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高层建筑结构设计的问题与解决对策

摘要:文章就高层结构设计进行分析,并探讨结构设计中存在的问题及解决对策。

关键词:高层建筑;设计;结构设计

高层建筑作为时代高速发展的产物,其需求量不断增大。为了满足人们对建筑的外观及功能性的需求,高层建筑结构的复杂程度和施工难度也在逐渐增大,如何在满足建设需求的同时,设计出科学性、合理性以及可行性较高的建筑,成为当前设计师重点关注的问题。下面就针对高层建筑结构设计的作用及原则进行简单的分析,并对其中存在的问题及对策进行探讨。

1高层建筑结构设计的作用

首先,满足高层建筑架构需要,随着建筑层数的不断增高,建筑结构设计就需要考虑达到一定高度后建筑的应用需求问题,考虑如何进行上层建筑结构的架构。结构设计工作前期是对建筑的需求,如材料、结构以及应用效果等方面对结构进行设计和研究,但在确保满足建筑整体结构的合理性和完整性的基础上,设计出符合高层建筑特点及功能性需求的结构。其次,满足高层建筑的安全性和稳定性需求。对于任何建筑来说,其稳定性和安全性是判定建筑是否合格的重要指标,随着建筑层高的不断提升,对安全性和稳定性的要求也随之提高。若建筑结构设计方案具备科学性、合理性,则建筑的安全性和稳定性就有了保障[1]。最后,满足建筑的应用性能。建筑结构设计应从用户角度出发,丰富建筑的实用性和功能性,使得用户能高效运用室内空间。合理科学的结构设计能够影响其结构空间的应用性能,因此,在设计时应着重注意。

2高层建筑结构设计的原则

2.1合理的简图设计。在高层建筑结构设计中,简图设计尤为重要,对其要求也比较高。简图设计需要精确的数据作为支持,若数据不准确,将会导致设计出现偏差,不合理。因此,在设计前需要对项目场地进行细致的勘察,确保数据的精确性,提高简图设计合理性的同时,也为后续施工提供了良好的数据支持和依据。2.2合理的基础结构设计。基础结构设计是高层建筑施工的重要依据,其对建筑结构的稳定性和安全性有着十分重要的作用。在设计前,不仅需要对周边环境、地质条件、水文情况等进行勘探分析,还需要对周边的建筑影响因素进行总结,然后选择出最为合理的、可行性较高的设计方案。

