浅析高层建筑结构设计中的问题及措施

2016-03-16曹坤

环球市场 2016年10期

关键词：抗风抗震结构设计

曹坤

南京金宸建筑设计有限公司

浅析高层建筑结构设计中的问题及措施

曹坤

南京金宸建筑设计有限公司

随着我国城市化进程的不断加快，为了解决城市人口激增和土地资源紧张的问题，高层和超高层建筑的数量不断增加，成为了建筑产业的重要组成部分。但是由于高层建筑的结构具有较大的变化性和复杂性，在设计中有诸多难点和问题需要解决，以保障高层建筑质量的安全性和可靠性。

高层建筑结构设计问题措施

前言

我国社会经济的快速发展，城市规模不断扩大，大量的外来务工人员在促进城市发展和进步的同时，也导致了一系列问题的产生，其中表现最突出的就是城市居民的居住问题。为了解决这一问题，高层建筑大量涌现。和一般的建筑比较，高层建筑在设计中的难度更大，只有确保其设计的科学性以及合理性，才能为顺利施工提供保障。由此可知，设计是高层建筑建设中的核心环节，对于保证工程质量具有重要意义。

1、高层建筑结构设计概述

1.1主要原则

首先，制定科学的基础方案。在高层建筑中，地质条件是其结构设计的决定性因素。要提高基础方案的科学性，需要设计人员准确把握其荷载的分布情况和结构类型，对影响其施工的各种因素进行和综合分析。其次，明确计算简图。在高层建筑的结构设计中，计算简图必须包含结构的计算设计。如果计算简图存在问题，就容易导致安全隐患。因此，为了确保高层建筑结构设计的安全性，必须重视这一原则。

1.2基本要点

在设计高层建筑结构时，需要注意控制以下几点：第一，遭遇暴风和地震力时，高层建筑的水平侧向力；第二，对高层建筑的长度、宽度和高度比例进行严格控制；第三，确保高层建筑的整体不存在薄弱环节，保持其平面、体型、立面质量和刚度的对称性和匀称性；第四，对地震、风力、温度变化和沉降导致的形变进行合理控制。在上述设计要点中，抗风、抗震结构、消防设计和扭转问题需要特别注意。

2、高层建筑结构设计中存在的主要问题

2.1抗风结构设计问题

高层建筑的楼层比较多，而且高度较高，这样就很容易让风在建筑表面的流动性发生变化，和空气产生相关的动力效应。在这一作用下，风力就会对高层建筑中的柔软结构生成静力或者动力形态的震动。这种震动会对高层建筑的墙体、装饰、支撑等结构产生较大的影响。因此在进行结构时，一定要注意抗风结构的合理性，预防建筑物结构被损坏。

2.2抗震结构设计问题

这一结构的设计一直都是高层建筑结构设计的难点之一，在很大程度上是因为设计人员缺乏足够的灵活性，很容易忽略对地震的科学规划。高层建筑的结构具有一定的复杂性，如果设计人员无法取得精确的抗震计算结果，就会影响抗震结构设计的完整性，一旦发生地震，就很容易导致高层建筑遭到巨大破坏。因此，这一点需要引起设计人员的重视，尤其是在地震多发地区。

2.3消防结构设计问题

我国和建筑有关的行业标准中对高层建筑结构的消防设计提出了明确的要求，规定其必须确保消防设计的科学性和合理性。但是从目前的实际情况来看，高层建筑结构的消防设计还存在很多解决的难题，例如使用的建筑材料的易燃性较高，在高层建筑结构中，火势更容易蔓延，而且疏散的难度高于普通建筑。另外，排烟系统的合理设计存在较大难度，居住的人口数量较多，等等，都是高层建筑结构消防设计需要综合考虑的问题。

3、高层建筑结构设计问题的解决措施

3.1促进抗风结构设计方案的逐步优化

这一措施可以从高层建筑结构设计中存在的问题和难点出发，具体实施方案如下：第一，优化基础。要确保高层建筑结构具备良好的通风性能，最重要的就是要有牢固的基础结构。为了满足这一要求，在设计基础部分时，可以采用级配等级较高的砂石，并且在基础的持力层中增加抗拔锚杆。第二，增强高层建筑节能结构的设计。在高层建筑非承重构件的设计过程中，可以充分利用剪力墙和楼板等能耗部件尽量抵消风能对建筑本身产生的影响。

3.2不断优化抗震结构的设计方案

首先，对抗侧力构件进行合理安排。设计高层建筑结构时，如果能确保水平方向中的对称性，就可以有效预防并控制地震对其造成的破坏。通过调整抗侧力构件的位置，能够促进应力分布系统在水平方向上的形成。假如能够同时增强测力构件在垂直方向上的性能，可以形成一套比较良好的应力分布系统，提高建筑结构的稳定性和连续性，增强其抗震性能。其次，加强地基的抗震性能。一旦发生地震，高层建筑结构的地基最容易遭到破坏。为了预防这一问题，可以在地基的基础施工中增加桩基的埋深深度，增强它和上部结构的联动性。

3.3优化消防结构的设计方案

在高层建筑结构的消防设计中，首先应该对防火结构之间的距离进行科学控制。如果其结构设计和当地的地形条件相符，则防火结构的间距可以适当增加。从材料的使用角度来看，尽量减少易燃材料的使用范围和使用频率，多采用耐火性能好的材料。同时，为了降低火灾事故发生后人员的伤亡，必须建立良好的疏散系统。在消防结构设计时，可以通过设置双通道疏散，增设防烟区、耐火区、避难层等设施来增加消防能力。同时，高层结构可以通过设置相应的隔离结构来有效地控制火势蔓延，增强建筑消防安全能力。

3.4扭转问题的优化设计

在地震因素或者风载荷的作用下，高层建筑很容易出现扭转问题。为了有效预防这一问题的发生，需要我们选择科学的结构形式，并对布局进行和合理安排，使高层建筑的刚度中心、几何形心和结构重心保持一致。受到建筑场地，或者是城市规划街道景观的要求等因素的限制，高层建筑无法全部采用相对简单的平面方式，那么在选择比较复杂的建筑结构，例如“T 型”或“十”字型等，就必须确保突出部分的长宽比在要求的范围内。另外，在布置结构时，尽量好使其保持对称，这样有助于提高其稳定性。