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高层建筑设计中生态建筑设计分析高海明

发表时间：2020/12/18 来源：《基层建设》2020年第24期作者：高海明

[导读] 摘要：随着城市人口的不断增多，城市建筑用地紧张的问题越发突显，因此，城市的高层、超高层建筑越来越多，对结构设计的要求和难度也越来越大。

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        摘要：随着城市人口的不断增多，城市建筑用地紧张的问题越发突显，因此，城市的高层、超高层建筑越来越多，对结构设计的要求和难度也越来越大。对高层建筑结构设计的要点进行分析，结合当前设计中存在的常见问题提出具体的应对措施，希望在实际结构设计中能有所帮助。
        关键词：高层建筑；生态设计；建筑设计
        引言
        高层建筑作为时代高速发展的产物，其需求量不断增大。为了满足人们对建筑的外观及功能性的需求，高层建筑结构的复杂程度和施工难度也在逐渐增大，如何在满足建设需求的同时，设计出科学性、合理性以及可行性较高的建筑，成为当前设计师重点关注的问题。下面就针对高层建筑结构设计存在的问题及对策进行探讨。
        1高层建筑生态建筑设计的特点
        高层建筑与低层、多层建筑在进行结构设计时即有共同点，也是有区别的。无论高层还是多层就是都要抵抗由恒、活荷载产生的竖向作用及风、地震荷载产生的水平作用，有时也需要抵抗基础不均匀沉降、温度荷载等产生的内力；但是当把建筑看作是嵌固在地面的刚度和质量均有的悬臂梁模型分析时，可以发现轴力与建筑高度为一次方关系，弯矩与建筑高度是二次方关系，主要控制指标结构水平位移与建筑高度却成四次方关系；另外从用钢量和建筑高度的关系看，用钢量在竖向荷载作用下与建筑高度基本为线性关系，但水平荷载作用下，用钢量的增加速度往往超过建筑高度的增加速度，是非线性的，所以低、多层建筑主要抵抗竖向荷载作用，但随着建筑高度的增加，高层建筑、超高层建筑水平荷载比竖向荷载对结构的影响更明显，也成为主要控制因素，这是高层建筑最显著的特点。
        2高层建筑生态建筑设计中存在的问题
        2.1计算简图使用问题
        在高层建筑进行结构设计的过程中，存在着计算简图不准确的现象。高层建筑的建筑高度很高，相比多层建筑需要进行更严格的设计与计算，结构本身需要承受更多的荷载，但是在部分高层建筑物的结构设计过程中，对建筑物承受的外力计算不准确，不能合理地将各种外力影响因素进行分析、计算，计算简图与实际建筑物的结构体系有偏差，造成整体建筑物的结构计算结果有误，影响高层建筑物的施工和使用安全。
        2.2结构扭转问题
        高层建筑物的高度决定了其在设计过程中，结构内部、外部会受到多种因素的影响，尤其是质量中心、刚度中心和几何中心很难保持在一个统一的位置，造成了高层建筑结构扭转的安全风险。另外，风荷载的影响，也是造成高层建筑结构扭转的常见问题，在设计过程中，要综合考虑各种因素，改善当前设计中的不准确、不合理现象，真正提升高层建筑结构设计的安全性。
        2.3结构抗震问题
        GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》中要求，我国全部地区都需进行抗震设防，尤其是高层建筑物一旦出现问题，将产生不可估量的人身财产损失。在当前的结构设计中，存在对抗震结构设计不够重视的现象，往往在设计时的结构模型与实际施工时存在一定的误差，并不能很好地发挥出高层建筑抗震的效果。
        3高层建筑生态建筑设计问题的对策措施
        3.1提升高层建筑结构设计方案的科学性
        高层建筑结构设计方案是建筑设计的重要前提，结构设计方案中首先要明确的就是高层建筑的基础参数，例如建筑高度等。结构设计方案中的所有建筑参数的设计都要严格按照国家有关规范，从设计源头避免超标情况的发生。

