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高層建筑結構的設計問題及對策

發布時間:2020-08-28人氣:

  高層建筑結構的設計問題及對策

  張叢彧

  北京市市政工程設計研究總院有限公司, 北京 100082

  摘 要:我國各種建筑施工技術在新時期取得了很大的發展。隨著城市化建設的不斷推進,導致城市的可用空間也來越小,如何提高空間利用率成為了一個重要議題,高層建筑的出現為解決這個問題提供了可行的解決方案,但是高層建筑對于施工的質量以及施工技術提出了更嚴格的要求,一般是高度越高,技術難度越大,如何最大程度保障施工技術的安全可靠是目前施工單位遇到的共同難題。

  關鍵詞:高層建筑;結構設計;問題;對策
 

高層建筑結構


  1 高層建筑結構設計基本步驟分析

  1.1 基礎設計

  對高層建筑基礎做綜合設計時,應充分考慮建筑所在地區地形和地質條件,此外還應結合荷載實際分布情況、上部結構主要類型、附近既有建筑造成的影響及現有的施工條件,以此確定技術可行且經濟合理的方案。實際的設計工作中,應對地基潛力進行充分挖掘,在必要的情況下通過計算確定地基的變形。當進入基礎設計階段時,說明區域場地地質勘察資料已經形成,若沒有相應的地質報告,需進入現場進行查看,當然周圍既有建筑在基礎設計過程中形成的資料可作為本工程的參考。

  1.2 結構設計

  最終采用的結構方案應是最合理且最經濟的。對結構體系進行設計時,除了要明確結構的受力,還要盡可能為傳力提供方便,在同一結構單元當中盡量避免使用不同體系?;诖?,在設計中要對設計基本要求、實際施工狀況和原材料實際供應進行綜合考慮,并做好和其它專業的聯系與溝通,進而為結構類型的選擇奠定良好基礎,形成最佳設計方案。

  1.3 構造方法

  設計中應對構件延性引起高度重視,并關注所有薄弱環節。結構鋼筋錨固端長度需要引起設計人員的重視,特別是直線段長度,同時溫度應力也會對其造成一定程度的影響,同樣需要得到重視。另外,對平面與立面進行布置時,應保持規范、對稱及均勻,盡可能減少薄弱環節,在必要的情況下還應在極限狀態下的結構進行驗算。

  2 高層建筑結構的設計問題

  2.1 抗震設計問題

  對于不同地質環境下的抗震設計的要求是不同的。同時在進行高層建筑設計時還需要滿足設計結構的延展性要求,保障高層建筑的設計的合理性,在實際設計時嚴格遵守多道設防的設計原則,這種設計原則能夠保證高層建筑的穩定性和可靠性,通過多道防線可以使得建筑物在震動中受到的破壞得到最小。因為當第一道防線被破壞之后,第二道防線就開始發揮作用,這樣就能夠保障建筑物不會發生整體性塌方,從而造成較大的破壞。高層建筑物因為重心高,在地震作用下很容易導致坍塌。在地震時容易出現塌方的原因就是因為自身的重力負荷過大引起的,因此如何合理設計房屋的結構,減少自身負荷就顯得格外重要了。為了更好地保障高層建筑的安全可靠,一般會選擇高質量、高強度的施工材料,這樣就能夠最大程度保障高層建筑的穩定性和可靠性。同時設計人員在進行防震設計時,一定要了解相關施工技術的可行性問題,從而保障施工的效率。

  2.2 建筑結構設計不合理

  第一,消防結構設計不合理,消防結構的設計對于高層設計顯得至關重要,不同于一般的房屋,由于高層樓房的高度高、空間狹小,如果樓房結構設計不合理,一旦發生火災,人們就很難進行逃生,因此這就要求在設計消防結構時一定要保障設計的合理性和科學性。第二,現在很多建筑材料都具有一定的可燃性,這樣就有火災的隱患,如何合理進行材料的選擇和設計也是高層設計需要面臨的問題。第三,我國在高層建筑的抗風設計環節也是存在著很多問題的,很多建筑在進行建筑設計時沒有考慮到建筑結構的防風設計,方案不科學合理。

