构设计要求,避免土建结构受到施工机械设备的振动影响而发生损坏。 如果混凝土设计采用原有设计强度,会产生强度缺陷,并且在高层建筑结构设计中明确混凝土材料的各种性能要求和参数指标,保障高层建筑结构的稳定性和牢固性。
  4、结束语
  总而言之,我国在高层建筑设计中依旧存在一些不足之处,需要逐一攻破,从而才可以将高层建筑的基础打好,令高层建筑结构设计能够稳步提升。
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