分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題及優(yōu)化策略

劉清華

摘要：在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，城鎮(zhèn)化的速度逐漸加快，并且城市的規(guī)模日益擴(kuò)大，在城市橫向擴(kuò)充的同時(shí)，城市的縱向發(fā)展的也逐漸興起，其中高層建筑的占比不斷擴(kuò)大，但是隨著高層建筑結(jié)構(gòu)的大規(guī)模興起，高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題也日益突出，比如，消防、抗震、防風(fēng)等方面，針對這些高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問題，文章提出了相應(yīng)的優(yōu)化策略，以提高高層建筑的使用壽命。

關(guān)鍵詞：高層建筑；常見問題；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化策略

前言

高層建筑設(shè)計(jì)具有一定的專業(yè)性，需要根據(jù)高層建筑的不同，從科學(xué)的角度出發(fā)，對建筑結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析研究，提出科學(xué)的切實(shí)可行的解決措施對其進(jìn)行有效防治，可有效保證工程質(zhì)量、生命健康以及財(cái)產(chǎn)安全。

1高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)中常見問題

1.1關(guān)于消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

在建設(shè)高層建筑設(shè)施時(shí)，與一般的底層設(shè)施有很大不同，尤其在設(shè)計(jì)選取材料方面，更要考慮多個(gè)因素的影響，首先考慮的是材料的防火性能，由于高層建筑的承載力有限，適宜選用比較輕便的材料，減少高層建筑本身的壓力，提高高層建筑的利用效能，并且在高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)具有繁復(fù)性的特點(diǎn)，根據(jù)高層建筑功能不同，選用不同的建筑材料，而且這些材料的可燃性程度非常高，材料使用、搭配不當(dāng)，就會(huì)增加高層建筑火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于高層建筑特殊性，比如高層的氣流比較強(qiáng)，風(fēng)力比較大，一旦出現(xiàn)火災(zāi)險(xiǎn)情，很容易擴(kuò)大災(zāi)情，因此在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，要特別注意材料的搭配和選用。除此之外，高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，對于越高的高層建筑，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，更應(yīng)該重視火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)情況，以防止火災(zāi)發(fā)生為主要目的，以火災(zāi)發(fā)生時(shí)，有利于疏散為次要目的，同時(shí)重視高層建筑的排煙設(shè)計(jì)，利用高層氣流流動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，順利將煙氣排出，降低火災(zāi)險(xiǎn)情發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2關(guān)于抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

高層建筑設(shè)計(jì)不僅要對火災(zāi)有足夠多的考慮，而且還要對可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害有清醒的認(rèn)識(shí)，比如預(yù)防地震災(zāi)害的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這一設(shè)計(jì)問題，是高層建筑設(shè)計(jì)中考慮最多的因素，也是在現(xiàn)實(shí)中難以實(shí)施的建筑設(shè)計(jì)問題，這主要是高層建筑本身的不穩(wěn)定性造成的，同時(shí)也是由于高層建筑設(shè)計(jì)人員無法根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)條件，準(zhǔn)確地預(yù)測出地震災(zāi)害的破壞程度造成的，因此，重視高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)的抗震問題，十分有必要，具體就是根據(jù)地震發(fā)生的原理進(jìn)行有效的研究分析，再根據(jù)研究分析的數(shù)據(jù)結(jié)果，進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)抗震性能的同時(shí)，要遵循抗震設(shè)計(jì)的有效性原則、靈活性原則，并且因地制宜地進(jìn)行總體規(guī)劃，以確保建筑結(jié)構(gòu)的持久耐用性，進(jìn)而保證所設(shè)計(jì)高層建筑的安全性。

1.3關(guān)于抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

在高層建筑設(shè)計(jì)中，另一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的方面是關(guān)于抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題，高層建筑設(shè)計(jì)的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)是必須要考慮到的重要問題，高層建筑結(jié)構(gòu)最明顯的特點(diǎn)是樓層比較高，距離地面比較遠(yuǎn)，上層空氣氣流流動(dòng)性強(qiáng)，而對于高層建筑的安全性有一定的危害作用，高層建筑本身會(huì)對高層風(fēng)力起到一定的干擾阻礙作用，風(fēng)力的壓力會(huì)因此驟然加大，威脅高層建筑的穩(wěn)定性，嚴(yán)重的可能會(huì)破壞高層建筑的主體結(jié)構(gòu)，比如，墻體出來裂紋，裝飾外墻面毀損等情況出現(xiàn)。

