淺析高層建筑結構的優化設計及其施工

麻 麗

沈陽科遠國網電力工程勘察設計有限公司

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淺析高層建筑結構的優化設計及其施工

麻 麗

沈陽科遠國網電力工程勘察設計有限公司

摘 要：城市化建設的加快，使得高層建筑日益增多，并且造型豐富多樣、獨特新穎。因此在高層建筑工程中應該優化其結構設計，使用先進的施工技術與機械設備，以便能夠在降低工程成本的同時還可以做到提高工程質量，縮短工期。基于此，本文對高層建筑結構的優化設計及其施工進行了探討分析。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；問題；優化；施工

一、房屋建筑結構設計中存在的問題

1、抗震設計不符合標準的問題

近年來我國在房屋建筑領域頒布了很多政策，其中《建筑抗震設計規范》對我國房屋建筑抗震度進行了明確的規定，即在小型地震中房屋建筑物不損壞、中型地震中可以對房屋建筑物進行修復，大型地震中保證房屋建筑物不會倒坍。但是現階段我國房屋建筑工程的抗震性還無法滿足抗震標準，這在很大程度上影響了我國房屋建筑工程的快速發展。一些房屋建筑工程項目中的結構設計人員，在設計過程中沒有重視房屋建筑物的抗震性，導致房屋建筑工程項目建設的抗震度不符合相關規定中的標準，對人民群眾的生命財產安全構成嚴重的威脅。

2、環境因素的問題

工程結構設計在考慮結構穩定性和安全性基礎上，還需要全面考慮外部環境因素，包括空氣濕度、溫度和土質結構等，但就現狀來講，環境因素往往會被忽略，而這些因素對結構構件會產生重大的負面影響。不僅無法強化工程結構的穩定性和安全性，而且也會對工程結構帶來巨大隱患。

二、高層建筑結構的設計及其優化

1、結構體系的選擇

就高層建筑來說，工程結構設計應注意以下幾點。（1）選擇結構體系必須合理可靠。在高層建筑中，結構力求簡單，具有可操作性，避免在相對偏置的地方設置電梯間，應力部位要分散、對稱，堅決避免應力集中發生扭轉。（2）房屋建筑的比例要合理，長度、寬度、高度要嚴格滿足規范要求。

2、結構分析計算

如果沒有準確、高效的對工程進行內力分析和規范設計就算擁有再好的材料也無濟于事。工程師在這一階段要全方面考慮可能出現的問題，整體的計算往往采用軟件進行選擇，但是各種計算軟件在計算模式中存在差異，導致結果各有不同。這就要求工程師結合實際情況進行縝密的思考，在各種計算結果中尋找一個最精確的并且具有可操作性的。此外高層建筑的防震與減震效果更是被社會廣為關注。在工程設計中地震力是否會放大、震型數目是否足夠都必須在計算結果中給予判斷，排除一切不安全隱患。在遇到房屋建筑美觀與結構沖突的情況下必須嚴格按照高層建筑實際情況來處理，排除裝飾結構對整體地震，風荷的影響。框架結構填充墻逆作法是一個大膽的創新，相對傳統的框架結構設計僅能起到分隔空間與隔熱作用。采用先砌墻都做框架能保障框架的內力分布更加合理，承受力、內力得以緩解，提高結構抗變以及延性。

3、樁基的設計

樁基與基礎設計是房屋建筑的重中之重，工程師在此方面必須特別對待，它不僅僅影響著后期施工也關系著工程的整體造價與安全。樁基的設計必須考慮周圍環境與土質，它承載著整棟大廈的應力，防止局部沉降，同時還要考慮房屋建筑物稍微的形變。樁基逆作法是一大創新，它顛覆傳統方法先做承臺和底板的基礎，在施工一定的基礎結構后在壓樁產生固結壓密效應以提高承受力。

