高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的問題與對策分析

施敏 劉延杰

摘要：當(dāng)前我國城市化發(fā)展進(jìn)程越來越快，通過建設(shè)高層建筑有利于提升土地資源利用率，同時還能對建設(shè)形式起到優(yōu)化作用，在正式開展高層建筑施工作業(yè)前，需要對整個建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，從多個角度分析當(dāng)前該建筑的受力形式，以此為基礎(chǔ)保證建筑在未來使用中的載體穩(wěn)定性，保證建筑的使用安全性。

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

引言

結(jié)構(gòu)設(shè)計工作在高層建筑工程中尤為重要，為了盡可能提升高層建筑的穩(wěn)定性、安全性以及抗震性能，就需要做好結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，需要保障設(shè)計方案的優(yōu)良、計算簡圖和分析計算結(jié)果的合理性，并且在設(shè)計的過程中，需要將整個建筑工程的施工環(huán)節(jié)都考慮進(jìn)去，方能保障整個建筑工程的施工質(zhì)量以及施工效率。

1當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題

1.1結(jié)構(gòu)體系問題

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，需要考慮到結(jié)構(gòu)體系的合理性，確保高層建筑的結(jié)構(gòu)體系能夠滿足建筑工程的實(shí)際需求，并將結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性考慮進(jìn)去，如若選擇的結(jié)構(gòu)體系并不合理，就會直接影響到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降。比如在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系設(shè)計工作中，設(shè)計人員就需要充分結(jié)合工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并根據(jù)建筑所在的地區(qū)抗震設(shè)防等級的具體情況來選擇適宜的結(jié)構(gòu)體系。設(shè)計人員在選擇結(jié)構(gòu)體系時，如若不考慮結(jié)構(gòu)的合理性，就會直接影響到高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及安全性。特別是在決定鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)體系時，如若不能科學(xué)制定設(shè)計指標(biāo)，就會直接影響整個建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能，并在后續(xù)的施工以及使用過程中產(chǎn)生各種安全以及質(zhì)量問題。

1.2地基與基礎(chǔ)設(shè)計問題

在高層建筑工程中，地基與基礎(chǔ)施工較為重要，其將會直接影響整個建筑的穩(wěn)定性以及施工質(zhì)量。如若不能做好高層建筑工程地基與基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的施工，就會導(dǎo)致建筑物發(fā)生不均勻沉降、建筑物整體傾斜等問題。在設(shè)計階段，就需要考慮這些問題，選擇合理的地基與基礎(chǔ)類型。在地基基礎(chǔ)設(shè)計不合理時，當(dāng)?shù)鼗泵嫫缕露容^大的時候，就會對地基混凝土施工時振搗質(zhì)量造成一定程度的影響，難以保障地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量，從而對整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成消極影響。在設(shè)計工作中，如若地下室底板配筋的設(shè)計不合理，就會導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到影響，導(dǎo)致高層建筑出現(xiàn)不均勻沉降等問題。另外，在實(shí)際的設(shè)計工作中，設(shè)計人員往往會忽略掉地下水對地基基礎(chǔ)造成的影響，從而嚴(yán)重影響了高層建筑工程后續(xù)施工的施工質(zhì)量以及地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性與耐久性。

2高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

2.1基于建筑功能的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，根據(jù)當(dāng)前工程項(xiàng)目的建設(shè)意圖以及建設(shè)方要求進(jìn)行細(xì)節(jié)部分的建筑功能和結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化，首先對延性設(shè)計環(huán)節(jié)給予一定重視，以此來將當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)的延性參數(shù)、指標(biāo)等體現(xiàn)出來，基于延性冗余來進(jìn)一步強(qiáng)化該建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和功能;其次還要重視對高層建筑結(jié)構(gòu)整體水平力，這部分也是結(jié)構(gòu)功能優(yōu)化的關(guān)鍵所在，將原本單一方向的荷載分解為高層建筑結(jié)構(gòu)整體的受力，這樣做的目的在于保證整個建筑結(jié)構(gòu)水平方向的連續(xù)性。通過以上措施，來進(jìn)一步強(qiáng)化整個建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，以此更好地促使建筑適應(yīng)其在未來使用中產(chǎn)生的各種影響。

2.2基于建筑荷載的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

高層建筑結(jié)構(gòu)選型還需要對建筑地下室部分給予高度重視，基于建筑安全性以及施工功能，將消防車、人防等一些荷載因素考慮其中，以此開展地下室結(jié)構(gòu)的平面布置。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，基于常規(guī)性尺寸為8.5m×8.5m的柱網(wǎng)，若荷載越大，其所需要的板結(jié)構(gòu)就會越大。在進(jìn)行該部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，從安全性、美觀性以及經(jīng)濟(jì)性等角度對其進(jìn)行綜合分析，以此保證最終高層建筑工程的最大化經(jīng)濟(jì)效益。