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高层建筑结构设计方案阶段要首先要确保高层建筑结构设计方案与国家相关建筑设计文件制度、标准规范，尽可能规避对高层建筑予以超高建设，其次结构设计人员在设计高层建筑结构过程中，要对建筑建设场地环境有一定了解，通过专业手段去勘察对高层建筑建设有影响的环境因素，并分析这些因素对高层建筑结构安全性和功能性的影响程度，必要时开展专家讨论，重点在于全面考虑环境影响基础上，优化高层建筑结构设计方案，论证方案的可行性，最大程度保障建设施工环节的顺利实施。
        3.2有效地利用计算简图
        计算简图是根据结构设计方案以及科学计算原理方法完成的具有指导性的将构件及支撑按结构力学进行简化，用点、线描述构件受力情况和稳定状况的图形。建设过程中涉及到的建筑高度、大部分建筑构件尺寸、材料用量等都需要有定量的数据来指导，定量的数据则是需要科学的计算方法来计算的。而计算相关的内容，需要有效地选择、利用计算简图，保证相关的计算模型，或者计算简图与工程实际情况相符。高层建筑结构设计参数复杂，影响结构稳定性要素非常多，对于建筑的抗震参数和荷载承受力等参数有着严格的要求，这使得高层建筑结构设计计算成为一项大工程，对计算简图的利用也受到多种要素的相互影响，只有在计算人员具备足够完备的专业知识，并正确使用计算简图的情况下，才能全方位、立体化地确保计算流程及数据结果的精度，使得计算简图成为高层建筑设计的有效工具。
        3.3完善建筑生态建筑设计的性能
        高层建筑的建筑性能关注点很多，这里重点分析三点。稳定性、延性设计以及刚度结构构件性能。首先高层建筑稳定性是建筑物评价的最基础指标，要保障高层建筑的建筑稳定性，有效地进行嵌固端、短肢剪力墙的设置是必不可少的，因此，建筑设计人员在具备足够专业能力的基础上，要在思想上重视嵌固端、短肢剪力墙等的设置，且建筑设计单位应该建立健全设计阶段高层建筑重要构建设计评审制度，从制度上保障设计阶段的科学性和准确性；其次要重视高层建筑结构的延性设计。大部分的高层建筑都会设计地下室，有些设置还会设置防空场所，这些功能区的设计会对高层建筑整体的抗震能力和稳定性有一定的影响，基于此为了做好高层建筑的延性设计，设计师应有效地把控高层建筑物的嵌固端上下刚性及抗震等级的比例，结构刚度要保持在变形限值区域内。为了避免高层建筑结构共振超过一定的设计值，需要设计人员在对高层建筑结构刚度设置时，在满足荷载能力的基础上，尽可能地降低刚度，以降低共振幅度，增强建筑物的抗震性；另外高层建筑设计人员在对建筑构件承载力、变形、刚度结构情况进行设计计算时，要充分考虑根据不同地区的地震水准，结合计算与实际地区环境参数，确定高层建筑结构构件承载力和变形能力相互间的平衡点。
        3.4基础埋深的处理
        在高层建筑结构设计当中，基础埋深不够的问题因其隐蔽性较强，往往会被人们忽略，但其对整个建筑的稳定性是有影响的。根据上一节分析的基础埋深问题原因，结构设计人员在对基础埋深设计确定时，要将高层建筑的地下使用部分与地上部分看作一个整体来进行规范设计，采用后浇施工，降低温度应力、沉降差异带来的影响，把地下超高的、地下车库的刚度折算成覆土厚土，依据国家有关规定对埋置深度进行精准计算。
        结束语
        高层建筑生态建筑设计直接关系到建筑工程质量和结构稳定性、安全性，因此，在设计过程中，设计人员需要遵循严谨、认真的态度，对高层建筑生态建筑设计中可能存在的问题进行分析，并针对这些问题制定行之有效的预防措施和解决方案。在进行结构设计前，设计人员还需要深入到建设场地，对其周边环境和地质情况等进行细致的勘察，为结构设计工作提供可靠的数据支持，也为后续工程的施工给予正确的指导和规范。
        参考文献：
        ［1］林再添.某高层商业建筑改造结构设计［J］.福建建材，2018（11）：90-92.
        ［2］郝鑫佳.高层建筑结构设计存在的问题及对策［J］.工程建设与设计，2018（10）：4-5.
        ［3］王继慧.高层建筑结构设计问题及对策分析［J］.住宅与房地产，2019（15）：36.