高層建筑結(jié)構(gòu)設計的問題及對策探討

錢冬江

摘 要：城鎮(zhèn)一體化建設的步伐不斷加快，使得建筑行業(yè)獲得了較為快速地發(fā)展。由于建筑用地越來越少，高層建筑逐漸成為建筑的主要趨勢。高層建筑結(jié)構(gòu)設計作為高層建筑的建設工作中重要的組成部分，直接關(guān)系到建筑的功能以及質(zhì)量的實現(xiàn)。但是當前高層建筑結(jié)構(gòu)設計還存在部分不足。本文首先說明高層建筑結(jié)構(gòu)特征及設計的基本原則，其次深刻剖析高層建筑結(jié)構(gòu)設計中存在的問題，最后針對結(jié)構(gòu)設計中存在的問題提出相應有效的解決對策。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設計；問題；對策

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A

科學技術(shù)及市場發(fā)展的需要促進了建筑結(jié)構(gòu)的不斷變化，建筑工程逐漸朝著高層化發(fā)現(xiàn)發(fā)展。高層建筑具有施工技術(shù)復雜，建筑結(jié)構(gòu)承載力要求較高等特點，其中高層建筑結(jié)構(gòu)設計作為高層建筑工程的重要組成部分，在開展建設項目時要對高層建筑結(jié)構(gòu)設計給予高度注意，要保證結(jié)構(gòu)設計的合理性、科學性，以滿足人們生活的需要，此外建筑結(jié)構(gòu)設計還需要使建筑具有一定的抗震和抗風能力，以實現(xiàn)建筑物安全性的需要。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)的特征

高層建筑結(jié)構(gòu)與普通建筑不同，高層建筑結(jié)構(gòu)需要承載水平和垂直兩個方向較普通建筑結(jié)構(gòu)承受的荷載大。其中外界風力產(chǎn)生水平荷載，垂直荷載主要是建筑物的高度引起的荷載。高層建筑結(jié)構(gòu)受外界地震和風力的影響較大，同時隨著建筑的層數(shù)逐漸增多建筑物位移的速度將增快，側(cè)移速度的加快會影響住戶的舒適度和建筑的功能性。此外側(cè)移過大還會損害建筑物的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。這就要求設計人員在進行建筑設計時將建筑物的側(cè)移控制在合理范圍內(nèi)，以實現(xiàn)建筑物功能性和舒適度的要求。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設計的原則

高層建筑結(jié)構(gòu)設計原則主要包括3方面的內(nèi)容。第一，計算簡圖的合理選取。建筑結(jié)構(gòu)設計時首先需要根據(jù)計算簡圖進行建筑結(jié)構(gòu)的計算，計算簡圖選擇恰當極易導致建筑結(jié)構(gòu)的不合理，從而在施工過程中導致安全事故的發(fā)生。因此必須選取合適的計算簡圖，為了實現(xiàn)計算簡圖安全性的要求，一般會在實際設計過程中，采用相應構(gòu)件的方法，以減小計算誤差，實現(xiàn)計算簡圖在相關(guān)規(guī)范的額合理性范圍之內(nèi)。第二，確定合適的基礎(chǔ)設計。基礎(chǔ)設計要以高層建筑的地質(zhì)條件為選擇依據(jù)，并綜合考慮建筑的荷載分布和結(jié)構(gòu)類型、相鄰建筑物的影響、施工技術(shù)和條件等因素，實現(xiàn)具體基礎(chǔ)設計的確定。在基礎(chǔ)設計方案確定過程中要充分發(fā)揮地基潛力，必要時還需進行地基變形監(jiān)測。第三，確定科學、合理的結(jié)構(gòu)方案。建筑結(jié)構(gòu)方案必須在滿足建筑設計結(jié)構(gòu)體系和形式的要求下，盡量降低成本費用。結(jié)構(gòu)體系的設計要求受力準確、傳力便捷。結(jié)構(gòu)方案的選擇過程中要綜合考慮區(qū)域條件、自然條件、施工材料、施工技術(shù)等因素對結(jié)構(gòu)設計的影響，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)方案的最優(yōu)化。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)設計中存在的問題

