高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及對(duì)策探討

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來(lái)越多的高層建筑出現(xiàn)在人們的視野之內(nèi)，被廣泛的運(yùn)用到各類工用及民用建筑當(dāng)中。由于建筑的功能在不斷的發(fā)展，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面也在不斷取得突破和變化。因此，研究高層建筑設(shè)計(jì)的原則是非常有意義的。文章在對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的特征進(jìn)行了淺析，在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行淺要分析的基礎(chǔ)上，就建筑結(jié)構(gòu)中常出現(xiàn)的問題和對(duì)策進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；特征；問題；對(duì)策

引言

自上世紀(jì)九十年代現(xiàn)代高層建筑出現(xiàn)以來(lái)，高層就越來(lái)越廣泛的得到應(yīng)用。高層建筑作為一個(gè)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自然成為人們關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要充分滿足抗震、抗風(fēng)等多反面的安全性能要求，還更應(yīng)該注重高層建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理程度。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)受到自身特性的約束，和一般的建筑有個(gè)很大程度的不用。它在承受建筑結(jié)構(gòu)自身自重和活動(dòng)荷載組成的豎向荷載同時(shí)，還要承受有外界由風(fēng)壓以及水平地震作用所產(chǎn)生的水平荷載。很多時(shí)候，高層結(jié)構(gòu)還應(yīng)該考慮地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的豎向地震作用影響。由此可見高層建筑對(duì)于抗震能力的要求有多么苛刻。一般來(lái)講，多層建筑結(jié)構(gòu)在水平荷載和豎向荷載作用下，受到的影響有限，但是高層就不同了。在外界地震作用之下，高層建筑受到的結(jié)構(gòu)破壞是毀滅的，而就風(fēng)壓方面而言，高層的外界風(fēng)力也是多層所不能比擬的。隨著建筑物高度的不斷增加，高層建筑過(guò)大的側(cè)移不會(huì)影響居住者的舒適程度，但是對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響很大，過(guò)大的側(cè)移會(huì)損壞建筑的結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。鑒于此，在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，把側(cè)移控制在合理的范圍之內(nèi)是重要的標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能在實(shí)用性和安全性方面得到平衡。因此，可以說(shuō)，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的核心內(nèi)容就是通過(guò)對(duì)外界地震作用以及風(fēng)壓作用的計(jì)算，做好抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

2 高層建筑的設(shè)計(jì)原則

高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜繁瑣的內(nèi)容，其中需要注意的內(nèi)容涉及也十分廣泛，根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，主要集中在以下幾個(gè)方面：

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)方案的選擇

合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案對(duì)于工程來(lái)講是十分關(guān)鍵的，好的設(shè)計(jì)方案在滿足結(jié)構(gòu)形式和體系的基礎(chǔ)上，還要充分考慮造價(jià)成本，把經(jīng)濟(jì)適用發(fā)揮到最大程度。結(jié)構(gòu)體系的最基本的原則是受力明確、傳力簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)方案盡滿足使用、安全要求的基礎(chǔ)上，盡量的簡(jiǎn)潔。在相同的機(jī)構(gòu)單元中的結(jié)構(gòu)體系選擇應(yīng)該統(tǒng)一，如果高層所在的地域地震頻發(fā)，那么在應(yīng)力的設(shè)計(jì)上應(yīng)該滿足平面和豎向的全部規(guī)則。最終的結(jié)構(gòu)方案的確定，需要對(duì)地理?xiàng)l件，工程設(shè)計(jì)需求，材料的選擇，施工條件進(jìn)行全面的考量和整合，并且和建筑水、暖、電各個(gè)分項(xiàng)相互協(xié)調(diào)，綜合各方面因素進(jìn)行最后的敲定。

2.2 高層建筑結(jié)構(gòu)后計(jì)算簡(jiǎn)圖的選擇

計(jì)算簡(jiǎn)圖是進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是所有計(jì)算數(shù)據(jù)的出處和根源所在。關(guān)系到各環(huán)節(jié)的建筑尺寸和誤差。如果不能選擇合理的計(jì)算簡(jiǎn)圖，對(duì)于結(jié)構(gòu)安全就會(huì)埋下隱患。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全保障前提，就是合理計(jì)算簡(jiǎn)圖的選擇。同時(shí)，在選擇了計(jì)算簡(jiǎn)圖之后，還應(yīng)該采用相應(yīng)的構(gòu)造方法保證其安全性。在結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工中，結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)不單單是鋼節(jié)點(diǎn)或者鉸接點(diǎn)，要使得計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差在規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。

