高层建筑结构设计存在的问题及预防措施分析.doc

高层建筑结构设计存在的问题及预防措施分析 艾武成 （河北拓朴建筑设计有限公司河北石家庄050051）HJ*1/2 【摘要】随着建筑高度不断增加，高层建筑的位移也在不断地增加，对于此项增加并不影响人们的生活舒适度。但大型（超大型）高层建筑则不一样，它们不仅影响着人们生活的舒适度，同时也会让建筑物受到影响，使其建筑结构构件及非结构构件损坏。所以，在设计高层建筑结构的时候，首先必须要控制侧移在规定的范围内，由此我们认识到高层建筑结构设计的核心就是抗侧力结构的设计。? 关键词高层建筑；结构设计；问题；预防措施 High-risebuildingstructuraldesignproblemsandpreventivemeasuresanalysis AiWu-cheng （HebeitopologyArchitecturalDesignCo.，LtdShijiazhuangHebei050051） 【Abstract】Withtheincreasingheightofthebuilding，thedisplacementoftallbuildingsisalsoincreasing，forthisincreasedoesnotaffectpeopleslivesfort.Butthelarge（verylarge）isnotthesameashigh-risebuildings，whichnotonlyaffectsthefortofpeopleslives，butalsomakethebuildingsaffected，makingitthebuildingstructuralmembersandnon-structuralponentsdamaged.Therefore，inthedesignoftallbuildings，thefirstlateraldisplacementmustbecontrolledwithinaspecifiedrange，thuswerecognizethatthecoreisahigh-risebuildingstructuredesignlateralforceresistingstructuraldesign. 【Keywords】High-risebuildings；Structuraldesign；Problem；Preventivemeasures 1.高层建筑结构设计的原则 1.1房屋平面形状。 房屋平面形状主要包含抗风设计、抗震设计。抗风设计的原则是对称平面高层建筑的高度越大，建筑物受到的风荷载越大。所以为了控制结构侧移和风振的速度，建筑物的平面应该采用方形、圆形、矩形、正六边形等双轴对称的平面形状。假如建筑物楼层平面不对称的话，高层建筑受到风振的情况下，就会发生扭转振动，甚至严重的时候会使建筑摇晃，所以必须控制结构的顺风或横风向振动加速度。? 1.2抗震设计。 抗震设计又包含了简单平面、不规划平面两个方面。简单平面主要是指高层建筑在地震多发地区，为了使建筑楼层水平地震作用沿平面分布均匀，防止引起结构的扭转振动，同样建筑楼层平面采用方形、圆形、矩形等简单平面。不规划平面是说在城市中，城市规划对街道、建筑场地形状的限制，高层建筑就不要千篇一律的采用方形、圆形、矩形等简单平面形状了，而要根据实际情况，采取如丁字形、三叉形、L形等比较复杂的平面形状。所以如高层建筑在地震多发地区，应该对结构进行精确的地震反应分析，方便取得每个构件准确的地震内力和变形情况。? 1.3选用合理的计算简图。 高层建筑结构计算式在计算简图的基础上进行，如果计算不合理、计算简图选用不恰当就会导致结构发生安全事故，所以适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。在实际情况下，结构的节点不是简单的钢节点、铰节点，但是也可以有在规定范围内的误差。? 1.4选用适合的结构基础方案。 这里包含了基础设计的方案和结构方案两点。基础设计应该要根据实际的工程地质条件，上端结构的类型与载荷分布、周围建筑群影响和施工条件等多种问题进行综合分析，选用一套经济适合的基础方案。在设计的过程中，最好最大限度发挥地基的潜力，在有必要的时候也需要对地基的变形进行验算。? 1.5正确分析计算结果。 计算机技术是建筑结构设计中应用最为普遍的，但是目前这类软件种类较多，所以不同的计算软件在计算时所显示的结果也不一样。多数结构的实际情况本身与计算软件存在一定差异，或人工输入有误，或者是软件本身的缺陷，从而导致计算结果的不准确。