  3 高層建筑結構的設計對策

  3.1 優選設計方案

  從高層建筑設計實踐來說,結構設計方案為關鍵內容,要做好科學性以及合理性的把控,做好剪力墻和嵌固端布置等的優化設計,保證建筑工程建設的質量。結構設計的方案,提出的各類參數必須要能夠滿足結構實際需求,同時還要達到設計規范以及技術標準。開展結構設計,要考慮到后期施工活動的開展,做好結構設計,為后期施工作業的進行,提供安全保障。除此之外,加大對現場環境的調查,結合結構方案設計的特點,優選設計方案,確保整個方案具有科學性以及可行性。

  3.2 滿足性能需求

  設計時做好以下性能指標的把控:(1)延展性。結構設計的開展,要做好延展性的把控,進而保證當樓體出現變形和受到地震作用時能夠保持安全狀態。(2)結構的水平力。結構設計環節,做好結構水平力的高效。通過分析相同水平面內力學載荷分布特征,把控好結構水平力,進而保障結構設計質量達標。因為水平力因素能夠給建筑結構造成很大影響,需要高度重視。(3)穩定性。開展建筑結構設計時,做好穩定性能的分析,強化對關鍵環節的控制,比如短肢剪力墻,保證建筑建設的質量。

  3.3 把控好抗震設計

  具體實踐中采取以下措施:(1)做好抗震結構設計。建筑結構設計是否合理,將會給建筑抗震性能造成直接影響。目前來說,高層建筑選用的結構形式,主要包括框筒體系、筒中筒與框架體系、支撐體系。近年來,鋼結構被廣泛應用,增強了建筑抗震能力。開展抗震設計,要積極采用軟性模式,通過消減地震條件下的作用力,保障建筑的安全性。(2)優選建筑材料。材料的質量水平,影響著建筑的抗震性能?;诳拐鹪O計層面選擇建筑材料,要做好整體分析,有效把控建筑物延性,實現材料的優選,保證建筑物整體性能。(3)合理設計抗震防線。若想增強建筑整體的抗震能力,采取增加抵御路線的方法,增強抵抗力。發生地震時,綜合發揮各類防線的積極作用,形成強有力的保護,避免建筑出現大規模倒塌破壞的情況。在進行抗震設計時,選擇設置多肢節和框架式結構等,來增強抗震性。一般來說,設計的框架結構,擁有多層次防線,剪力墻作為重要構成部件,發揮著重要的抗震作用。若想實現抗震功能,要控制好數量設置。當剪力墻被破壞后,每個樓層的框架的地震剪力,超過了結構底部的剪力,進而實現了保護的目的。

  3.4 做好超限設計的把控

  采取以下措施:(1)做好結構全面計算。使用有限元程序,開展模擬分析和計算。做好地震作用下的建筑結構分析,除了運用振型分解反應譜方法外,還可以進行彈性時程分析,結合使用力學模型,開展對比分析。一般來說,超限結構具有很強的復雜性,對軟件性能的要求較高,可使用SAP2000等進行實際分析,獲得高質量的計算結果。不過需要注意的是,軟件的先進性越高,精準度就越高,由于軟件使用者的熟悉程度不高,加之操作復雜,需要消耗很多的分析時間。除了上述方法外,在進行結構抗震設計時,可以運用靜力分析法或者動力彈性分析法,分析結構的性能,依據計算結果,開展配筋設計,保證結構整體的性能。(2)采取相應的措施,增強建筑整體性能,保證建筑的安全性。在進行計算分析之前,要提高設計標準,高于現行的規范標準,同時對結構重要位置進行強化設計。運用軟件分析,明確薄弱點,進行優化設計,增強建筑的性能,保證結構設計達到安全性和可靠性目標,推動建筑結構設計工作的高質量落實。

  結束語:

  綜上所述,高層建筑的結構設計和其它普通建筑有很大的不同,這不僅源于對高層建筑結構提出了更高的要求,還和結構實際受力等因素有關。因此在實際的結構設計過程中,必須充分考慮高層建筑結構實際受力特點,根據相關規范的規定及要求切實做好結構設計,保證設計的合理性與可行性。

  參考文獻:

  [1]張振新. 高層建筑結構設計中的問題及對策研究[J].工程技術研究,2017(7):25-26.

  [2]甘桂其. 聶鳳玲. 關于高層建筑結構設計方面問題分析標準[J].中國標準化,2017(8):22-23.

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