淺談超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題

摘 要：隨著我國(guó)建筑事業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，超高層建筑在我國(guó)現(xiàn)代建筑中越來越多，同時(shí)，超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面發(fā)生了很大的變化。超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代高層建筑建設(shè)的核心，但是，我國(guó)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面還存在很多問題。因此，研究超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題具有非常重大的意義。本文介紹了高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，闡述了超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇的原則，提出了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對(duì)策，最后介紹了超高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。對(duì)本文的論述，希望能起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；關(guān)鍵性問題

前 言

目前，隨著我國(guó)社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，超高層建筑越來越受到人們的關(guān)注，并且超高層建筑在我國(guó)城市建設(shè)中的地位也不斷備受重視。由于超高層建筑是一個(gè)復(fù)雜和系統(tǒng)化的過工程，超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要具有一定的安全性，還應(yīng)該保證超高層設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。因此，建筑施工單位應(yīng)該注重超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵性問題，從而提高超高層建筑施工的質(zhì)量。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅要保證超高層建筑能夠承受水平方向的荷載，還應(yīng)該保證超高層建筑能夠承受垂直方向的荷載。在實(shí)際進(jìn)行超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，外界因素產(chǎn)生的水平方向的荷載是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該主要考慮的因素。隨著我國(guó)城市超高層建筑的不斷增加，因此，超高層建筑的結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響超高層建筑的舒適性。但是，超高層建筑的結(jié)構(gòu)不僅能夠影響住房的舒適性，還能影響超高層建筑的質(zhì)量。因此，在進(jìn)行超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先首先應(yīng)該將超高層建筑的承載控制在一定的范圍內(nèi)，所以，超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心就是對(duì)其抗壓力的設(shè)計(jì)。

2 超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇

2.1 超高層結(jié)構(gòu)體系分類

由于超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的不同，可以將超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要包括混凝土的設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)與鋼組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等。目前，我國(guó)的超高層建筑大多都是采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)主要包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和伸臂結(jié)構(gòu)及懸掛結(jié)構(gòu)等。

2.2 超高層建筑體系選用原則

在進(jìn)行超高層建筑體系的選用時(shí)，應(yīng)該按照合理、經(jīng)濟(jì)和安全等原則選擇最為合適的超高層建筑體系。當(dāng)然，超高層建筑體系的選擇還需要以建筑物的要求、建筑物的高度和建筑施工的環(huán)境等為依據(jù)。同時(shí)，超高層建筑的結(jié)構(gòu)還應(yīng)該具有較好的承受壓力的能力。

2.3 超高層的結(jié)構(gòu)材料分析

目前，鋼筋混凝土料是超高層建筑建設(shè)過程中使用最廣的材料，當(dāng)然，鋼筋混凝土材料的選用應(yīng)該以超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求為依據(jù)，從而較好地發(fā)揮鋼筋混凝土材料的性能。由于鋼筋混凝土材料具有耐久性和結(jié)構(gòu)剛度大、耐火性較好、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，因而鋼筋混凝土材料被廣泛使用于建筑領(lǐng)域。但是，應(yīng)該注意鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)厚度問題，從而更加合理地選擇鋼筋混凝土的材質(zhì)。

2.4 超高層結(jié)構(gòu)體系選擇

超高層建筑物結(jié)構(gòu)體系的選擇一般包括以下幾個(gè)方面：①框架結(jié)構(gòu)體系。框架結(jié)構(gòu)是指橫向和縱向的利用梁、柱等組成的結(jié)構(gòu)，并且能承受水平和垂直方向荷載的建筑結(jié)構(gòu)體系。由于單一的框架結(jié)構(gòu)平面布置比較靈活，使得框架結(jié)構(gòu)體系具有空間大的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛使用于超高層建筑中。②剪力墻結(jié)構(gòu)體系。剪力墻結(jié)構(gòu)是指利用高層建筑物的橫向和縱向墻壁承載水平和垂直方向荷載的結(jié)構(gòu)。由于建筑物的剪力墻大多都是以鋼筋混凝土的材質(zhì)，因而剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)于提高超高層建筑的抗震性能十分有利。③框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。框架-剪力墻是指選取了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻兩者的優(yōu)點(diǎn)，使得超高層建筑的結(jié)構(gòu)不僅能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)布局靈活的優(yōu)點(diǎn)，還能使超高層建筑結(jié)構(gòu)具有較好的抗測(cè)力能力。當(dāng)然，由于剪力墻太少，就會(huì)增大建筑物側(cè)墻的壓力而使得其出現(xiàn)變形等問題；而剪力墻增多，就會(huì)影響高層建筑的經(jīng)濟(jì)性，還會(huì)影響超高層建筑的使用性能。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題分析及對(duì)策

