高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

吳海波

摘 要：近年來，隨著城市人口不斷增多，人地矛盾日趨激烈。為了滿足市政規(guī)劃的需求，高層建筑項(xiàng)目越來越多。由于高層建筑具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、樓層多、施工技術(shù)要求高等特點(diǎn)，為了確保其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展，就必須要加強(qiáng)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。現(xiàn)階段高層建筑的抗震、抗風(fēng)理論不斷深化，提高了高層建筑的安全性。該文主要運(yùn)用概念設(shè)計(jì)，探討分析高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題，以供參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)體系 結(jié)構(gòu)類型 抗震設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（c）-0123-02

1 概念設(shè)計(jì)的重要性

概念設(shè)計(jì)能夠有效凸顯設(shè)計(jì)思想的先進(jìn)性，作為結(jié)構(gòu)工程師，其最主要的工作就是將總體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)完全落實(shí)到既定的建筑空間之中，并合理協(xié)調(diào)不同構(gòu)件和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。現(xiàn)階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多是采用的一體化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序，但是對(duì)于計(jì)算機(jī)結(jié)果中出現(xiàn)問題或者不合理部分，很多工程師都不能及時(shí)發(fā)覺或者改正。很多工程師會(huì)隨著年齡的增加導(dǎo)致工作熱情逐漸降低，創(chuàng)新思想日益退化。之所以大力推行概念設(shè)計(jì)是因?yàn)楝F(xiàn)階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論中的問題及不合理部分比較多，例如，在設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，其使用彈性理論來計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，但是卻使用塑性理論的極限狀態(tài)的理念來設(shè)計(jì)截面，這兩個(gè)部分是存有矛盾的，所以導(dǎo)致設(shè)計(jì)與實(shí)際情況差距很大，為了避免這些情況的影響以及完成對(duì)某些不能進(jìn)行計(jì)算結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，只能通過概念設(shè)計(jì)的方式來設(shè)計(jì)出最適用于結(jié)構(gòu)要求的設(shè)計(jì)方案。

2 概念設(shè)計(jì)應(yīng)用原則

2.1 優(yōu)化選型原則

（1）優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要全面掌握建筑基本構(gòu)件特征，其次要根據(jù)建筑環(huán)境、荷載以及具體使用情況來選擇優(yōu)化的方案，之后再仔細(xì)地判斷各種情況之間的聯(lián)系，并以此來建立結(jié)構(gòu)單元，最后通過平面、線型、疊合、交叉等集合形式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元，進(jìn)而使其形成主要結(jié)構(gòu)體系。（2）優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置。在確保建筑的使用需要以及意向的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑的樓層蓋水平、基礎(chǔ)系統(tǒng)以及柱墻豎向支承系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化布置。同時(shí)，還需將建筑承載力、側(cè)向與豎向變形、地質(zhì)條件、支承作法等結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，進(jìn)而確定其是否具備合理性、科學(xué)性與優(yōu)越性。

2.2 空間作用原則

通常來說建筑物作為空間結(jié)構(gòu)，因此需要對(duì)整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)直至建筑的施工質(zhì)量進(jìn)行全方位的管理和控制，比如：建筑中空調(diào)冷熱源、建筑負(fù)荷等的設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)的質(zhì)量，與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需要重視建筑中節(jié)能減排設(shè)計(jì)，使用水源熱泵來降低建筑通暖過程中的能耗，在確保設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)，盡可能提高建筑的經(jīng)濟(jì)性。項(xiàng)目質(zhì)量管理與暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，將質(zhì)量管控措施有效落實(shí)到暖通空調(diào)設(shè)計(jì)之中，確保設(shè)計(jì)方案科學(xué)性、全面性和經(jīng)濟(jì)性，在確保建筑供暖功能的前提之下，有效降低建筑的使用能耗，提高建筑設(shè)計(jì)的性價(jià)比。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

