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探析高層建築結構設計的問題與對策

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狹義的建築指各種房屋及其附屬的構築物。建築結構是在建築中,由若干構件,即組成結構的單元如樑、板、柱等,連接而構成的能承受作用(或稱荷載)的平面或空間體系。建築結構因所用的建築材料不同,可分爲混凝土結構、砌體結構、鋼結構、輕型鋼結構、木結構和組合結構等。

探析高層建築結構設計的問題與對策

摘 要:在我國現代化建設步伐不斷加快的時代背景之下,建築業已然得到了極爲迅猛的發展,尤其在城鎮建設推進之下,高層建築不斷涌現。而就現實情況來看,高層建築由於具有結構複雜、規模龐大的特徵,由此在結構設計的過程中容易出現較多問題。本文從建築結構中所存的問題作爲入手點,在結合筆者實際工作經驗的基礎之上,提出了有關結構設計優化的個人見解,以供建築業同仁參考。

關鍵詞:高層建築 結構設計 問題

在國內市場經濟改革不斷推進的經濟環境之下,物質文明已經達到了較高水準,由此人們對作爲衣食住行四大生活要素重要載體的建築也有了更高的標準。而就高層建築來看,由於其規模較大,且結構力學設計較爲複雜,由此在結構設計的過程中往往存在一定的困難。由此,爲經驗提高高層建築結構的穩定性,必須從設計入手,針對現今高層建設結構設計所存在的問題,不斷提升其可靠性指標。

一、高層建築結構設計問題分析

(1)短肢剪力牆設計缺陷

就現實情況而言,當下高層建築結構設計者在設計短肢剪力牆的過程中,大多會出現增設短肢剪力牆的問題。根據國內對結構設計的全新規範不難得出,現今短肢剪力牆其截面高厚比應該處於5~8的`範圍內。根據高層建築結構設計經驗與設計參數不難得出,在對其結構進行設計的過程中不應該設定過多的短肢剪力牆,以進一步提高結構的穩定性。

(2)抗震結構設計規範問題

在進行高層建築抗震結構設計時,由於其高度較高,所以必須考慮較多不確定性因素對結構抗震性能的影響,所以一直是高層建築結構設定中的難點。現今國內對高層建築設計年限的規定至少爲50年,並且對其烈度與震級對應下的高層建築抗震能力指標做出了明確規定。但由於國內生態問題的持續惡化,國內地震問題在近10年間已經多次發生,其震級與烈度都有了不同程度的要求,如果仍然按照原有的設計規範,一旦出現地震事故,高層建築的抗震性能堪憂。

(3)超高設計問題

超高是現今高層建築結構設計過程中普遍存在的現實問題,多由於建設方爲謀取更多的經濟效益,罔顧建設規範準則,過度增加建築層高或加高建築層高,這一問題將大幅度削減高層建築的力學性能,對其抗震性與可靠性都有不同程度的降低。特別是在風荷載較大及地震烈度較高等極端惡劣條件時,建築的穩定性很難得到保障,甚至將會嚴重威脅業主的生命財產安全。

(4)扭轉設計缺陷

高層建築設計必須要儘可能保證建設工程的質量重心、剛度中心與幾何中心處於同一位置,以避免產生由於偏心彎矩過大所導致的結構扭轉坡外。但就現實情況來看,現今大部分高層建築的設計都難以保證其三心處於同一位置,偏心問題普遍存在,一旦受到水平荷載的作用,建築結構將很容易產生扭轉破壞,這也就給其投產埋下了不小的安全隱患。

二、高層建築結構設計問題優化措施

(1)合理選用結構設計方案

爲確保高層建築結構的穩定性,必須合理選用適宜的結構設計方案。首先在設計過程中必須結合建築設計師所提供圖紙以及國內對高層建築結構設計的相關規範系統的確定其整體結構,防止所選擇設計方案與建築設計標準的衝突。另外還需要結合項目建設地點的地質情況、氣候因素以及近50年來地質變動與水文情況對其結構細節加以優化,尤其需要根據工程規模對結構設計整體方案加以優化,在提高其結構穩定性的同時,確保設計方案具有較高的可行性與經濟效益。

(2)完善抗震結構設計

在進行抗震結構設計時,應當結合項目區域地震基本烈度等級,對其抗震等級加以詳細認定。必須對其抵抗側向荷載結構組件的位置加以詳細認定,確保其節點受力平衡與結構受力的合理分佈。另外還應該保證建築結構設計具有連續穩定性,並在保證其結構組件剛度與強度的同時,確保其經濟合理性。在初步設計時,應該儘量對高層建築的結構片面加以簡化處理,在保障其基礎強度、剛度的同時,增加基礎的荷載傳遞能力。也就是說,必須避免其結構整體性的破壞與地基沉降對建築的損害,進一步提升其抗震能力。

(3)優化結構性能設計

高層建築的結構設計需要儘量符合結構性能的各項標準,大體涵蓋以下幾大方面:其一,優化對高層建築結構的延性設計,避免其由於層高問題而產生變形與坍塌。其二,結合其水平荷載作用(主要包括地震橫波、面波與風荷載),透過結構設計提高其抵抗側向變形的能力。也就是說必須根據計算結果對建築結構組件的彎矩調幅、塑性內力分佈原則,確保建築結構能夠滿足於性能化設計的各項標準。

(4)完善扭轉設計

爲避免高層建築受到地震、地質水文條件與氣候因素影響而產生的扭轉性損壞,在對其結構加以設計之時,必須對其結構模式與平面佈局進行綜合考量,儘量確保其質量重心、剛度中心與幾何中心處於同一位置。在一些特定條件下,由於高程建築需要滿足預定的功能指標,因此在需要選擇不規則平面結構時,必須將其長厚比與寬厚控制於允許範圍中,並儘量確保建築結構的對稱,以提高其抗彎扭能力。

三、結語

高層建築結構的設計是一項複雜的系統工程,具有較強的技術性與思辨性,能夠爲建築的穩定性提供充分的保障。而就實際設計工作來看,由於其高層建築設計需要較高標準,因此必須要綜合考慮建築設計規範與建築工程實況,並選用優化的結構設計模式確保結構的力學性能,同時針對當下高層建築結構設計問題,選用適宜的優化方案,以此在提高其結構設計可行性的同時,促進我國高層建築的可持續發展。

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