2.3 計(jì)算結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析

科技的發(fā)展也推動(dòng)建筑領(lǐng)域不斷的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)作為現(xiàn)在科技發(fā)展的集中產(chǎn)物，自然在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，市場(chǎng)上的計(jì)算機(jī)軟件種類和數(shù)量都大大提升，但問題也隨之涌現(xiàn)出來(lái)，很多時(shí)候，統(tǒng)一種類的計(jì)算數(shù)據(jù)在不用軟件中處理產(chǎn)生的結(jié)果并不一致。這就對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度提出了嚴(yán)苛的校對(duì)要求，也對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的能力提出了更高水平的要求。在全面了解軟件的使用范圍和條件的基礎(chǔ)上，選擇最為合理準(zhǔn)確的軟件也成為設(shè)計(jì)人員必須完成的課題。與此同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)受到各種不可掌控的實(shí)際情況制約，與計(jì)算機(jī)得出的理想結(jié)果不能達(dá)到完全的吻合，因此在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的同時(shí)，設(shè)計(jì)人員的主導(dǎo)能力還是最為關(guān)鍵的。另外在計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)該盡量減少人工輸入誤差或者軟件自身存在缺陷所造成的計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，加強(qiáng)得出結(jié)果后的校正工作，加以合理的主觀判斷，得出最終準(zhǔn)確有效的計(jì)算成果。

2.4 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的選擇

高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)該以地質(zhì)條件作為依據(jù)，地層結(jié)構(gòu)的不同，在地基的類型方面也會(huì)有所差異。不僅如此，在建筑基礎(chǔ)方案的選擇方面，還應(yīng)該充分考慮高層建筑上部的結(jié)構(gòu)類型、荷載的分布特征、施工的技術(shù)條件以及相鄰的結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)之間是否存在影響等方面的因素。基礎(chǔ)方案的選擇，最終目的是能夠使得地基的潛力在最大程度上得到開發(fā)和利用。必要的時(shí)候，應(yīng)該以模型的形式對(duì)地基的變形情況進(jìn)行檢驗(yàn)。在建筑區(qū)域的地質(zhì)勘探報(bào)告有在缺陷時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，參考附近相鄰建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)資料，制定出最為合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。

2.5 高層建筑應(yīng)采取相應(yīng)構(gòu)造措施

強(qiáng)剪切力弱彎變，強(qiáng)壓力弱拉力是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則。在柱子的設(shè)計(jì)方面強(qiáng)度要高，梁相對(duì)較弱。在架構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分遵循以上原則，做好薄弱部分的處理工作，對(duì)鋼筋的強(qiáng)度和錨固長(zhǎng)度給予足夠的重視，特別是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性和溫度應(yīng)力要經(jīng)過(guò)重點(diǎn)探究之后，才能敲定最后的構(gòu)件方案。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見問題與對(duì)策

3.1 超高問題

基于抗震性能以及風(fēng)壓雪壓等方面的考慮，我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)的高度方面有著比較嚴(yán)格的要求，但近年來(lái)高層建筑超高現(xiàn)象時(shí)有出現(xiàn)。針對(duì)這種情況，新高規(guī)給出了明確的限制，不僅將高度規(guī)定為A級(jí)，而且增加了B級(jí)高度，在高層建筑結(jié)構(gòu)處理的方法和措施也有了明顯的改善。若想解決這樣的問題，就要在圖紙的審核上對(duì)高度問題給予足夠的重視，出現(xiàn)超高現(xiàn)象要嚴(yán)格禁止施工，對(duì)于不能通過(guò)審核的圖紙，應(yīng)該重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。避免由于超高現(xiàn)象造成的安全隱患。

3.2 斷肢剪力墻的設(shè)置問題

在新的高規(guī)中對(duì)斷肢剪力墻有了全新的定義，主要是指墻肢的截面高度和厚度比在五到八之間剪力墻。按照實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，由于斷肢剪力墻在強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)性能上存在的缺陷，新的規(guī)定中對(duì)于斷肢剪力墻的使用也進(jìn)行了進(jìn)一步的限制。斷肢剪力墻的設(shè)置一直都是高層建筑中比較棘手的問題之一，最為有效的解決方式就是使用其他的墻體結(jié)構(gòu)取而代之，盡量減少或者避免斷肢剪力墻在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的出現(xiàn)。

3.3 結(jié)構(gòu)規(guī)則性問題

在有關(guān)高層建筑的諸多相關(guān)規(guī)定中，都不約而同的對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性做出了制約，可見其重要的地位。諸如結(jié)構(gòu)嵌固端上層與下層的剛度比、平面和立面的規(guī)則設(shè)計(jì)等都被重點(diǎn)的進(jìn)行了描述，并且對(duì)于高層建筑不能采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案給予了強(qiáng)制性的規(guī)定，為了能夠解決這樣問題，避免后期施工的設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)返工現(xiàn)象，要在設(shè)計(jì)之初就仔細(xì)研究好結(jié)構(gòu)規(guī)則性的各方面約束，對(duì)于硬性規(guī)定不可越界進(jìn)行施工。

4 結(jié)束語(yǔ)

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的綜合性工作，是整個(gè)建筑質(zhì)量的最基礎(chǔ)保證。盡管近幾年來(lái)高層建筑得到了迅猛的發(fā)展，但單從設(shè)計(jì)質(zhì)量方面來(lái)看，并不是很理想。在高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，工程師不能只重視結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性，亦或是只重視結(jié)構(gòu)方案的結(jié)構(gòu)方案，應(yīng)當(dāng)做多方面的綜合考量，選擇最為經(jīng)濟(jì)適用的方案選擇。面對(duì)以往高層建筑中出現(xiàn)過(guò)的問題加以重視，及時(shí)的做好應(yīng)對(duì)措施，這樣才能將高層建筑結(jié)構(gòu)推向新的高度。

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