論高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討

王丹

【摘 要】隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和建筑功能的多樣化， 城市人口的不斷增多及建設(shè)用地的日趨緊張和城市規(guī)劃的需要，促使高層建筑得以快速發(fā)展。另一方面由于輕質(zhì)高強(qiáng)材料的開發(fā)及新的設(shè)計(jì)計(jì)算理論的發(fā)展， 抗風(fēng)和抗震理論的不斷完善， 加之新的施工技術(shù)和設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，特別是計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用以及結(jié)構(gòu)分析手段的不斷提高，為迅速發(fā)展高層建筑提供了必要的技術(shù)條件。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；解決方案

前言

隨著高層建筑進(jìn)一步的發(fā)展，為滿足高層建筑的形式，在大量高層建筑不斷興起的同時(shí)，人們更多的關(guān)注高層建筑與其相關(guān)的連鎖反映，建筑面積過度緊密對人的身心健康帶來了負(fù)面的影響，大量的高層拔地而起的現(xiàn)代，人們?nèi)鄙倭嘶ハ鄿贤?，減少了相互交流的過程，進(jìn)而產(chǎn)生了龐大的精神壓力。

一、高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1水平力存在的重要因素。在高層不斷的建設(shè)中，人們更多的重視起了水平壓力，水平力在高層建設(shè)中起著穩(wěn)定的作用。在低層的建筑中水平力往往被人們所忽視，由于層面較低簡單的施工設(shè)施就能避免出現(xiàn)問題，然而高層的建設(shè)中人們更多的關(guān)注水平壓力，水平力承載著高層自身存在的壓力與外界帶來的壓力，水平壓力不只是單一的載重能力，同時(shí)對人們的自身安全也起著重要的作用，人們需要生活在安逸、安全的生活中，生活環(huán)境的美化固然重要，但是最為重要的應(yīng)當(dāng)是生活的安全問題，在高層的建設(shè)中我們應(yīng)采用實(shí)用、節(jié)能、安全的設(shè)計(jì)，使用質(zhì)量合格的施工材質(zhì)，確保人們居住環(huán)境的安全性與環(huán)保性。

1.2抗震設(shè)計(jì)要求較高?，F(xiàn)如今對居住在高層的人們來講，不單單只注重生態(tài)環(huán)境，更多的也關(guān)心起了可能發(fā)生的事故，由于高層居住較高，人們往往會擔(dān)心地震時(shí)帶來的不便，那么在建筑高層時(shí)就應(yīng)當(dāng)提前預(yù)防地震的發(fā)生，我們不僅要建設(shè)穩(wěn)固結(jié)實(shí)的建筑，還應(yīng)當(dāng)在室外建設(shè)防震場所，對人們安心居住提供便利的條件，在高層建筑的內(nèi)部，應(yīng)該設(shè)計(jì)安全疏散通道，預(yù)防在突發(fā)緊急狀況時(shí)可能會發(fā)生的問題，地震有時(shí)會連帶的發(fā)生起火現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該設(shè)置防火通道，并告知相關(guān)人員使用方法，在抗震的要求上我們應(yīng)當(dāng)遵循小震不壞，中震可修，大震不倒的原則，對居民的居住安全起著重要的保證。

1.3高層建筑的重大工程。高層的建設(shè)需要的工期較長，建筑所需要的程序較多，相互之間需要默契的配合，在施工的過程中需要高效率的運(yùn)作，同時(shí)要具有高科技的設(shè)備，符合相關(guān)的施工管理規(guī)定。高層的修建有許多的重要環(huán)節(jié)，鋼筋建材的選用，施工人員的配備，室內(nèi)干凈整潔的裝修，線路管道的使用，都影響著居住生活的條件，在高層的建設(shè)前期需投入大量的設(shè)計(jì)工作，考慮到在居住過程中可能存在的問題以及解決的方案，在高層的建設(shè)中通常會出現(xiàn)許多工種同時(shí)進(jìn)行工作，需要緊密的配合，應(yīng)提供質(zhì)量合格的設(shè)備，在有序的前提下進(jìn)行高層的建設(shè)。由于高層的建設(shè)周期較長，工作量較大，因此對技術(shù)人員需要更高的需求，大體積混凝土的使用尤為重要，高層的建筑離不了混凝土的使用，應(yīng)當(dāng)選用產(chǎn)品質(zhì)量合格的正規(guī)生產(chǎn)廠家，并配備相關(guān)的設(shè)備，選用操作技術(shù)精準(zhǔn)的工作人員，確?；炷猎诮ㄔO(shè)中發(fā)揮應(yīng)有的效應(yīng)。

1.4高層建筑建設(shè)過程中存在的危險(xiǎn)。高層建筑由于樓層較高，在建筑時(shí)存在著高空作業(yè)的現(xiàn)象，現(xiàn)如今施工現(xiàn)場條件有限，經(jīng)常采取立體交叉工作，高空作業(yè)頻頻發(fā)生，需要有關(guān)部門做好各項(xiàng)應(yīng)急工作，確保安全施工，通訊信號的加強(qiáng)能對意外的產(chǎn)生起到至關(guān)重大的作用，防雷電、防觸電也是施工過程中必不可少的重要事項(xiàng)，在確保施工如期進(jìn)行的同時(shí)保證人員的安全非常重要，在施工過程中應(yīng)盡量避免人員事故的發(fā)生，對施工安全提供相應(yīng)的設(shè)施，確保高層順利安全的建設(shè)。

二.高層建筑中的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

2.1房屋結(jié)構(gòu)周期性折減系數(shù)

