高层建筑结构设计存在的问题

【摘 要】随着我国经济的发展,人口数量的增加,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.随着高层建筑结构体系的多样化发展,高层建筑的结构设计中存在的一些问题,直接影响了高层建筑的质量.本文主要通过对高层建筑结构的设计特点进行研究,分析了高层建筑结构设计存在的问题,并提出解决对策.

【关 键 词】高层建筑；结构设计；设计特点；设计原则

一、高层建筑结构设计的概述

高层建筑结构设计主要是以钢与钢筋混凝土作为基本材料.钢筋混凝土具有造价低、来源丰富和形状多样等特点,能有效的节省钢材.钢筋混凝土结构在耐久性、耐火性与承载能力方面有着明显的优势.使用钢材作为基本材料,具有强度大韧性大和易于加工等特点.高层建筑使用钢结构与钢筋混凝土结构相比,具有断面小、自重轻和抗震性能良好等优势.尤其钢结构的构件可以在工厂加工完成后运到施工现场使用,将工期大大缩短.使用钢材作为高层建筑的材料也有很大的缺点,用钢量过大,使工程造价提高,并且钢结构并不具备良好的耐火性,需要额外增加大量的防火涂料,这就使工程的施工周期与工程造价增加.

二、高层建筑结构设计的特点

1.框架结构

早期的高层建筑普遍使用框架结构,梁和柱以铰接或者钢接连的方式进行结构的搭建,框架结构的建筑空间有很高的灵活性,但是,由于梁柱截面积小,不具有很高的抗震能力,所以,框架结构只能应用于抗震要求不高的小型建筑.

2.剪力墙结构

剪力墙结构是通过钢筋混凝土墙板实现水平和竖向力的承重.而剪力墙结构通用的形式是平面布置,一般情况下,使用双向或者多向的布置,可以有效承受水平荷载与竖向荷载这两方作用力.而钢筋混凝土墙板需要保持竖向设置的稳定性与整体性,所以,适合于较高建筑结构使用.剪力墙结构受力体系一定要满足间距要求,这就在很大程度上限制了建筑空间实现灵活性.

3.框剪结构

框剪结构是将框架结构与剪力墙结构进行组合使用的结构体系.以框架结构为主要结构,应用剪力墙结构为辅助结构,两种结构形式配合使用,既能互相补充,又能弥补各自的不足.克服框架结构缺乏较强抗震性和剪力墙结构缺乏灵活性的缺点,我国高层建筑普遍应用的结构形式就是框剪结构.

4.筒体结构

竖向筒体承受水平和竖向的荷载,这种结构就是筒体结构.筒体结构是从框架结构与剪力墙结构发展起来的,筒体结构具有封闭性,可以使受力能力大大提高,实现高层建筑高度的增加.

5.组合结构

我国高层建筑高度不断在增加,要实现高层建筑各种功能,使建筑结构体系进一步完善,将各种建筑结构体系进行各种组合,形成了组合结构的体系,可以使我国高层建筑得到更大的发展.

三、高层建筑结构设计存在的问题分析及对策

1.箱、筏基础底板出挑板的问题

挑板问题,在结构角度分析,可以调匀边跨的底板钢筋,可以节约由于边跨钢筋产生的底板通长筋的加大,出桃板还可以降低基底的附加应力.天然地基与人工地基坎上的基础形式,可以在天然地基上增加挑板,实现整体的沉降得到有效的控制,如果荷载偏心,可以在某些特定的部位增加挑板,使沉降差与整体倾斜都得到有效的调整.

一般不在窗井位置设置长挑板,而是挑板上砌墙,而且此次板不按挑板进行计算.如果数层地下室的窗井具有很密的横隔墙,而横隔墙又能够和内部的墙体进行连通,就要重新考虑挑板的设置和计算问题.如果地下水位高出基础挑板,是可以有效解决一些抗浮的问题,如果取消挑板,将更方便柔性的防水.

2.基坑开挖的问题

基坑开挖时,基坑旁土一般不会出现反弹,这是受摩擦角控制,坑中心基土容易发生反弹,可以使用人工做好基土的清理,约束力大时可以不计回弹.基底的附加应力如果对称,就要做好计算,约束力如果小时,就要对基底压力进行计算,箱基沉降时也要做好计算.

3.梁、板计算跨度的问题

一般的计算跨度,只适用常规的结构设计中,如果在宽扁梁的计算中就不适合.而梁板结构是通过梁中心线设置刚性支座,这就使梁失去真正的概念意义.扁梁结构的梁高并不大于板厚,计算时,要将长度计算到梁中心,确定梁中心弯矩与梁的厚度,确定梁边弯矩与板厚配筋.很多时候对柱子的认识归为超大截面梁,梁配筋要取柱边弯矩.出现削峰情况是正常的,没有削峰现象就是真正出现了问题.

4.回弹再压缩的问题

进行基坑开挖,摩擦角范围坑边的基底土不会出现反弹,是受到了约束,而基坑中心地基土出现反弹,回弹的基底土可以通过人工的方式进行清除.基础小就会使坑底受大的约束力,独立的基础可以忽略回弹的计算.

进行沉降计算时,可以通过基底的附加应力进行计算.基坑大不会受到太大的约束力,如：箱基,在计算沉降时,就可以按照基底的压力进行计算,而基坑边土的约束部分,可以按照安全储备,所以,计算沉降要远远高于实际的沉降.

5.抗震缝的问题

在高层建筑的结构设计中,要注意加大抗震缝的设计.如果只按照标准进行抗震缝的设计,真正发生地震时,抗震缝就会发生碰撞,所以要加大抗震缝的设计,可以更好的稳定效果.

6.增加附加筋的问题

一般情况下,对附加筋的认识只限于次梁截面范围内的主梁箍筋不能增加箍筋或者说箍筋发生短缺,可以在次梁的两侧进行修补,附加筋在一般情况下需要具备,不过并不是绝对需要具备.一般梁截面在一定范围内的荷载是根据具体的情况进行确定的.主梁与次梁的截面如果没有太大的差别,当次梁的荷载过大,就一定要增加附加筋.主梁过高,次梁截面过小,而且荷载过小的时候,可以不增加附加筋.如果主次梁的截面大,主次梁荷载不大,这时的主梁也可以不增加附加筋.

总之,主梁上次梁出现开梁,次梁受压的区顶直到主梁底,这个截面高度混凝土要增加箍筋才能完全承受次梁的剪力,而主梁则可以考虑不增加附加筋.当梁上的集中力所产生剪力于梁范围内表现相同时,满足抗剪力的情况下,集中力的位置就可以获得自然的满足.

很多时候,悬挑梁适合制成等截面,特点适合出挑的长度过短的情况下.而挑梁自重则占到总荷载十分小的比例,如果作为变截面则不能实现有效的减重.当变截面挑梁附加筋也各不相同,这就使施工的实际难度加大,使变截面梁挠度大于了等截面梁.而外露大挑梁则可以在某些情况下改成变截面,实现更好的结构设计.

四、结束语

综上所述,对我国高层建筑结构设计中存在的问题进行具体的分析,可以使高层建筑结构设计水平得到进一步的完善,使高层建筑结构设计的质量得到保证,进而影响整个高层建筑的施工质量及实际应用,对于我国建筑行业的稳定发展具有重大意义.

[6]黄新富.浅谈高层建筑结构设计的问题及对策研究[J].建筑遗产,2.13,8（12）：170～171.