建筑工程項目的增多促進了建筑行業(yè)的快速發(fā)展，但是當前我國建筑工程在建筑結(jié)構(gòu)設計方面還存在部分不足，其中主要表現(xiàn)在短肢剪力墻設置問題、超高問題、嵌固端設置問題、其他部位建筑結(jié)構(gòu)設計問題等4個方面，以下針對這4方面問題進行具體闡述，通過對問題的分析，采取相應的應對策略，以提高我國高層建筑結(jié)構(gòu)設計水平。

3.1 短肢剪力墻設置問題

建筑結(jié)構(gòu)設計的不合理會對高層建筑的施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴重的影響，尤其是損害建筑物的結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻增設不合理是其中較為典型的一種。在當前高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，許多設計人員設計過程中增設短肢剪力墻。根據(jù)眾多建筑結(jié)構(gòu)設計的實例可知，短肢剪力墻的設置會影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗風、抗震和穩(wěn)固性。為了提升建筑工程質(zhì)量，在結(jié)構(gòu)設計過程中應盡量減少短肢剪力墻的使用。

3.2 超高問題

超高問題主要是指建筑單位不遵守相關(guān)的制度規(guī)范，過分加高建筑物的高度，以實現(xiàn)自身的盈利的最大化。當前高層建筑的高度已實現(xiàn)由原來的A級上升到B級，并且相應的建筑設計模式也實現(xiàn)了一定程度的發(fā)展。超高問題作為實際建筑結(jié)構(gòu)設計中的常見問題，嚴重影響建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，如果遇到強風、地震等嚴重自然災害，極易發(fā)生倒塌、斷裂，嚴重影響了人們的生命和財產(chǎn)安全。

3.3 嵌固端設置問題

嵌固端即固定端，在進行位置設置的過程中要嚴格避免構(gòu)件在該位置的位移。嵌固端是高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的重要組成部分，在實際位置過程中存在部分不足。第一，嵌固端位置選擇存在問題。現(xiàn)代高層建筑一般都建設多層地下室，并且將嵌固端修筑在地下室，這種設計存在極大的安全隱患，難以實現(xiàn)預期效果。第二，嵌固端上下層剛度比例設計不科學。上下層剛度比例設計是判斷嵌固端設計是否科學合理的一個重要指標。當前嵌固端設計過程中存在設計問題和計算準確性不高的問題。第三，嵌固端設計和抗震縫隙處理相互矛盾。嵌固端設計和抗震縫隙的處理難以實現(xiàn)良好的銜接，在實際設計過程中存在平衡性不足的問題，降低了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.4 其他部位建筑結(jié)構(gòu)設計問題

由于高層建筑具有不同于一般建筑的特殊性，在建筑結(jié)構(gòu)設計過程中，會涉及多方面的設計內(nèi)容，設計中關(guān)鍵位置的作用的實現(xiàn)也是設計過程中需要解決的主要問題。高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的常見問題除了以上3種之外，還包括建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、牢固性、抗震性、應力處理不足，這一系列設計的不合理，會直接降低建筑的質(zhì)量和使用壽命，影響建筑結(jié)構(gòu)的設計的效果。針對高層建筑結(jié)構(gòu)設計中需要計算的設計部位來講，計算的準確性直接影響設計的科學性、合理性。而設計資料的完善與否、計算公式選擇的合適與否、計算過程中數(shù)據(jù)精確度處理得當與否都會影響計算結(jié)果的準確性，進而影響建筑結(jié)構(gòu)設計的合理性。

4.高層結(jié)構(gòu)設計存在問題的應對策略

根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設計存在的問題分析，筆者根據(jù)自身的豐富設計經(jīng)驗，提出注重選擇結(jié)構(gòu)方案合理性、合理使用計算簡圖、在結(jié)構(gòu)設計中注重建筑物各種性能的實現(xiàn)3個方面的應對措施，以下進行詳細闡述。

