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摘要:高层建筑工程设计中结构方面的设计可以说是至关重要的一个方面,如果高层建筑的结构方面出现了较多问题和缺陷,势必会影响到整个高层建筑的应用价值,因此对高层建筑结构设计进行有效分析和优化,是十分必要的。
关键词:高层建筑;结构设计;问题;对策
当今高层建筑已成为建筑工程发展的主要趋势,高层建筑的质量成为人们广泛关注的焦点。高层建筑结构设计作为高层建筑的主要工作之一,直接关系到建筑物的质量和使用寿命。
1高层建筑结构受力的特点
1.1易发生轴向变形问题
高层建筑结构受自身线性结构受力特点,使得其竖向荷载超过一定值后,其竖向作用力影响连续梁弯矩,引起结构轴向变形增大。同时,还可能引起高层建筑的连续梁中间支座处弯矩值发生改变,一般是连续梁负弯矩值明显减小,跨中弯矩值、端支座弯矩值变大。因此对于高层建筑竖向预制构件的下料长度应考虑后期可能发生的轴向变形因素、剪力因素、侧移因素。
1.2结构延展性较大
高层建筑结构设计时,不仅需要考虑结构强度,满足结构受力特点,还需考虑其变形引起的其他部位受力,尤其是对于高层建筑而言,高层环境相对地面复杂,为避免或减少由于自然或人为因素产生的楼房震动、横向波动,需要适当增大其延展性。通过改善高层建筑的结构设计及施工方法可以很大程度上满足建筑整体的柔性要求。
2高层建筑结构设计中的常见问题
2.1短肢剪力墙设置问题
建筑结构设计的不合理会对高层建筑的施工质量产生严重的影响,尤其是损害建筑物的结构。短肢剪力墙增设不合理是其中较为典型的一种。在当前高层建筑结构设计中,许多设计人员设计过程中增设短肢剪力墙。根据众多建筑结构设计的实例可知,短肢剪力墙的设置会影响建筑结构的稳定性、抗风、抗震和稳固性。为了提升建筑工程质量,在结构设计过程中应尽量减少短肢剪力墙的使用。
2.2超高问题
超高问题主要是指建筑单位不遵守相关的制度规范,过分加高建筑物的高度,以实现自身的盈利的最大化。当前高层建筑的高度已实现由原来的A级上升到B级,并且相应的建筑设计模式也实现了一定程度的发展。超高问题作为实际建筑结构设计中的常见问题,严重影响建筑物的结构稳定性,如果遇到强风、地震等严重自然灾害,极易发生倒塌、断裂,严重影响了人们的生命和财产安全。
2.3嵌固端设置问题
嵌固端即固定端,在进行位置设置的过程中要严格避免构件在该位置的位移。嵌固端是高层建筑结构设计中的重要组成部分,在实际位置过程中存在部分不足。①嵌固端位置选择存在问题。现代高层建筑一般都建设多层地下室,并且将嵌固端修筑在地下室,这种设计存在极大的安全隐患,难以实现预期效果。②嵌固端上下层刚度比例设计不科学。上下层刚度比例设计是判断嵌固端设计是否科学合理的一个重要指标。当前嵌固端设计过程中存在设计问题和计算准确性不高的问题。③嵌固端设计和抗震缝隙处理相互矛盾。嵌固端设计和抗震缝隙的处理难以实现良好的衔接,在实际设计过程中存在平衡性不足的问题,降低了建筑结构的稳定性。
2.4其他部位建筑结构设计问题
由于高层建筑具有不同于一般建筑的特殊性,在建筑结构设计过程中,会涉及多方面的设计内容,设计中关键位置的作用的实现也是设计过程中需要解决的主要问题。高层建筑结构设计中的常见问题除了以上三种之外,还包括建筑结构的稳定性、牢固性、抗震性、应力处理不足,这一系列设计的不合理,会直接降低建筑的质量和使用寿命,影响建筑结构的设计的效果。针对高层建筑结构设计中需要计算的设计部位来讲,计算的准确性直接影响设计的科学性、合理性。而设计资料的完善与否、计算公式选择的合适与否、计算过程中数据精确度处理得当与否都会影响计算结果的准确性,进而影响建筑结构设计的合理性。