3.1 扭轉(zhuǎn)問題

超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心是剛度的中心、幾何形心和結(jié)構(gòu)重心，然而，超高層建筑物結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題主要就是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，沒有將超高層建筑物剛度的中心、幾何形心和結(jié)構(gòu)重心進(jìn)行重合，使得超高層建筑在水平壓力下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。為了更好地解決超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)問題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該選用合理的平面布局圖，從而保證超高層建筑物的三個(gè)核心能夠重合。

3.2 受力性能的問題

對(duì)于超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，建筑師在最初進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般很少考慮超高層建筑的具體結(jié)構(gòu)特征，而過多考慮的是超高層建筑物的空間結(jié)構(gòu)，從而使得超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的受力性能存在一定的問題。因此，在進(jìn)行超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該明確所選擇結(jié)構(gòu)體系中向下作用力和地基承載力之間的關(guān)系。同時(shí)，在進(jìn)行超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案選擇階段時(shí)，還需要對(duì)超高層建筑的主要承重部位的布局和數(shù)量進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。

3.3 超高的問題

明確，超高層建筑都存在超高承重的問題，由于我國(guó)對(duì)超高層建筑的抗震能力具有相關(guān)的要求，使得我國(guó)超高層建筑物的結(jié)構(gòu)高度也具有嚴(yán)格的規(guī)定。因此，在進(jìn)行超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，建筑設(shè)計(jì)人員會(huì)由于結(jié)構(gòu)類型的更換而忽略超高層建筑物存在的超過問題，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)施工圖不能通過審核。因此，需要對(duì)超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和審核，以解決超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的超高問題。

3.4 嵌固端的設(shè)置問題

現(xiàn)在，我國(guó)很多超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都會(huì)配置兩層以上地下室，使得超高層建筑物的嵌固端一般都設(shè)置在地下室頂板的位置。對(duì)于嵌固端的設(shè)置問題，高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師一般會(huì)忽略這類問題帶來的后期影響。從而使得在進(jìn)行超高層建筑物的施工過程中，會(huì)由于嵌固端的設(shè)置問題而經(jīng)常進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改，進(jìn)而給超高層建筑物埋下了安全隱患。

4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)最為重要的設(shè)計(jì)，同時(shí)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)對(duì)超高層建筑物結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)具有非常重大的影響。因此，超高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該保證超高層建筑的埋置深度必須滿足基地變形和穩(wěn)定的相關(guān)要求，從而減少超高層建筑物出現(xiàn)傾斜等問題。對(duì)于樁基的采用，其埋置的深度也應(yīng)該按照相關(guān)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，使得超高層建筑一般都適合設(shè)置地下室結(jié)構(gòu)。由于人工挖孔樁具有承載能力大和施工工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，目前在貴州市的超高層建筑施工中被廣泛采用。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)前，應(yīng)該提前在超高泥巖承載力不高層建筑物的附近設(shè)置地下連續(xù)墻作為擋土支護(hù)，同時(shí)，針對(duì)超高層建筑施工場(chǎng)地的問題，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)超高層建筑的樓層中心范圍應(yīng)該采用深埋的方法，使得超高層建筑物的中筒和相鄰的墻體直伸到基礎(chǔ)內(nèi)，至于一些外墻等結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用人工挖孔樁。超高層建筑物的基礎(chǔ)平面圖如圖1所示。

5 總 結(jié)

總而言之，超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)全面和系統(tǒng)化的工作，它對(duì)超高層建筑物的建設(shè)具有非常重大的意義。隨著我國(guó)超高層建筑的不斷發(fā)展，超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來越高，因而需要高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師不斷提高自己的專業(yè)水平，總結(jié)實(shí)際設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，以解決超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵性問題，從而促進(jìn)我國(guó)超高層建筑行業(yè)的良好發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：郭懷祥（1968-），男，漢族，貴州人，本科，工程師，主要從事工民建筑施工與管理方面工作。