4、房屋建筑結構設計的優化

目前的房屋結構設計優化還存在很多的缺陷，其中在優化過程中，只重視房屋建筑尺寸的優化，在給予指定材料等房屋建筑方面的要求后，優化只在房屋建筑的表面進行，完全忽略了整體設計的優化。而這種僅僅滿足尺寸方面的優化對于整個房屋建筑來說沒有任何意義。很多設計人員表明，房屋建筑結構的優化需要的是合理的方案和布局，其中，表面的尺寸完全可以依靠計算機計算精密的數據，在實際的構建中符合數據就可以滿足了。而且還有另一個關鍵的缺陷，就是在目前的房屋建筑結構中，它的目標還不能滿足房屋建筑結構優化的需要。在設計優化的時候計算出來的結果只是一種理想主義數據，實際在實際的情況中，由于限制因素和變量效果等的影響，很難將這些數據應用到實際的房屋建筑結構優化中。很多時候，房屋建筑的設計方案和布局結構還是很不錯的，但是就因為計算方面的不足，導致沒有達到理想中的房屋建筑結構目標。

三、高層建筑結構施工的分析

1、混凝土施工

對于大多數高層建筑的轉換層的轉換板，具有體積、厚度都很大的特點，這就導致施工條件復雜而且技術要求相對較高。不僅要求普通混凝土的剛度、耐久性、強度等，還要嚴格控制溫度應力、溫差的影響。所以要保證多方面因素相對穩定結合，確保混凝土質量。在房屋建筑工程中普通混凝土的抗拉強度較低，是脆性材料并且抗裂性能也不符合標準，這就影響了房屋建筑物的使用年限、存在安全隱患。因此，人們從逆向思維進行思考在鋼筋的初步安裝時不受應力改為受應力狀態，這樣解決了結構延展性、耐久性和混凝土的矛盾，使之成為彈性材料。在澆筑時還必須讓每層整體連續性做到最好，從轉換板的中心部位向兩側同時進行，對稱澆筑可以使得下部轉換板受力均勻，防止應力扭偏。在澆筑結束后需要靜待一到兩小時，等混凝土表面泌水滲出后要及時排水。

2、鋼筋工程的施工

在高層建筑鋼筋轉換層工程中，轉換板的含鋼量很大，往往需要很長的主筋密密麻麻的布置在其中。在梁與柱的節點區域鋼筋分布更為集中，正確合理的連接和下料成為關鍵一步。必須考慮好節點之間鋼筋穿插和避讓的關系，正常情況下節點主筋接頭都采用閃光對焊，兩節彎頭對接，冷擠壓套筒等方法連接。鋼筋的穩固性能也非常重要，施工時盡量保證鋼筋骨架穩固操作簡便，制作的尺寸和綁扎的順序合理，也可以使用永久骨架。當今社會出現的高強鋼索使得斜拉結構和懸掛結構擁有更大的可用空間，被廣泛應用于轉換層中。

3、裂縫控制與施工

導致混凝土的裂縫的原因很多很多，特別是大體積的混凝土澆筑。這個問題不容忽視，如果不能采取有效措施，其后果不容設想。現在的大體積混凝土澆筑都采用標號很高的混凝土，這種混凝土添加多種化學試劑，成分多種多樣，也導致施工程序復雜，如果任何一個環節出現問題都會導致裂層的出現。要想避免或者減少斷裂、裂縫的出現，就必須對高標號的混凝土做好溫度保護。普遍的做法有兩種。一種是在春秋時期，為了保證混凝土的內外溫差，減緩收縮還有散熱時長，讓混凝土在后期緩慢降溫過程中得到充分的強度來抵抗變形和溫度作用力。防止內外溫差過大，做到緩慢收縮，循序漸進的發揮材料應變力，減少裂縫的出現。還要在混凝土表面增加保濕材料；另一種是在寒冷的冬天，氣溫較低，為了保證混凝土硬化正常不被寒潮天氣氣溫突降而凍裂，在混凝土表面要采取相應的措施。保溫濕控法被廣泛的認可，它主要是在混凝土表面鋪一到兩層草墊，有時也可以鋪塑料薄膜以保障表面與外界溫差達到最小，保持濕度，與此同時也可以減少散熱以保持強度的潛力和抗拉效果。

結束語

在我國相關規定中，層數超過十層或者高度超過28m就定義為高層建筑。隨著經濟的快速發展，高層建筑逐漸成為潮流。為了更好適應日趨復雜和多元化的高層建筑，深入地研究探討結構設計與施工技術具有十分重要的意義。

參考文獻：

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［2］朱利.小議建筑結構與電氣設計施工的協調處理［J］.建筑設計管理.2013（4）

［3］吳利軍.談建筑電氣與建筑結構在設計施工中的協調［J］.大觀周刊.2012（10）