高层建筑结构设计的问题及对策探讨

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  摘 要:在现代化的建筑工程发展建设中,建筑结构的设计问题会直接影响建筑的整体外观以及施工,纵观我国诸多的高层建筑,都是因为结构的设计不得当而产生的问题。我国的高层建筑不仅仅要在数量上得到发展,更重要的是设计出更加精致并且结构合理的高层建筑。所以本文重点强调了结构设计在高层建筑中的重要作用,希望在今后的结构设计中可以实现进一步的优化发展,为我国建筑行业做出贡献。
  关键词:高层建筑结構;设计;问题;对策
  我国在近几年的发展建设中,建筑行业的变化最为明显,不仅是在外形上发生了重大的变化,在内部结构上也得到了进一步的改善,这其中最突出的变化要数高层建筑甚至超高层建筑的不断涌现,但是需要注意的是,随着建筑造型结构的愈发复杂,对于结构设计的要求就更加严格了,如果仅仅停留在最初的设计阶段而不向前发展,那么我国建筑的整体水平就无法得到显著的提高。基于这一原因,本文主要介绍了建筑结构设计中常见的问题,并且提出了几点有效的措施予以解决。
  一、结构分析与设计特点
  1.1水平载荷成为决定因素
  在整个建筑的结构设计中,水平载荷问题是影响建筑质量的重要原因,水平载荷不仅对建筑的抗震作用具有直接影响,高层建筑对抗震的要求更加严格,为了有效的降低地震所带来的损失,只有完善水平载荷的设计要求才能保证人们处在一个安全的环境中。以往的结构设计主要针对重力进行设计,以竖向结构为基本设计理念,这种设计固然不会产生较大的位移情况,对于普通建筑来说可能十分有效,但是层建筑不同于一般的建筑,随着建筑层数的增高,载荷也会朝着纵向发展,这一因素会随着建筑高度的增加而升高,并且结构动力的特征也会对水平载荷产生不同幅度的变化。对于高层建筑来说,要想实现结构设计的合理性,水平荷载的因素是不能被轻易忽视的。
  1.2轴向变形不容忽视
  一般建筑中不需要考虑轴力项的变形问题,所以在结构设计时,只需要考虑弯矩项就可以了,但是高层建筑不同,其结构设计当然也有所不同,受到建筑层数的影响,轴力值会随着建筑高度的增高而变大,随之会产生变形的情况,一旦轴向出现变形的现象,建筑结构的内力数值以及分布就会发生较大的变化,建筑层数越高,轴力值也就越大,最终达到最大值时,就会在连续梁的中间部分出现变形的情况,以至于沉陷,对建筑的整体性产生较大的影响,基于这一情况,就需要在高层建筑的结构设计中注重轴向变形的问题,如果不予考虑,那么变形对水平剪力所带来的误差将达到30%以上,不利于建筑工程的施工。
  1.3侧移成为控制指标
  在对高层建筑进行结构设计时,还应该注意对侧移的问题加以重视,这一关键性的因素已经成为工程结构设计的重点问题。因为在水平荷载的作用下,结构会出现侧向变形,在这种情况下,除了要考虑建筑中内力的影响,也要充分对强度予以重视,这二者具有密切的联系,为了兼顾二者在施工中的要求,因此在结构设计时,需要使侧移的位置控制在合理的范围内,这样一旦出现地震,结构自身具有较强的变形能力,对于整个建筑的影响就不会过大,以此实现建筑整体性的提升。
  除此之外,还应该考虑建筑的延性问题,这也是高层建筑中常见的问题之一,为了使建筑结构更加柔和,在进行结构设计时,需要对这一问题予以充分的考虑,以避免造成楼层的坍塌,为工程建设带来重大的安全隐患。
  二、超高层建筑与一般高层建筑结构设计的差异
  2.1从房屋高度上,超高层建筑的房屋高度在100m以上直至有几百米甚至上千米的设想,而一般高层建筑的房屋高度则是在100m以下。
  2.2超高层建筑由于消防的要求,须设置避难层,以保证遇到火灾时人员疏散的安全,由于机电设备使用的要求,还需要设置设备层,一般超高层建筑是两者兼而使用,而对于更高的多功能使用的超高层建筑,它不只每15层设一个避难层兼设备层即可,还需要设有机电设备层,对于这些安放有设备的楼层设计除考虑实际的载荷之外,更需考虑设备的振动对相邻楼层使用的影响,同时,这些楼层的结构设计,为提高结构的整体刚度,可用来设置结构加强层。这与一般高层建筑设计是不相同的。
  2.3超高层建筑的结构类型选择上相对要广,除钢筋混凝土结构外,还有全钢结构和混合结构,而一般高层建筑结构除了特殊条件需要者外,多为钢筋混凝土结构。
  2.4超高层建筑的平面形状多为方形或近似,对于矩形平面其长宽比也是在2以内,尤其抗震设防的高烈度地区更应采用规则对称平面,否则,在地震作用时由于扭转效应大,易受到损坏,而一般高层建筑平面形状选择余地要大。
  三、高层建筑结构设计的问题与对策
  3.1超高问题
  由于高层建筑抗震的实际需要,建筑规范对建筑物的高度有严格的规定,在建筑物高度的设计都要满足抗震的实际需要。关于建筑物的超高问题,原来把限制的高度规定为A级高度,随着新规范的改进,对超高的规定变得越来越详细,新规范不仅规定了限制高度为A级高度,并且对此进行了进一步的细化,增加了B级高度。这样的规定更加明细,使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了进一步的改进。在建筑高层设计的实践中,如果忽视建筑结构类似的改变,对高层建筑超高问题不引起足够的重视,在施工图纸审核的时候,发现问题,并重新组织对建筑物进行审计或者召开专家会议进行重新论证,必然会对整个建筑造价和施工进度产生不利的影响。
  3.2高层建筑结构的规则性问题
  在高层建筑的新的建筑规范中,对高层建筑结构的规则性问题作了很多的限制,例如:对结构嵌固端上层和下层的刚度比进行了规定,对平面规则性进行了规定,等等。此外,在新规范中,还明确规定了高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。所以,为了使工程建设按照设计依次进行下去,避免在施工后期对结构设计进行改动,在高层建筑结构设计中,必须严格按照规范的限制条件进行。
  3.3高层建筑结构设计短肢剪力墙设置
  我国建筑新规范中,短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在5-8的墙,按照实际经验以及数据,高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用限制,所以,在高层建筑的结构设计中,必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。
  3.4高层建筑结构设计嵌固端的设置
  一般情况下,高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防,高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置,因此,结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题,考虑嵌固端的楼板的设计;综合分析嵌固端上层和下层的刚度比,并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的;高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置,综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。
  四、结语
  文章以高层建筑结构设计为中心话题,探讨分析了高层建筑结构的特点、高层建筑结构设计的原则、高层建筑结构设计的问题与对策,希望能够引起人们对这一问题的进一步关注。
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