3优化设计对策
3.1截面优化方法
高层建筑结构的细节设计最能够体现建筑工程争取的可靠性及安全性,在对建筑工程截面进行处理的过程中,设计人员应该考虑到建筑截面的安全性和可靠性,对建筑工程截面的情况进行科学的计算,有效的提升建筑结构截面的稳定性和美观性,对于建筑工程截面的优化设计,设计人员应该采用有限元分析的方法对设计变量的特点和建筑结构受力的情况进行合理的分析,并且通过专业的软件来获得有效地设计数据,并且根据计算出的数据判断建筑工程截面需要调整的范围,并对该范围进行合理的优化设计。
3.2建筑物下部地基基础结构的优化设计
站在高层建筑武侠部的基础的结构进行优化设置过程中,设计人员应该选择最为合理的设计方案,比如根据建筑工程的实际情况,选择相应的桩基础类型,尽量降低工程成本,并且根据桩基础顶端持力层的厚度对灌注桩的长度进行科学合理的选择,优化设计的方案进行对比,进一步选择出最好的建筑结构设计方案,比如某建筑工程结构的原设计使用的是桩筏基础,并且对结构设计进行优化,将桩筏基础转换为桩基础,设置两桩承台、三桩承台、四桩承台等。
在对这部分进行优化的过程中应该考虑到的是基础传力的传递路径最短,这样可以有效的节省施工材料,但是前提是需要保证建筑工程的总沉降值与不均匀沉降值在规定的范围之内。桩筏基础与桩基础相比,主要是多了一块整体的筏板,这样就可以将基础的整体受力情况转变成为局部的受力,增加了建筑工程基础传力的传递路径,却增加了建筑施工材料的使用量,虽然产生施工材料浪费的情况,但是加强了对不均匀沉降的控制。根据建筑工程的实际情况来讲,如果想要同时满足总沉降值、不均匀沉降以及地基承载能力的要求,使用天然基础比使用桩基础更好,并且施工方法较为简单,施工所需要的时间也很少,施工产生了费用较低。
3.3注重抗震、抗风设计
高层建筑工程施工设计与普通的建筑设计不一样,其主要原因是因为高层建筑工程设计与普通工程设计的难度较大,需要对建筑工程结构水平的承受力进行考虑,同时高层建筑对地震与风荷载的反应影响也不同,每次在对高层建筑结构进行设计的过程中,必须加强对地震和风荷载的考虑,提高建筑工程结构的抗震、抗风性能,在对高层建筑结构的抗水平构件墙进行设计时,需要保证结构件墙的受力均匀或对称,使构件墙所受到的力能够快速分散,在一些受力薄弱的位置应该设置竖向的构件墙,并保证构件墙设计的合理性,这样可以有效的提上建筑结构的安全性。
3.4强化消防设计
在这高层建筑消防进行设计过程中,为了保证高层建筑结构的安全性,可以加强对以下几方面的重视:
(1)根据高层建筑施工的地形合理的设计防火结构之间的间距。(2)在对高层建筑结构进行防火设计的过程中,使用不容易燃烧的材料,有效的增强施工材料的耐火性。(3)在高层建筑中可以涉及双向疏散通道,在实习的过程中尽量不要将疏散系统设计成垂直的状态,以免降低人员疏散的效率。(4)在高层建筑中设置耐火区和防烟区,有效的增加高层建筑消防的安全性。(5)在高层建筑中设置隔离结构,加强对火灾形势的控制。
4结语
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。
参考文献
[1]赵华琪.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].江西建材,2015,17:18+24.
[2]吴必正,赵永辉.试论高层建筑结构设计存在的问题及对策[J].门窗,2014,01:95+98.