房屋框架結(jié)構(gòu)和頂蓋等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，因?yàn)樘畛鋲w的存在使結(jié)構(gòu)實(shí)際表現(xiàn)剛度大于設(shè)計(jì)計(jì)算剛度，計(jì)算周期也會大于實(shí)際周期，所以當(dāng)算出的結(jié)構(gòu)剪力偏小時(shí)，會使房屋的某些構(gòu)件不安全，而應(yīng)該對房屋結(jié)構(gòu)計(jì)算周期適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行折減，這樣能達(dá)到很好的效果，但是對于框架結(jié)構(gòu)的房屋，計(jì)算的周期不宜折減或折減系數(shù)取小。

2.2耐久性的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在之前大部分混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，很多沒有充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性，也就是保證高層建成之后，在合理使用期限內(nèi)，要能滿足用戶正常的使用要求，但是很多的設(shè)計(jì)未能達(dá)到，造成此現(xiàn)象的根本原因是沒有充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)在使用的過程中，由于遭受條件和使用環(huán)境變化最終造成房屋結(jié)構(gòu)損傷，引起房屋可靠度指數(shù)下降。對一般高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，低造價(jià)和省材料設(shè)計(jì)都應(yīng)為令人滿意的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但隨著人們生活水平的提高，在實(shí)際工程中，有時(shí)在其他使用要求或技術(shù)指標(biāo)上升為設(shè)計(jì)主要矛盾時(shí)，設(shè)計(jì)者們就要放棄對經(jīng)濟(jì)的單純追求。所以當(dāng)選擇以高層混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化為設(shè)計(jì)的主要目的時(shí)，就應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)所要面對的關(guān)鍵性問題，分清主次，選多目標(biāo)或單目標(biāo)來實(shí)施優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)到理想效果。

2.3合理使用高強(qiáng)鋼筋與高強(qiáng)混凝土

高層建筑的總造價(jià)一般都包括結(jié)構(gòu)材料、施工和基礎(chǔ)的物料費(fèi)用等，其中用鋼量以及構(gòu)筑件截面積對房屋造價(jià)影響較大，故在建筑設(shè)計(jì)中合理使用高強(qiáng)混凝土與高強(qiáng)度鋼筋可有效降低用鋼量，節(jié)約建筑成本。若高層建筑設(shè)計(jì)位于厚軟的地基上，那么由于坐落在地基上的荷載大，合理使用高強(qiáng)鋼筋和高強(qiáng)混凝土來優(yōu)化構(gòu)件的截面積，減輕結(jié)構(gòu)重量，將會顯著降低工程造價(jià)及基礎(chǔ)設(shè)施施工的難度，取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。對于震區(qū)的高層樓房來說，地震力作用的大小與建筑物的自重相關(guān)，人為地減輕建筑物的自重，降低結(jié)構(gòu)在地震下的荷載，可提高建筑物的安全性。在設(shè)計(jì)中高效地使用高強(qiáng)鋼筋及高強(qiáng)混凝土，能快速有效的縮小梁墻板柱等構(gòu)件截面積，達(dá)到節(jié)省建筑造價(jià)的目的。

三、高層問題的解決方案

3.1高層建筑優(yōu)化消防設(shè)計(jì)。高層在正常的建筑情況下均超出消防車救火的高度，在達(dá)到一定高度時(shí)火災(zāi)的及時(shí)撲滅成為消防的難題，在對消防實(shí)施設(shè)計(jì)的初期，應(yīng)秉承著預(yù)防為主，消防為輔的原則，提前預(yù)想到發(fā)生火災(zāi)的建設(shè)，做到提前做好應(yīng)急預(yù)案，減少大型火災(zāi)的發(fā)生，高層的建設(shè)應(yīng)具有自防自救的能力，高層建筑應(yīng)具備有效的防火設(shè)施，消防設(shè)計(jì)需起到安全優(yōu)先的作用，配備技術(shù)高超的工作人員對火災(zāi)的發(fā)生提前進(jìn)行排查。

3.2合理的平面布局。高層由于占地面積較小，使用空間較豐富的優(yōu)點(diǎn)，已得到相關(guān)部門的大力支持，現(xiàn)如今萬丈高樓平地起，人們不單單看重工程質(zhì)量，同時(shí)也對室內(nèi)的空間有著較高的要求，開發(fā)商應(yīng)設(shè)計(jì)出空間較大的完美房屋，為市民的居住提供寬敞、明亮的生活環(huán)境，應(yīng)盡量避免室內(nèi)死角的發(fā)生，盡可能的占用公共的使用面積，盡量采取正方形、長方形的規(guī)矩性設(shè)計(jì)，避免采用L型、T型的設(shè)計(jì)，在高層設(shè)計(jì)時(shí)以使用結(jié)構(gòu)的對稱為基本出發(fā)點(diǎn)。

3.3高層室外環(huán)境的美化。由于高層整體結(jié)構(gòu)較高，密度較大，對新鮮空氣起到了阻隔，因此在高層建筑時(shí)應(yīng)注重周圍環(huán)境的美化，大量種植草本植物，提升高層的綠化率，在高層附近進(jìn)行大面積的綠地建設(shè)，建設(shè)相應(yīng)的高層園林景觀，綠地建設(shè)是否具有裝飾性、觀賞性，對環(huán)境質(zhì)量的提高起著重要的作用。

四.總結(jié)

總之，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，融入概念設(shè)計(jì)，不僅可以體現(xiàn)工程師的設(shè)計(jì)理念，也能夠?qū)υO(shè)計(jì)師的專業(yè)和技術(shù)水平進(jìn)行有效衡量。因此分析概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以有效的優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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