浅谈建筑结构设计的相关问题

浅谈建筑结构设计的相关问题

摘要：本文主要对高层建筑抗风结构、消防结构和抗震结构三种常见结构的问题进行分析，在此基础上提出相应的结构设计建议。

关键词：高层建筑；结构设计；

中图分类号：[tu208.3]文献标识码：a 文章编号：

1.高层建筑结构设计的难点问题

1.1 抗风结构设计

高层建筑高宽比大，抗侧刚度小；所承担的水平荷载除地震作用外，主要为风荷载。相比地震作用，风载作用极其频繁。因此，对高层结构而言，风荷载是一种重要的设计荷载，甚至起决定作用。由于层高的原因，高层建筑对风具有阻隔或者扰动的作用，风在周边建筑物的流动特性和空气动力效应被改变后，会产生振动高层建筑柔软性结构的静力和动力作用，尤其是动力荷载，其存在的风压具有较高的危险系数，很有可能直接导致高层建筑的主体结构遭受破坏，甚至致使墙体开裂、装饰物破坏和玻璃幕墙爆裂等。

1.2 抗震结构设计

结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能。（1）结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱（墙）”的原则；（2）对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力；（3）承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

1.3 消防结构设计方面高层建筑的规模特点，决定了建筑结构的复杂性，而为了满足复杂性的结构功能需求，需要采用各种不同的功能性材料，其中很多材料都属于可燃性材料，增加火灾发生的可能性。而高层建筑的对流性比较强，高空的风力也比较大，一旦发生火灾，特殊的建筑结构将为火势提供快速蔓延的条件。另外，层数较多的高层建筑要求火灾的疏散线路处于垂直状态，一般需要较长的时间方可完成高层到底层的疏散工作，再者排烟结构的设计问题也始终牵制着建筑消防结构的发展。

2.高层建筑结构设计的优化

2.1 抗风结构设计的优化

抗风结构设计分为四个步骤进行优化：（1）基础设计，抗风结构需要建立在结构稳定性的基础上，一方面要采用级配比较高的砂石，保证回填材料的密实程度，防止水平作用力对结构产生倾覆性的威胁，另一方面是在基础持力层的底部设置抗拔锚杆，通过锚杆钻孔、杆体制作安装、注浆等，提高抗拔锚杆的应用功能，使得地下室的基础具有足够的抗拔强度。（2）耗能减振系统的设置，设计高层建筑非承重构件的时候，利用耗能减振系统减少风荷载对建筑物的作用，系统由耗能支撑、剪力墙、梁柱、楼板等构成，减振系统的设置在结构合理设计的基础上，还要采用粘弹性比较强的阻尼材料，提高其耗能减振的作用。（3）水平力和风荷载叠加问题的解决思路，高层建筑面临高风压的问题，风的荷载作用加大结构构件的内力，如果超过其承受的范围之外，将出现水平力和风荷

载的重叠，对建筑物产生一定的结构性破坏作用。因此高风压区域要进行加固设计，一方面要分析水平风压的作用力大小以及影响程度，另一方面控制影响建筑物水平压力的土压力，在此基础上增大结构的水平荷载内力，并采用强度较高的钢筋混凝土，以便控制结构构件的钢筋含量，减缓水平力风荷载叠加带来的负面影响。（4）提高建筑物的承载力和刚度也是抗风设计的主要内容之一，根据风荷载的多变性和复杂性的特点，笔者认为承载力和风荷载务必经过周密计算，并根据相关的规范设计要求，通过合理的结构设计提高建筑物的抗风能力。

2.2 抗震结构设计的优化

抗震是高层建筑物结构设计必须考虑的重点内容，其设计的功能性需求比较强，其优化设计的内容如下：（1）提高建筑物结构设计的规则性，合理设置抗侧力构件的位置，以此形成承载力的合理性分布体系，垂直方向需要通过抗侧力构件刚度和强度的提高，满足其连续和均匀稳定性。笔者通过相关的地震资料总结，抗侧力构件能够使得高层建筑物的结构在平面布置时处于对称状态，在一定程度上满足结构抗震的需求。（2）地基的抗震设计，地基沉降现象是地震时建筑物结构破坏的最直接原因，当地基发生沉降的时候，建筑物的结构会发生开裂等破坏，因此，地基施工的时候，必须结合地震对其的破坏特点，进行针对性设计，一方面，简化建筑物的建筑平面，减少阴角的平面布置，将外部形状和高度存在差异性的建筑物以栋为单位分割，通过施工设计安排，提高地基的刚度

和强度，另一方面则是将桩箱埋置在一定的深度内，将群桩、上部结构重点控制在同一直线上。（3）剪力墙的结构设计，提高承重结构构件的抗侧力，满足承载力的延续性和耗能能力，有效地提高抗震效果。剪力墙的截面是设计的重点内容，一方面要通过与连续梁组成延续性较强的结构体系，保证楼板的刚度，另一方面是提高结构侧面的强度，最大限度控制建筑物的水平位移范围。（4）简体结构受力构件的抗震能力也是重点的设计内容，笔者认为简体构件需要具备良好的完整性并呈对称均匀的布置状态，譬如洞口和筒角内壁保持一定间距，并验算厚度及其稳定性，适当增加扶壁，这样一来，底部位置的结构就能符合一级和二级的抗震需求。

2.3 消防结构设计的优化

高层建筑的消防结构设计旨在提高建筑物使用者的生命和财产安全，设计的理念要以防为主，消防应急处置辅之，将两者结合，提高消防结构的功能：（1）防火间距的设计，间距的计算依据是建筑物每栋之间的距离，从每一栋外墙突出的可燃物件边缘开始计算，但由于建筑功能、建筑所处位置、火灾承受能力等差异性，防火结构设计要因地制宜设计，提高可变动的灵活性，其中包括火灾的隔断功能、灭火的结构功能、减少可燃物和加强建筑物结构耐火能力等，尤其是排烟方面，要最大限度满足安全防火的要求。（2）安全疏散结构的功能设计，旨在消除火灾发生时的疏散困难问题，由于高层建筑物疏散路线呈垂直状态，而火灾时电梯的通道会由于断电而无法正常使用，再加上烟火蔓延会使得电梯等通道成为死

角，因此要将楼梯设置为火灾发生时的疏散通道，一方面是设置防烟区，另一方面是设计双向疏散功能，譬如以一层四住户的高层建筑为例，通常的设计是一梯两户，楼梯同层转角位置设置推拉式玻璃窗。另外要根据建筑物可燃物的性质和数量，对火灾的烟火蔓延速度进行估算，将避难层和避难室设置在合理的位置上。（3）分隔结构的设计，旨在将烟雾和火势控制在一定的空间范围内，限制其蔓延，通常采用的结构设计方式是楼板的垂直设计、防火墙和单元墙的水平设计，以及防火门和烟雾排放设备等的设计，一方面可以阻止火势和烟雾的蔓延，降低建筑结构的破坏程度，另一方面可以为紧急疏散赢取更多的逃生时间。

3.结束语

综上所述，高层建筑抗风、抗震和消防结构三方面的内容，关系到建筑物使用的安全性和使用寿命。这三方面内容受到设计方面某些负面因素的影响，存在一系列的问题，影响着这些结构功能的正常发挥。为了消除抗风、抗震和消防结构三方面内容的负面影响问题，笔者认为要站在科学施工设计的角度上，对存在的问题进行综合性分析，并结合工程的实际情况，具体制订抗风、抗震和消防的结构设计措施，不断提高高层建筑物的结构功能质量和安全水平。

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