4.1 注重選擇結(jié)構(gòu)方案合理性

結(jié)構(gòu)方案選擇的合理與否直接關(guān)系高層建筑工程的建筑質(zhì)量。科學、合理的建筑結(jié)構(gòu)方案能夠使建筑結(jié)構(gòu)水平設計的效果順利實現(xiàn)，因此在建筑結(jié)構(gòu)設計過程中要對結(jié)構(gòu)方案的選擇給予高度重視。結(jié)構(gòu)方案選擇的過程中，首先要針對結(jié)構(gòu)方案的相關(guān)標準和規(guī)范仔細研究，以防因結(jié)構(gòu)設計方案與相關(guān)標準沖突影響后續(xù)施工的順利開展。其次，具體結(jié)構(gòu)方案的選擇還需根據(jù)建筑工程的施工區(qū)域和施工現(xiàn)場的實際情況等綜合考慮。最后，還需要根據(jù)建筑工程的規(guī)模、施工現(xiàn)場的基礎(chǔ)情況進行實地勘察，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案的選擇。

4.2 合理使用計算簡圖

計算簡圖是建筑結(jié)構(gòu)設計的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，計算簡圖中具有建筑結(jié)構(gòu)設計的計算內(nèi)容，是影響建筑結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵所在，因此加強計算簡圖的合理運用有助于建筑結(jié)構(gòu)設計的安全、合理目標的實現(xiàn)。由于高層建筑結(jié)構(gòu)設計具有極強的復雜性，在確定計算簡圖時存在一定的難度，計算簡圖的具體確定過程總必須綜合考慮各種因素的影響，以確保后續(xù)計算工作的準確性、客觀性。同時在計算過程中還要加強計算簡圖的合理使用，以保證計算的高準確性。

4.3 在結(jié)構(gòu)設計過程中注重建筑物各種性能的實現(xiàn)

高層建筑結(jié)構(gòu)設計的主要目的就是滿足建筑物的各方面功能性的需要，只有各方面功能性需要良好實現(xiàn)才能說明該高層建筑結(jié)構(gòu)設計是否合理科學，也才能保證建筑正常使用。建筑結(jié)構(gòu)設計的性能指標主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)延展性、水平力、穩(wěn)定性三者。第一，提升建筑結(jié)構(gòu)延展性設計。建筑結(jié)構(gòu)延展性設計主要是針對高層建筑容易出現(xiàn)倒塌、變形等問題而提出的。其中較為常見的建筑物遭受自然災害，發(fā)生的結(jié)構(gòu)變形和倒塌。因此提升建筑結(jié)構(gòu)延展性具有現(xiàn)實意義。在結(jié)構(gòu)設計過程中注重延展性的實現(xiàn)。第二，注重高層建筑結(jié)構(gòu)水平力。水平力是指高層建筑結(jié)構(gòu)在同一平面內(nèi)受到的各種載荷力的總稱。水平力對于高層建筑結(jié)構(gòu)的影響十分明顯，設計人員在設計過程總要做好相關(guān)控制工作。第三，滿足高層建筑對于穩(wěn)定性的要求。建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是建筑結(jié)構(gòu)設計中的最重要的性能指標。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的實現(xiàn)有賴于設計過程中合理設計各關(guān)鍵點，其中比較典型的應用即為短肢剪力墻設置位置的控制。

結(jié)語

當今高層建筑已成為建筑工程發(fā)展的主要趨勢，高層建筑的質(zhì)量成為人們廣泛關(guān)注的焦點。高層建筑結(jié)構(gòu)設計作為高層建筑的主要工作之一，直接關(guān)系到建筑物的質(zhì)量和使用壽命。當前我國高層建筑結(jié)構(gòu)設計存在短肢剪力墻設置不合理、建筑設計超高、嵌固端設計不合理等問題，設計人員要對此問題給予高度注意，采取有效的解決措施，以實現(xiàn)建筑質(zhì)量的提升。

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