因此要求结构工程师在获得计算结果的时候，应该认真的分析、校对，做出合理的判断，最终得到准确的结果。 2.高层建筑结构设计需要攻克的技术问题 2.1高层建筑中的抗风结构设计。 高层建筑楼由于其具有楼层多，高度高的特点，因此相比较其他建筑，在建筑物表面更易改变风的流动性和空气的动力效应。在楼层柔软部分风和空气会产生动力形式和静力形式，并由此产生的震动，会对楼层的墙体、装饰结构以及支撑结构产生破坏，危害建筑的稳定性，所以在进行高层结构设计的过程中，应该进行抗风结构的设计，杜绝建筑物在自然因素的影响下留下隐患。 2.2高层建筑中的抗震结构设计。 高层建筑中的抗震结构设计一直以来都是建筑业设计的难点，由于地震这一自然因素每个地区的具体情况并不相同，计算出来的数据并不是每一个地区都适用，在进行地震结构设计数据的计算上存在很多变化的因素，再加上有些设计人员不够灵活，对抗震结构设计不完善。? 2.3高层建筑中的防火结构设计。 我国相关的法律法规明确指出，高层建筑结构的消防设计必须合理化、科学化，因为高层建筑楼层多、建筑材料易燃、高层结构不利于火势的控制、当火灾发生时难以疏散、难以设计排烟系统等诸多因素，都是高层建筑中的防火结构设计需要攻克的难点。 2.4高层建筑中的扭转问题设计。 要求高层建筑的结构设计必须三心尽可能汇于一点，即建筑结构的刚度中心、几何形心、结构重心三心合一。倘若在设计中未很好地做到三心汇聚一点，建筑易发生扭转问题，并在水平力作用下造成高层建筑结构的毁坏。 3.高层建筑结构设计问题的预防措施 3.1制定合理科学抗风结构设计方案。? （1）要确保建筑结构基础的稳固，可在基础设计时采用高级砂石，在基础持力层设计时加设抗拔锚杆。? （2）增加高层建筑内部耗能结构的设计，如利用耗能构件对剪力墙、楼板等非承重构件进行耗能设计，以减少风能对建筑物的影响。? （3）在设计中要控制水平力对建筑的影响程度，同时施工时采用高性能混凝土，进一步减少结构内力的出现。这主要是考虑到高层建筑在风力作用下极产生结构内力，在其与风力叠加时形成更大的水平作用力，对建筑造成很大的安全隐患。? （4）认真验算高层建筑结构的承载力以及抗风力，设定一个标准，并在此基础上制定一个放大系数，进一步保证高层结构的抗风性能。? 3.2制定合理科学抗震结构设计方案。 对于高层建筑抗震结构的设计，如今仍存在较多的问题以及难点，笔者经走访相关建筑工地以及企业发现，要最大程度上做好高层建筑抗震结构的设计，需要做到以下几点。? （1）为了提高结构的连续性以及稳定性，在设计中应该合理布置抗测力构件。在设计时，通过改变抗侧力构件的位置，形成水平方向上的应力分布系统，同时加强竖直方向上的测力结构性能，形成一套应力分布体系，保证能够有效地降低建筑由于水平方向的对称在地震中的破坏程度。? （2）通过高性能剪力墙的设计，通过适当增加墙体和楼板的刚度来控制建筑的位移，达到抗震的目的。因为根据研究显示设计高性能剪力墙可大大提高剪力墙在地震过程中吸收建筑内力的能力。? （3）在地震过程中，高层建筑的地基很容易遭受毁坏，因此，在抗震结构的设计中，可通过增加桩基埋深（基础施工中），增加桩基和上部结构的联动性，以增加基础的抗震能力。? （4）高层结构构件的简化以及一体化对于加强整体结构的连续性和刚度，增强建筑的抗震能力起到一定的作用。在设计中，可以通过对扶壁、筒口、筒脚的简单化处理，达到相应建筑物的对称。? 3.3制定合理科学防火结构设计方案。 在高层建筑的防火结构设计中，首先应加强防火结构间的距离控制，要符合当地地形条件，在此基础上，可以进行一定程度的加大处理。使用材料时，尽量增加使用耐火材料，减少使用易燃材料，达到防火的目的。另外，在疏散系统上，由于高层建筑的疏散是呈垂直状态的，不利于人员的疏通，在设计中增设双通道，防烟区、或耐火区、避难层等设施，可大大增强建筑的防火能力。同时，可以在高层结构的设计中设置隔离结构，以防止火势的蔓延，提高建筑整体的消防能力。? 3.4合理布局平面格局。 在高层建筑的设计中，三心并未合一直接导致建筑物质量分布不均，并由此产生扭转问题。所以，在高层建筑的设计中，尽量不采用L、T、十字形等复杂的平面形式，应更多采用相对规则的正方形、圆形等较为简单，分布均衡的规则图形。在面对特色的环境要求或者某些特定的情况，应严格根据相关规范进行设计，同时，要尽可能地保持结构的对称性。 4.结束语 建筑结构的设计是一个全面、系统而且复杂的过程，对于设计师而言，是一项充满挑战的工作。作为高层建筑的设计人员，应根据具体情况作出具体分析，运用已经掌握的专业知识灵活处理实际建筑设计中遇到的各种难题。 参考文献 1徐培福，王翠坤，肖从真.中国高