3高层建筑结构设计中存在的问题及解决对策

高层建筑结构设计仍存在诸多问题亟待解决,笔者只选定了其中较为重要的三点进行分析,其他不再一一赘述。3.1存在的问题。3.1.1超高问题。高层建筑从本质上说,是为了节约建筑用地,将建筑空间得到最大限度的开发。我国现行建筑规范规定,超过10层且高度>27m的建筑极为高层建筑,>100m则为超高层建筑,高层设计和差高层设计之间的结构设计具有较大的差别,如果高层建筑超过规范规定的线稿,就必须要按照超高层建筑标准进行结构设计。在高层建筑设计中,超高是一种较为常见的现象,主要是由于业主方过度重视经济利润,对相关制度的了解不够,导致超高问题发生,甚至有些单位在明知建筑超高,还按照高层建筑结构规范对其进行设计,以降低建筑成本,获取更高利润。这种情况下,超高建筑结构的整体性、稳定性以承重情况均会发生变化,超高后不仅影响建筑整体质量,同时还导致建筑的抗震性能以及抵御外界环境影响的能力下降,给人们的生命财产安全带来极大的安全隐患[2]。3.1.2沉降问题。高层建筑出现沉降,轻则建筑结构整体下沉,重则建筑倾斜倒塌。造成建筑物沉降的主要原因有:第一,地质条件引发的沉降。由于地质结构较为复杂,地基设计不合理,导致基础斜面坡度较大,影响地基解耦股稳定性,或是地基设计未能充分考虑地质和地下水情况,导致建筑出现不均匀沉降;第二,结构设计不合理,随着高度的增加,建筑自重不断增大,建筑物各部位受重不均导致不均匀沉降出现;第三,地下室设计时,未能合理配置底板筋,导致地下室结构承重能力下降,引发的不均匀沉降。3.1.3嵌固端设置问题。嵌固端的设置直接关系到建筑结构能否与上下层结构形成有机的整体,若设置不合理则会导致建筑结构的安全性下降,甚至引发安全事故。嵌固端问题具有以下几个方面:首先,嵌固端选择缺乏合理性。高层建筑的嵌固端通常设置在地下室或人防结构顶板上,本身就存在很大的安全问题。若地下结构的顶板出现问题,将会直接影响上层建筑整体结构的稳定性和安全性。其次,设计刚度的大小控制不足,这是由于嵌固端上下层的刚度比例不合理,或是设计刚度计算误差较大。最后,抗震设计不合理,导致抗震裂缝处理不当,引发结构安全问题。3.2解决对策。3.2.1优化高层建筑设计方案,避免超高问题出现。在对高层建筑进行结构设计之前,需要对施工现场及周边环境进行勘察,明确地下水分布、地质结构情况、风雪荷载等,为建筑结构设计提供可靠的数据支持,确保建筑结构符合工程要求及现场实际情况。设计时需要严格按照我国现行设计标准及规范对高层建筑结构进行设计,合理选择设计方案,并验证其科学性、合理性,在掌握各方数据的情况下对设计方案进行优化,避免出现与实际情况不相符的现象,尤其避免超高。因此,在具体的结构设计过程中,设计人员需要在建筑高度允许的情况下,精确相关设计参数,为高层建筑施工提供依据,保证施工质量[3]。3.2.2合理设计地基基础,避免沉降发生。地基基础设计过程中,设计人员需要全面掌握施工现场的地质、水文及地下水分布情况,通过对地基基础设计的优化,可以有效提升建筑结构安全性和稳定性。设计时通常采用天然地基、防水板与锚杆组合的形式进行,同时准确计算基础配筋量,增加基础结构的稳定性,避免因承载能力较差而导致建筑失稳。若高层建筑设有地下室,可以采用褥垫方式设置不同持力层,提升地下室结构的承载能力和强度,避免地下室顶板因持力不足而出现裂缝,影响地基基础结构的整体稳定性。同时,在设计阶段,设计人员还应对地下水水的分布情况进行监测,对地基基础做好防水排水设计,提高建筑结构稳定性。针对地质结构较为复杂的地区,设计人员应充分考虑地质构成,然后对地基基础进行加固设计,增加土壤结构的稳定性,确保地基基础能够承载整个建筑荷载。3.2.3科学设置嵌固端。选取嵌固端设置位置时,需要从有效埋深基础顶面及顶面两部分进行选取。嵌固端选取位置高于顶面时,需要保证嵌固端与埋深位置一致,并控制好与室外地面的高度差。嵌固端选取位置的先决条件,就是需要该部位具备较高的强度和承载能力,能有效避免柱塑性铰下移。高层建筑地下室嵌固端应设置在地下室顶板上,且顶板厚度≮16cm,且保证顶板具有较好的抗弯刚度,顶板设计不能留有孔洞,保证顶板结构的整体性。

4结束语

高层建筑结构设计直接关系到建筑工程质量和结构稳定性、安全性,因此,在设计过程中,设计人员需要遵循严谨、认真的态度,对高层建筑结构设计中可能存在的问题进行分析,并针对这些问题制定行之有效的预防措施和解决方案。在进行结构设计前,设计人员还需要深入到建设场地,对其周边环境和地质情况等进行细致的勘察,为结构设计工作提供可靠的数据支持,也为后续工程的施工给予正确的指导和规范。

参考文献

[1]林再添.某高层商业建筑改造结构设计[J].福建建材,2018(11):90-92.

[2]郝鑫佳.高层建筑结构设计存在的问题及对策[J].工程建设与设计,2018(10):4-5.

[3]王继慧.高层建筑结构设计问题及对策分析[J].住宅与房地产,2019(15):36.

作者:崔秀丽 单位:郑州工业应用技术学院

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