高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題與對策研究

文/ 王孝鵬 上海暉榮建筑設(shè)計咨詢有限公司 遼寧沈陽 110000

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的常見問題

1.1 抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

由于高層建筑的高度特點，使得其抗風(fēng)性能也是非常重要的一個環(huán)節(jié)。當對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，也應(yīng)當對抗風(fēng)設(shè)計的有效性進行考慮。通常來說，由于高層建筑自身高度很高，作為建筑物自身則同外界風(fēng)之間存在一種阻隔以及擾動作用，這就使得建筑物周圍的風(fēng)會在一定作用之下對建筑產(chǎn)生一種類似于振動的效果，并使其承受相當?shù)暮奢d力，從而使建筑的自身安全受到威脅，嚴重的還會使建筑主體結(jié)構(gòu)被破壞、墻體斷裂等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1.2 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

對于高層建筑來說，在對其結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中最為重要也是最難實施的環(huán)節(jié)就是其抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計，因為高層建筑特點，使得其在地震發(fā)生過程中可能會存在很多不確定的因素，而在目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，也沒有對當?shù)卣鸢l(fā)生時如何有效的進行避震以及其可能帶來的破壞性進行足夠的考慮。而如果在設(shè)計的過程中沒有對高層建筑的相關(guān)抗震數(shù)據(jù)較為精確的分析，且不能夠根據(jù)地震發(fā)生原理為依據(jù)進行相應(yīng)的設(shè)計，則很有可能由于高層建筑抗震性能的不足而存在一定的安全隱患，從而對人們的生命財產(chǎn)安全造成嚴重的威脅。

1.3 消防結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

同普通建筑相比，高層建筑具有更為復(fù)雜的特點，而為了對高層建筑多種需求進行滿足，則需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中選擇不同種類的材料。目前，在高層建筑中使用較多的還是可燃性材料，而這就會對高層建筑的火災(zāi)情況帶來了一定的隱患。同時，由于在高層建筑中具有風(fēng)力大、空氣流動強的特點，一旦出現(xiàn)火災(zāi)則很可能造成更為嚴重的災(zāi)害。另外，由于高層建筑樓層較多，在對其結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中也都將其設(shè)計為垂直形態(tài)，而在這中形態(tài)之中一旦發(fā)生火災(zāi)，那么對居民疏散則需要更多的時間，這也為高層建筑的消防問題帶來了威脅。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題解決策略

2.1 優(yōu)化抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

首先，要注重結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計。對于建筑的抗風(fēng)性能來說，首先應(yīng)當保持其具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這就需要在建設(shè)的過程中保證選擇級配比較高的砂石，并對材料回填過程的密實程度進行保證，從而保證建筑在水平作用力施壓下不會出現(xiàn)傾覆性趨向。另外則應(yīng)當在持力層底部設(shè)置相應(yīng)的抗拔錨桿，從而能夠通過相關(guān)的鉆孔、安裝以及注漿一系列工作使錨桿的功能得到增強，并使其抗拔強度得到保障。其次，在對建筑非承重構(gòu)件設(shè)計的過程中，還應(yīng)當通過對耗能減震系統(tǒng)良好的利用使風(fēng)力對于建筑的影響得到降低。在這個系統(tǒng)中，主要以樓板、剪力墻以及耗能支撐等部件所組成，并保證能將這種減震系統(tǒng)設(shè)置在合理的位置中，從而使耗能減震的作用得到加強。最后，由于高層建筑往往面臨較大的風(fēng)壓，在這種強大風(fēng)壓的作用之下也會對建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力得到提高，而一旦這種壓力超出了其所能承受的最大值，就會使風(fēng)荷載同水平力之間出現(xiàn)重疊問題，從而對建筑整體造成結(jié)構(gòu)性破壞。所以就應(yīng)當對風(fēng)壓較高的位置進行加固，首先應(yīng)當對建筑實際風(fēng)壓作用力的大小進行分析，同時對建筑土壓力進行控制，并在此基礎(chǔ)上對建筑的水平荷載內(nèi)力進行加強。

2.2 優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

抗震性能代表著建筑物的安全，對于高層建筑來說尤為如此，這就需要我們通過對以往的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計進行一定的優(yōu)化：

首先，應(yīng)當使建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性得到增強，并對其中抗側(cè)力構(gòu)件的位置進行合理的設(shè)置，從而使其能夠具有更為合理的承載力分布體系。同時由于垂直方向結(jié)構(gòu)的關(guān)系，則應(yīng)當進一步增強其構(gòu)件的強度以及剛度，從而使其得到更為連續(xù)的穩(wěn)定性。其次，在地震災(zāi)害中，最可能對建筑造成破壞的情況就是建筑地基出現(xiàn)沉降，一旦地基出現(xiàn)沉降，那么就會使建筑結(jié)構(gòu)急速出現(xiàn)開裂等一系列破壞。所以在對地基施工的過程中，一定要對地震因素做出充分的考慮，從而以有針對性的方式對其設(shè)計。同時，還應(yīng)當對建筑平面進行簡化，減少相關(guān)的平面布置，從而通過合理的施工設(shè)計使地基的強度以及剛度得到增強。另外，還應(yīng)當將樁箱埋設(shè)一定的深度，并將上部結(jié)構(gòu)以及群樁能夠保持在同一條線上。再次，應(yīng)當對建筑結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件的抗側(cè)力進行提高，并盡可能的滿足其承載力所需的延續(xù)性，從而使建筑的抗震能力得到提高。

2.3 優(yōu)化消防結(jié)構(gòu)設(shè)計

首先，應(yīng)當設(shè)計好良好的防火間距，對于間距的計算方式是將每棟建筑物之間的距離以及每一棟建筑中可燃物件邊緣開始計算，但是由于建筑中可能存在的地理、功能等情況的差異性，所以在設(shè)計的過程中也應(yīng)當根據(jù)實際情況來靈活的選擇。同時，還應(yīng)當對建筑的滅火結(jié)構(gòu)、耐火能力以及排煙性做出保障，從而使建筑能夠滿足防火要求。其次，設(shè)計好相應(yīng)的分割結(jié)構(gòu)。通過這種方式則能夠在火勢發(fā)生之后將其控制在有效的空間之中并限制其擴大蔓延。對此經(jīng)常使用的方式就是對樓板的垂直設(shè)計以及單元墻的水平設(shè)計等等，其不僅能夠?qū)熿F、火勢的蔓延程度降低，還能夠為建筑居民獲取更多的逃生時間。最后，還應(yīng)當設(shè)計建筑的疏散結(jié)構(gòu)。由于在高層建筑中疏散路線為垂直型，且在發(fā)生火災(zāi)時電梯會斷電并當煙火蔓延的過程中使其成為逃生死角。所以應(yīng)當將樓梯設(shè)置為疏散通道，并對建筑內(nèi)防煙區(qū)要以及雙向疏散通道進行合理的設(shè)置，從而當火災(zāi)發(fā)生之后加大居民的逃離速度。

總結(jié)：

綜上所述，近些年來，我國的高層建筑發(fā)展十分迅速，建筑造型新穎獨特，建筑物的高度與規(guī)模不斷增加。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)實際情況，做出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。并能根據(jù)具體情況進行具體分析采取適當?shù)拇胧┙鉀Q實際問題。才能不斷地完善和發(fā)展高層建筑。

[1]葉鐘.試分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計常見的問題及措施[J].江西建材,2017（1）:14-14.

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