2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略

2.1優(yōu)化消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

高層建筑在保證履行其特定功能的同時(shí)，還要兼顧高層建筑使用的安全性能，這就是所謂的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略，該策略的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是根據(jù)以往的消防經(jīng)驗(yàn)，以預(yù)防災(zāi)害為主，加強(qiáng)對于災(zāi)害的應(yīng)急應(yīng)對能力，對消防結(jié)構(gòu)形成一定的防護(hù)安全預(yù)防措施體系，主要有以下幾方面的內(nèi)容，首先是設(shè)計(jì)時(shí)考慮合適的防火間距，該間距既要符合相關(guān)法律法規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)要求，又要兼顧高層建筑的實(shí)際情況，體現(xiàn)具體問題具體分析的原則。其次要對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出合理的安全疏散渠道，這是災(zāi)害進(jìn)行階段的安全預(yù)防措施，根據(jù)最短時(shí)間內(nèi)，最快疏散人員的原則，垂直設(shè)計(jì)高層建筑的疏散通道，此外，對于疏散渠道應(yīng)當(dāng)多樣化，不能只有一條，萬一出現(xiàn)疏散通道堵塞的情況，將會(huì)堵塞高層人員的逃生之路，預(yù)備多條疏散通道，增加高層建筑人員的生存的幾率，還有最關(guān)鍵的就是高層建筑火災(zāi)的防煙區(qū)設(shè)置，要根據(jù)需要設(shè)定一定的場所，供逃生人員臨時(shí)避難使用。

2.2優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

高層建筑設(shè)計(jì)策略中，抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)不容忽視的問題，高層建筑設(shè)計(jì)具有不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，決定了在滿足功能性的同時(shí)，注重安全的設(shè)計(jì)理念，表現(xiàn)在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要是四個(gè)方面：首先是高層建筑建設(shè)地點(diǎn)的選取，盡量避開特別活躍的地震帶，減少地震發(fā)生的頻率為主要，實(shí)在避不開，也要考慮地基沉降對高層建筑安全性的危害。其次要對高層建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化設(shè)置，合理搭配不同構(gòu)件的位置，使相互之間的受力均衡，既可以發(fā)揮構(gòu)件的功能性作用，又要減少地質(zhì)災(zāi)害對高層建筑安全性的危害。再其次是對高層建筑剪力墻的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)當(dāng)以提高承重結(jié)構(gòu)的抗測力為根本需要，在滿足建筑結(jié)構(gòu)的耗能力量和承載力的基礎(chǔ)上，對于高層建筑的穩(wěn)固性進(jìn)行加強(qiáng)，防止高層建筑構(gòu)件出現(xiàn)位移現(xiàn)象，避免高層建筑的質(zhì)量弊端。最后是高層簡體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略問題，在簡體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的上，主要是保持結(jié)構(gòu)的完整性，對簡體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部進(jìn)行加固，在保持結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的同時(shí)，減少厚度增大高層建筑結(jié)構(gòu)的承載力。

2.3優(yōu)化抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略對于高層建筑設(shè)計(jì)的重要性來說是毋庸置疑的。良好的抗風(fēng)性能對于整個(gè)高層建筑工程具有不可估量的影響，其優(yōu)化設(shè)計(jì)策略的目的是保證建筑物的穩(wěn)定性，提高抗風(fēng)承載力，主要通過四個(gè)步驟進(jìn)行優(yōu)化抗風(fēng)設(shè)計(jì)，第一步是高層建筑基層的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，在這一部步中，最為關(guān)鍵的是建筑結(jié)構(gòu)材料的選擇，提高建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)填充密度，主要是出于穩(wěn)固基層，防止左右傾覆的目的，在底部的基層結(jié)構(gòu)中，使用抗拔錨桿，可以充分發(fā)揮地基的穩(wěn)定性能，提高高層建筑的防風(fēng)力量。第二步是風(fēng)力減振系統(tǒng)的優(yōu)化，對于風(fēng)力減振系統(tǒng)，高層建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用最為廣泛，應(yīng)用過程中，一方面可以減少風(fēng)力對建筑物的沖擊振動(dòng)作用，另一方面可以通過減振功能，保持高層建筑的穩(wěn)定性，優(yōu)化之后的減振系統(tǒng)可以更好的提高減振系統(tǒng)的減振作用。第三步是解決設(shè)計(jì)中水平力與風(fēng)荷載力問題。由于風(fēng)荷載力對高層建筑的沖擊作用，高層建筑內(nèi)部的構(gòu)件由此會(huì)受到一定的壓力作用，一般情況下，風(fēng)荷載力會(huì)小于高層建筑的承受能力，但是一旦超過高層建筑的承受范圍，風(fēng)荷載力還會(huì)和水平力發(fā)生疊加作用，加大建筑物的破壞作用，因此，在這一步驟中，解決水平力和風(fēng)荷載力的疊加問題，主要是采取加固高層建筑的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性作用，比如，使用高強(qiáng)度的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)構(gòu)件中力量的平衡，防止水平力與風(fēng)荷載力對建筑的損害。第四步，根據(jù)高層建筑物的功能作用，提高高層建筑的剛性和建筑物的承載力，詳細(xì)準(zhǔn)確的計(jì)算出高層建筑工程所在地的風(fēng)荷載力數(shù)據(jù)，并同時(shí)根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)，嚴(yán)格進(jìn)行抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3結(jié)束語

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常見的設(shè)計(jì)問題大致有三種，即消防、抗震、抗風(fēng)等，在進(jìn)行三種問題進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮三方面的因素，完善三方面的優(yōu)化策略，以保證高層建筑物的持久性和安全性，同時(shí)減少投資風(fēng)險(xiǎn)，增加高層建筑的價(jià)值，使更多人從高層建筑中獲益。