2.3生態(tài)能源設(shè)計

普通高層建筑具有能耗高特點(diǎn)，大大降低了使用的舒適性和便利性，尤其是巨大的能耗對施工現(xiàn)場產(chǎn)生了不利影響。在高層建筑設(shè)計中使用生態(tài)概念，不僅反映了科學(xué)合理的空間利用率，而且使能耗保持在較低水平。尤其是，基于生態(tài)循環(huán)概念的生態(tài)循環(huán)功能可實(shí)現(xiàn)整體建筑思維。以高層建筑的生態(tài)設(shè)計為目標(biāo)，主要遵循自然能源應(yīng)用、有機(jī)廢物處理、綜合回收和持續(xù)回收的基本原則，最大化高層建筑的生態(tài)概念。積極整合環(huán)境保護(hù)理念，減少消耗和對自然資源的依賴，實(shí)現(xiàn)自然節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的目標(biāo)。例如，充分開發(fā)和利用光能和風(fēng)能發(fā)電，將地?zé)嵯到y(tǒng)用于集中供熱，將水處理和收集設(shè)備用于循環(huán)水處理，隔音、隔熱、防火和其他綠色建筑材料的使用建立完整的生態(tài)鏈建筑物可以最大限度地構(gòu)建科學(xué)，可持續(xù)的生態(tài)建筑體系，并促進(jìn)環(huán)境和節(jié)能。

2.4建筑高度的優(yōu)化設(shè)計

城市建筑除了滿足人們的基礎(chǔ)生活需求外，還承擔(dān)著美化城市建筑景觀的作用。借助合理的設(shè)計手段，對高層建筑相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以達(dá)到提高城市服務(wù)形象的目的。在具體設(shè)計過程中，規(guī)劃人員需要對區(qū)域環(huán)境情況進(jìn)行科學(xué)的勘察，內(nèi)容包括街道寬度、街道布局、周圍建筑群數(shù)量等，合理控制建筑群高度，同時結(jié)合區(qū)域建筑結(jié)構(gòu)的具體情況，對街道分布情況進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，從而提升街道的通達(dá)性，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的有序發(fā)展。也需要對城市人文背景情況進(jìn)行科學(xué)性考量，明確具體分區(qū)布局，如結(jié)合城市規(guī)劃內(nèi)容將建設(shè)區(qū)域劃分為高層嚴(yán)控區(qū)（非必要情況，不允許再有高層建筑設(shè)計）、可適度發(fā)展高層建筑區(qū)域和鼓勵發(fā)展高層建筑區(qū)域。這也是制定發(fā)展規(guī)劃策略的基礎(chǔ)條件。

2.5空調(diào)板的設(shè)計

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的逐步增長以及人們對空間的舒適度的需求越來越高，單純靠建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)本身的熱工性能已不足以滿足人類的需求，所以，空調(diào)等一些制冷設(shè)備已成為每家每戶的必須產(chǎn)品，但大部分住宅沒有專門放置空調(diào)機(jī)的構(gòu)件，因此，人類只是簡單地把空調(diào)機(jī)放于建筑外部的簡單鋼架上，這種方法是簡單方便安裝的，但導(dǎo)致了建筑外墻的雜亂，并且會因?yàn)榭照{(diào)外機(jī)的滴水造成一些鄰里問題，所以，最新的高層住宅都設(shè)置一些放置空調(diào)外機(jī)的功能構(gòu)件，一般將其放于陽臺附近，還設(shè)置圍欄構(gòu)件加強(qiáng)了其立面的韻律感，使其產(chǎn)生了一定的虛實(shí)變化，空調(diào)板設(shè)計考慮的重要因素就是其安裝的位置，需要考慮其平面的合理性，又要考慮到其立面的韻律感。還需要考慮空調(diào)外機(jī)的最大尺寸，空調(diào)外機(jī)的散熱位置，應(yīng)避免兩臺機(jī)器對吹，設(shè)計時應(yīng)預(yù)留好排水管的孔洞，以便于后期的安裝。

2.6建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)

高層建筑設(shè)計服務(wù)于城市規(guī)劃設(shè)計，在對高層建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計時，需要將城市規(guī)劃作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)之一，以此來提高設(shè)計方案的可靠性。高層建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分布復(fù)雜程度較高，且結(jié)構(gòu)間也具備較高的關(guān)聯(lián)性。在對建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計時，需要對建筑結(jié)構(gòu)的長度、材料類型、主體結(jié)構(gòu)寬度等內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)分析，并結(jié)合建筑區(qū)域所在范圍內(nèi)的街道布局情況來進(jìn)行內(nèi)容優(yōu)化，提升城市結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性。

結(jié)束語

綜上所述，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作較為繁雜，涉及的方面較多，除了在設(shè)計工作中需要考慮到建筑工程施工的可行性以及施工質(zhì)量意外，還要盡可能的提高施工質(zhì)量，降低施工成本，以此促進(jìn)施工行業(yè)的健康發(fā)展。

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