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高层建筑结构的设计问题及对策

  高层建筑结构的设计问题及对策

  张丛彧

  北京市市政工程设计研究总院有限公司, 北京 100082

  摘 要:我国各种建筑施工技术在新时期取得了很大的发展。随着城市化建设的不断推进,导致城市的可用空间也来越小,如何提高空间利用率成为了一个重要议题,高层建筑的出现为解决这个问题提供了可行的解决方案,但是高层建筑对于施工的质量以及施工技术提出了更严格的要求,一般是高度越高,技术难度越大,如何最大程度保障施工技术的安全可靠是目前施工单位遇到的共同难题。

  关键词:高层建筑;结构设计;问题;对策
 

高层建筑结构


  1 高层建筑结构设计基本步骤分析

  1.1 基础设计

  对高层建筑基础做综合设计时,应充分考虑建筑所在地区地形和地质条件,此外还应结合荷载实际分布情况、上部结构主要类型、附近既有建筑造成的影响及现有的施工条件,以此确定技术可行且经济合理的方案。实际的设计工作中,应对地基潜力进行充分挖掘,在必要的情况下通过计算确定地基的变形。当进入基础设计阶段时,说明区域场地地质勘察资料已经形成,若没有相应的地质报告,需进入现场进行查看,当然周围既有建筑在基础设计过程中形成的资料可作为本工程的参考。

  1.2 结构设计

  最终采用的结构方案应是最合理且最经济的。对结构体系进行设计时,除了要明确结构的受力,还要尽可能为传力提供方便,在同一结构单元当中尽量避免使用不同体系。基于此,在设计中要对设计基本要求、实际施工状况和原材料实际供应进行综合考虑,并做好和其它专业的联系与沟通,进而为结构类型的选择奠定良好基础,形成最佳设计方案。

  1.3 构造方法

  设计中应对构件延性引起高度重视,并关注所有薄弱环节。结构钢筋锚固端长度需要引起设计人员的重视,特别是直线段长度,同时温度应力也会对其造成一定程度的影响,同样需要得到重视。另外,对平面与立面进行布置时,应保持规范、对称及均匀,尽可能减少薄弱环节,在必要的情况下还应在极限状态下的结构进行验算。

  2 高层建筑结构的设计问题

  2.1 抗震设计问题

  对于不同地质环境下的抗震设计的要求是不同的。同时在进行高层建筑设计时还需要满足设计结构的延展性要求,保障高层建筑的设计的合理性,在实际设计时严格遵守多道设防的设计原则,这种设计原则能够保证高层建筑的稳定性和可靠性,通过多道防线可以使得建筑物在震动中受到的破坏得到最小。因为当第一道防线被破坏之后,第二道防线就开始发挥作用,这样就能够保障建筑物不会发生整体性塌方,从而造成较大的破坏。高层建筑物因为重心高,在地震作用下很容易导致坍塌。在地震时容易出现塌方的原因就是因为自身的重力负荷过大引起的,因此如何合理设计房屋的结构,减少自身负荷就显得格外重要了。为了更好地保障高层建筑的安全可靠,一般会选择高质量、高强度的施工材料,这样就能够最大程度保障高层建筑的稳定性和可靠性。同时设计人员在进行防震设计时,一定要了解相关施工技术的可行性问题,从而保障施工的效率。

  2.2 建筑结构设计不合理

  第一,消防结构设计不合理,消防结构的设计对于高层设计显得至关重要,不同于一般的房屋,由于高层楼房的高度高、空间狭小,如果楼房结构设计不合理,一旦发生火灾,人们就很难进行逃生,因此这就要求在设计消防结构时一定要保障设计的合理性和科学性。第二,现在很多建筑材料都具有一定的可燃性,这样就有火灾的隐患,如何合理进行材料的选择和设计也是高层设计需要面临的问题。第三,我国在高层建筑的抗风设计环节也是存在着很多问题的,很多建筑在进行建筑设计时没有考虑到建筑结构的防风设计,方案不科学合理。