3.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為整個(gè)建筑重量的承載結(jié)構(gòu)，它的質(zhì)量直接關(guān)系著建筑的整體質(zhì)量，所以它的設(shè)計(jì)是非常重要的，因此設(shè)計(jì)人員必須不斷完善和改進(jìn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。比如：在施工規(guī)范中要求，基礎(chǔ)埋深應(yīng)達(dá)到建筑高度的1/18，所以在設(shè)計(jì)高層建筑基礎(chǔ)埋深時(shí)，要結(jié)合相關(guān)的資料及信息，設(shè)定合理的埋深，確保建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。如果不能確保高層建筑的穩(wěn)定性，則可以適當(dāng)調(diào)整基礎(chǔ)埋深的深度，加大基礎(chǔ)埋深的深度。除此以外，重視建筑基礎(chǔ)的整體性，作為同一結(jié)構(gòu)單元，其基礎(chǔ)必須相同，這樣才能夠保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的性能，確保整體傳力能力的良好。最后，抗扭轉(zhuǎn)剛度能力與抵抗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)也是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中需要重視的環(huán)節(jié)之一，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中抗震能力較差的部分進(jìn)行額外的加固。將概念設(shè)計(jì)有效用于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)之中，進(jìn)一步促進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和有效性，為高質(zhì)量的工程建筑奠定基礎(chǔ)。

3.2 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在各個(gè)環(huán)節(jié)的概念設(shè)計(jì)之中，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是最困難的，并且也是最重要和最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之一。建筑抗震能力與建筑的安全性密切相關(guān)，所以，必須確保建筑具有良好的地震防御能力，降低地震來臨時(shí)所產(chǎn)生的不良影響，為了有效確保這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，可以從性能目標(biāo)、抗震的性能水平與目標(biāo)選用這幾個(gè)因素進(jìn)行考慮，設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。比如：在抗震性能方面，必須確保建筑在地震中和地震后的穩(wěn)固性。特別是在地震后，必須確保建筑關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這樣才能確保使用人員的人身安全，同時(shí)避免再次修補(bǔ)。據(jù)調(diào)查和研究分析發(fā)現(xiàn)在地震來臨時(shí)，高層建筑會(huì)受到各個(gè)不同方向的作用力，因此，建筑的抗震能力是極為重要的。特別是在對(duì)建筑薄弱位置的設(shè)計(jì)，與建筑的具體情況相結(jié)合，在不影響建筑質(zhì)量的前提下，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，盡可能不使用過于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。建筑設(shè)計(jì)是決定高層建筑地震抵抗能力的關(guān)鍵所在，因此為了使建筑在地震發(fā)生時(shí)可以有效分散地震帶來的沖擊力，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循科學(xué)、合理的原則，提高建筑的抗震能力，確保建筑的安全和穩(wěn)固。

3.3 合理的剛度

在建筑施工或者使用中會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)彎曲或者變形的情況，為了避免這一情況的出現(xiàn)必須重視建筑的剛度，控制其在合理范圍之內(nèi)。所以在設(shè)置結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度時(shí)要根據(jù)建筑的實(shí)際情況合理制定，剛度不能過高，否則在地震發(fā)生時(shí)，會(huì)對(duì)建筑造成很大的影響。與此同時(shí)，在進(jìn)行配筋構(gòu)造施工時(shí)，可以增加其截面積，進(jìn)而促進(jìn)結(jié)構(gòu)剛度的增加，實(shí)現(xiàn)提高高層建筑抗震能力的目的，同時(shí)這種方法的成本還較低，有利于工程效益的提高。

3.4 建筑形狀的選擇

（1）建筑的平面布置應(yīng)簡(jiǎn)單規(guī)則。（2）建筑物豎向布置應(yīng)均勻和連續(xù)。前而兩條在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》表3.4.3-1和表3.4.3-2均有體現(xiàn)，在設(shè)計(jì)中確保結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性是為了使高層建筑結(jié)構(gòu)在地震作用時(shí)的傳力途徑直接有效，并且便于通過計(jì)算分析高層建筑抗震結(jié)構(gòu)的薄弱部分，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的優(yōu)化與完善，提高建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震能力，提高高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性。（3）質(zhì)量中心與剛度中心必須保持一致，若是二者不重合，必然會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，導(dǎo)致距離剛度中心比較遠(yuǎn)的構(gòu)件出現(xiàn)較小的應(yīng)力，進(jìn)而出現(xiàn)安全質(zhì)量問題。（4）對(duì)于復(fù)雜體型的處理，通常兩種做法：設(shè)縫，將建筑物劃分成規(guī)則的單元；在對(duì)建筑物進(jìn)行細(xì)致的抗震分析后，采取加強(qiáng)措施以提高結(jié)構(gòu)的抗變形能力。

4 結(jié)語

總而言之，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要考慮諸多因素，概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用能夠有效推動(dòng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展，提升高層建筑的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。因此。希望該文提到的有關(guān)高層建筑的概念設(shè)計(jì)方法，能夠?yàn)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供一定的幫助。

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