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高層建筑結構設計中常見問題及對策分析

發(fā)布時間:2018-06-26 來源: 感悟愛情 點擊:


  摘 要:本文首先闡述了高層建筑結構設計的價值和意義所在,接著分析了當前高層建筑結構設計中的常見問題,進而提出了相關問題的解決對策,旨在說明高層建筑結構設計對維護高層建筑的使用質(zhì)量和安全穩(wěn)定的重要作用,為高層建筑結構設計的優(yōu)化提供一些參考意見。
  關鍵詞:高層建筑;結構設計;問題;對策
  一、高層建筑結構設計的價值和意義
  所謂高層建筑,是在國家標準規(guī)定下,超過一定高度和層數(shù)的多層建筑。由于每個國家對高層建筑的劃分不同,在我國,規(guī)定超過24m的公共建筑和超過10層的住宅建筑為高層建筑。高層建筑的發(fā)展,主要是基于城市建筑節(jié)約用地考慮的,能夠有效提升用地的利用率,加快城市建設,為社會的快速發(fā)展帶來明顯的效益。
  為了保證高層建筑的功能優(yōu)越性,必須提高高層建筑結構的設計質(zhì)量。在高層建筑結構的設計上,主要考慮高層建筑的抗風、抗震、消防安全等,確保整體建筑的安全性和穩(wěn)定性。也就是說,高層建筑結構設計對于保障高層建筑的使用質(zhì)量和安全穩(wěn)定性有著非常重要的意義,也是促進現(xiàn)代高層建筑高速穩(wěn)定發(fā)展的重要因素。
  二、高層建筑結構設計中的常見問題
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  在目前的高層建筑設計中,部分建設單位為了獲取更多的經(jīng)濟收益,沒有嚴格按照規(guī)范標準,私自增加建筑的設計高度,導致了建筑結構設計中的超高問題,為高層建筑的正常使用帶來了巨大的安全風險。我們知道,隨著高層建筑的高度的增加,風力、地震等外作用力對建筑的影響就越大,盲目地超高設計只會造成高層建筑安全風險的增加,很可能導致重大安全事故的發(fā)生。特別是在一些沿海城市或地震易發(fā)的城市,一旦遭遇地震、強風天氣或其他自然災害,極易發(fā)生建筑倒塌的風險,而高層建筑的倒塌則會影響到周圍的建筑,會造成一系列的連鎖反應,從而導致重大的安全事故發(fā)生。在這一點上,盲目追求經(jīng)濟收益所面臨的超高問題帶來的影響是不可預估的,這樣的做法也是得不償失的。
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  隨著人們對住宅等建筑的要求越來越高,在高層建筑的結構設計中,往往采用短肢剪力墻替代原先的普通剪力墻結構,以滿足人們對空間的需求。所謂短肢剪力墻,是指各肢橫截面的高度與厚度之比在4~8之間的剪力墻。在高層建筑中,由于短肢剪力墻抗震性能較差,因此,需要選擇合適的計算軟件,選擇合理的計算方法,嚴格控制短肢剪力墻的數(shù)量。然而在實際設計中,部分建筑企業(yè)由于缺乏短肢剪力墻的設計經(jīng)驗,在設計過程中增設了不必要的短肢剪力墻,導致高層建筑在后期的使用過程中抗震能力的不足,影響了整體的穩(wěn)定性和安全性,埋下了巨大的安全隱患。
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  所謂高層建筑的嵌固端,就是固定建筑構件的地方,不允許構件有任何的位移。這里的位移是指平面x、y方向的位移,不允許在這兩個方向出現(xiàn)任何移動,但允許有轉角。在高層建筑的結構設計中,嵌固端的設置主要有以下方面的問題:一是嵌固端位置選擇不當,比如一些建筑單位將嵌固端設置在地下室或人防頂板處,不僅起不到應有的作用,還容易造成安全事故的發(fā)生;二是由計算誤差或其他設計原因導致的嵌固端上下層剛度比例設計不合理;三是嵌固端與抗震縫隙之間難以協(xié)調(diào),導致抗震性能較低。在嵌固端的設計中,不應該按照人為的設計要求來完成,而是要根據(jù)建筑的客觀條件來進行合理設計,才能有效確保建筑的抗震性能。
  (四)其他設計問題
  由于高層建筑結構的復雜性,在設計上也面臨著很多方面的問題,需要進行一一處理。除上述的典型問題外,其他方面的設計問題也需要考慮到,常見的有如下內(nèi)容:一,結構扭轉問題。在高層建筑結構設計中,要保證結構的穩(wěn)定性,就必須保證“三心合一”。所謂“三心”,就是指結構的幾何中心、剛度中心和結構重心。如果設計過程中沒有做到三心合一,則很容易造成建筑的扭轉現(xiàn)象,導致建筑的折斷或崩塌。二,結構性能驗算問題。比如結構穩(wěn)定性驗算、抗震驗算、應變應力驗算等,如果這些細節(jié)沒有處理到位,則很可能造成計算的錯誤,導致設計不合理,從而造成使用中的安全問題。三,結構設計位置計算問題。主要是要把握關鍵位置的計算精確度,影響因素有:規(guī)范要求是否健全;圖紙設計是否合理;計算公式是否正確;計算參數(shù)如安全系數(shù)等選擇是否恰當?shù)鹊。四,消防安全問題。由于高層建筑結構的樓層高、材料的易燃性高、疏散難度大、居住人員多等特點,一旦發(fā)生火災,火勢可迅速蔓延并擴大,短時間內(nèi)造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。因此,在高層建筑設計中,一定要做好消防安全工作,防止火災的發(fā)生。
  三、高層建筑結構設計問題的解決對策
  (一)選擇合適的結構設計方案
  在高層建筑的結構設計中,最重要也最關鍵的是選擇合適的結構設計方案。只有選擇了最佳的設計方案,才能有效保證建筑結構的性能,才能確保高層建筑的使用質(zhì)量和安全。在高層建筑的結構設計方案選擇上,主要考慮以下因素:一,設計方案是否滿足建筑相關規(guī)范要求,如果不滿足則不能用于設計和施工;二,設計方案是否考慮到現(xiàn)場的實際情況,是否能滿足現(xiàn)場施工要求;三,設計方案是否滿足經(jīng)濟安全的要求,是否通過了施工成本預算的要求。其中,設計方案與現(xiàn)場情況的結合在高層建筑結構設計中是需要重點考慮的。要保證方案的應用效果,就要根據(jù)現(xiàn)場實際情況分析方案的科學性和合理性,比如現(xiàn)場的地質(zhì)條件對施工的影響、地下水位對沉降的影響、周圍是否有老舊的建筑、大風天氣或雨雪天氣對建筑的影響等等。只有充分考慮到各方面因素的影響,選擇最佳的設計方案,才能保證高層建筑結構設計的科學合理。
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  在高層建筑結構設計中,合適的計算簡圖或計算模型能夠提高計算效率,降低計算錯誤的出現(xiàn)。比如高層建筑的結構構件受力計算、配筋率、應力計算等等,在這些復雜的計算中,搭配計算簡圖,可以更加清晰地反映計算中的數(shù)據(jù)變化情況,起到事半功倍的效果。在計算簡圖的選擇上,則要求與實際情況完全相符,并考慮到各方面因素對高層建筑的影響,選擇最優(yōu)的計算簡圖。根據(jù)高層建筑結構的復雜性等特點,可以將復雜的結構計算進行分解和細化,從而便于計算簡圖的選擇。此外,還要選擇合適的計算軟件,保證計算的精確度。

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