高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題及優(yōu)化措施分析

遼寧中誠建筑設(shè)計(jì)有限公司沈陽分公司 遼寧沈陽 110000

近年來，我國經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，同時(shí)也推動(dòng)了建筑行業(yè)的進(jìn)程。為能時(shí)應(yīng)當(dāng)?shù)疆?dāng)前時(shí)代的發(fā)展，有效緩解到用地緊張的問題，建筑的發(fā)展方向也逐漸轉(zhuǎn)換成了高層建筑的模式。主體結(jié)構(gòu)是高層建筑中里要的組成部分，在其中擔(dān)任著重要的作用，但其的工程工序較多，容易受到外界因素的影響。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題

1.1 扭轉(zhuǎn)問題

建筑“三心”主要指建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、結(jié)構(gòu)重心及剛度中心，“三心合一”時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性最強(qiáng)。然而由于受到地基形狀與建筑功能要求等因素的影響，在許多情況下，建筑體型是不規(guī)則的，設(shè)計(jì)中也難以實(shí)現(xiàn)“三心合一”，致使建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問題，進(jìn)而影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1.2 抗風(fēng)問題

因?yàn)楦邔咏ㄖ臉菍虞^多并且高度較高，所以，相對其他建筑，高層建筑更容易改變風(fēng)的流動(dòng)性與空氣的動(dòng)力效應(yīng)。由于建筑的剛架結(jié)構(gòu)以及玻璃幕墻等柔性結(jié)構(gòu)的剛度較小，在風(fēng)荷載較大的情況下，很容易破壞建筑物的墻體、裝飾結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)，降低建筑物的穩(wěn)定性。因此，進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)，防止建筑物受自然因素的影響而存在隱患[1]。

1.3 抗震問題

高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直以來都是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)。因?yàn)榈卣饘儆谧匀灰蛩?，而每個(gè)地區(qū)的抗震設(shè)防烈度不同，計(jì)算得出的數(shù)據(jù)也并不是所有地區(qū)都適用，并且計(jì)算地震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，存在許多不確定性因素，加之一些設(shè)計(jì)人員的靈活性不足，不能很好地完善抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 房屋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的策略研究

2.1 科學(xué)構(gòu)建房屋建筑設(shè)計(jì)的模型

在具體的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，需要精準(zhǔn)科學(xué)化的對房主建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型建構(gòu)。首先，就是需要科學(xué)選擇變量。變量就是在房屋建筑設(shè)計(jì)中可以用來進(jìn)一步優(yōu)化的參數(shù)值，通常而言在設(shè)計(jì)優(yōu)化前需要整體性分析建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能，認(rèn)真了解需要優(yōu)化的內(nèi)容點(diǎn)以及關(guān)鍵點(diǎn)，從而對整體的設(shè)計(jì)方案能有全面的掌握認(rèn)識(shí)，同時(shí)也要考慮建筑建設(shè)中其他因素的影響。從具體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化環(huán)節(jié)來看，特別是相關(guān)工程涉及到的細(xì)節(jié)參數(shù)，需要作為優(yōu)化的理論依據(jù)，在選擇最佳方案時(shí)在其中做合理的取舍，參考房屋工程建設(shè)的參數(shù)，明確數(shù)據(jù)目標(biāo)，最大限度降低對建筑的直接性影響，同時(shí)降低設(shè)計(jì)優(yōu)化所帶來的偏差；然后是科學(xué)化選擇優(yōu)化函數(shù)，在以實(shí)用性跟穩(wěn)定性的前提下，既要做好成本控制，同時(shí)對房屋整體結(jié)構(gòu)、尺寸、用料等進(jìn)行合理選擇，保障穩(wěn)定，再結(jié)合具體施工的條件，最終合理施工[2]。

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模式的優(yōu)化研究

由于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，需要考慮的細(xì)節(jié)點(diǎn)具有一定難度，具有系統(tǒng)性與復(fù)雜性要求，所以為了保障數(shù)據(jù)的各方面科學(xué)完整，需要對相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行匯總，同時(shí)基于科學(xué)計(jì)算要求，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)化整理與分析計(jì)算。在具體建造結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，需要對各種建造的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，處理的結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行綜合性研究與分析，并努力對結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，確保優(yōu)化的數(shù)據(jù)不會(huì)對設(shè)計(jì)構(gòu)成影響，也不會(huì)帶來額外的約束條件。同時(shí)，為了更好地滿足房屋設(shè)計(jì)工作的實(shí)際要求，在設(shè)計(jì)優(yōu)化中，通常會(huì)采取多種建筑機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)運(yùn)算系統(tǒng)，這樣對同一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行更加精準(zhǔn)化處理，為后續(xù)的參數(shù)優(yōu)化提供更加精準(zhǔn)的理論參考。同時(shí)在數(shù)據(jù)優(yōu)化計(jì)算中還會(huì)對不同計(jì)算方法和模式的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)加以分析，以最符合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的計(jì)算模式為最佳，同時(shí)保障設(shè)計(jì)優(yōu)化的合理性與實(shí)用性，提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化效果。

2.3 提高建筑抗風(fēng)荷載作用的能力

為了使高層建筑抗風(fēng)構(gòu)件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的牢固性符合要求，對高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分做好以下工作：①優(yōu)化基礎(chǔ)，只有高層建筑的基礎(chǔ)部分穩(wěn)定性較強(qiáng)，才能保證高層建筑上部分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。因此，明確混凝土的級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)成為高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)最基本的工作。應(yīng)盡可能購買高級(jí)配的砂石，增加基礎(chǔ)持力層厚度，加設(shè)抗拔的錨桿構(gòu)件，加強(qiáng)基礎(chǔ)的牢固性。②通過改變建筑的輪廓設(shè)計(jì)、投影面積和高度，改變區(qū)域建筑布局，以及種植綠植等改變風(fēng)荷載的強(qiáng)度和方向等，削弱風(fēng)荷載對建筑的作用[3]。

2.4 重視抗震設(shè)計(jì)

為滿足高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震要求，可以采取以下3 方面的措施：首先是針對高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理布置抗側(cè)力構(gòu)件，合理布置高層建筑內(nèi)部水平方向的構(gòu)件，在水平方向形成應(yīng)力分布系統(tǒng)，提高高層建筑結(jié)構(gòu)受力的連續(xù)性和均勻性。其次是提高地基的抗震能力。可以通過加深高層建筑樁基深度，從而提高建筑的抗傾覆能力和基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。最后是優(yōu)化建筑的承重結(jié)構(gòu)，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)。在地震災(zāi)害中，剪力墻可以吸收下部結(jié)構(gòu)傳遞的地震能量而先被破壞，框架結(jié)構(gòu)繼續(xù)支撐上部結(jié)構(gòu)，形成了抵御地震作用的二道防線，可以有效降低高層建筑損毀程度[4]。另外，高層建筑內(nèi)部還需要適當(dāng)提高墻體與樓板的剛度，從而有效避免建筑位移問題。

3 結(jié)語

由上可知，在高層建筑建設(shè)過程中為能有效確保到建筑的質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)依據(jù)工程的實(shí)際情況，對其中的設(shè)計(jì)方案迚行不斷的優(yōu)化以及完善，才能有效確保到巡程的順利完工，為我國建筑行業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。