  3 高层建筑结构的设计对策

  3.1 优选设计方案

  从高层建筑设计实践来说,结构设计方案为关键内容,要做好科学性以及合理性的把控,做好剪力墙和嵌固端布置等的优化设计,保证建筑工程建设的质量。结构设计的方案,提出的各类参数必须要能够满足结构实际需求,同时还要达到设计规范以及技术标准。开展结构设计,要考虑到后期施工活动的开展,做好结构设计,为后期施工作业的进行,提供安全保障。除此之外,加大对现场环境的调查,结合结构方案设计的特点,优选设计方案,确保整个方案具有科学性以及可行性。

  3.2 满足性能需求

  设计时做好以下性能指标的把控:(1)延展性。结构设计的开展,要做好延展性的把控,进而保证当楼体出现变形和受到地震作用时能够保持安全状态。(2)结构的水平力。结构设计环节,做好结构水平力的高效。通过分析相同水平面内力学载荷分布特征,把控好结构水平力,进而保障结构设计质量达标。因为水平力因素能够给建筑结构造成很大影响,需要高度重视。(3)稳定性。开展建筑结构设计时,做好稳定性能的分析,强化对关键环节的控制,比如短肢剪力墙,保证建筑建设的质量。

  3.3 把控好抗震设计

  具体实践中采取以下措施:(1)做好抗震结构设计。建筑结构设计是否合理,将会给建筑抗震性能造成直接影响。目前来说,高层建筑选用的结构形式,主要包括框筒体系、筒中筒与框架体系、支撑体系。近年来,钢结构被广泛应用,增强了建筑抗震能力。开展抗震设计,要积极采用软性模式,通过消减地震条件下的作用力,保障建筑的安全性。(2)优选建筑材料。材料的质量水平,影响着建筑的抗震性能。基于抗震设计层面选择建筑材料,要做好整体分析,有效把控建筑物延性,实现材料的优选,保证建筑物整体性能。(3)合理设计抗震防线。若想增强建筑整体的抗震能力,采取增加抵御路线的方法,增强抵抗力。发生地震时,综合发挥各类防线的积极作用,形成强有力的保护,避免建筑出现大规模倒塌破坏的情况。在进行抗震设计时,选择设置多肢节和框架式结构等,来增强抗震性。一般来说,设计的框架结构,拥有多层次防线,剪力墙作为重要构成部件,发挥着重要的抗震作用。若想实现抗震功能,要控制好数量设置。当剪力墙被破坏后,每个楼层的框架的地震剪力,超过了结构底部的剪力,进而实现了保护的目的。

  3.4 做好超限设计的把控

  采取以下措施:(1)做好结构全面计算。使用有限元程序,开展模拟分析和计算。做好地震作用下的建筑结构分析,除了运用振型分解反应谱方法外,还可以进行弹性时程分析,结合使用力学模型,开展对比分析。一般来说,超限结构具有很强的复杂性,对软件性能的要求较高,可使用SAP2000等进行实际分析,获得高质量的计算结果。不过需要注意的是,软件的先进性越高,精准度就越高,由于软件使用者的熟悉程度不高,加之操作复杂,需要消耗很多的分析时间。除了上述方法外,在进行结构抗震设计时,可以运用静力分析法或者动力弹性分析法,分析结构的性能,依据计算结果,开展配筋设计,保证结构整体的性能。(2)采取相应的措施,增强建筑整体性能,保证建筑的安全性。在进行计算分析之前,要提高设计标准,高于现行的规范标准,同时对结构重要位置进行强化设计。运用软件分析,明确薄弱点,进行优化设计,增强建筑的性能,保证结构设计达到安全性和可靠性目标,推动建筑结构设计工作的高质量落实。

  结束语:

  综上所述,高层建筑的结构设计和其它普通建筑有很大的不同,这不仅源于对高层建筑结构提出了更高的要求,还和结构实际受力等因素有关。因此在实际的结构设计过程中,必须充分考虑高层建筑结构实际受力特点,根据相关规范的规定及要求切实做好结构设计,保证设计的合理性与可行性。

  参考文献:

  [1]张振新. 高层建筑结构设计中的问题及对策研究[J].工程技术研究,2017(7):25-26.

  [2]甘桂其. 聂凤玲. 关于高层建筑结构设计方面问题分析标准[J].中国标准化,2017(8):22-23.

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