淺談高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合分析

高超

摘要：就現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)狀來看，結(jié)合實(shí)際情況開展針對(duì)這項(xiàng)工作的原則實(shí)施全面的研究分析是非常必要的，并且符合社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)和需求，推動(dòng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的優(yōu)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高層建筑；建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活極大的豐富，廣大民眾對(duì)生活質(zhì)量水平的需求已經(jīng)不再局限于眼前的水平，并且對(duì)生活的環(huán)境建設(shè)提出了更大的挑戰(zhàn)，正是如此就為建筑行業(yè)的施工和設(shè)計(jì)工作帶來了更高的挑戰(zhàn)，整個(gè)建筑行業(yè)也在不斷的創(chuàng)新，意圖將現(xiàn)如今的高層建筑結(jié)構(gòu)形式朝著更加高端的方向優(yōu)化。但是伴著人們對(duì)建筑數(shù)量需求量的不斷提升，使得建筑逐漸朝著更高的層次方向邁進(jìn)，這就為建筑項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作制造了更大的困難。高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作的作用不但影響到整個(gè)工程的外部形態(tài)，并且與整個(gè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和穩(wěn)固性存在密切的聯(lián)系。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師和工程師將各種建筑結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行不同的組合，用圖紙繪制出能體現(xiàn)用戶需求的過程。總體來說，建筑工程中的結(jié)構(gòu)要素主要包括梁、柱、板、地基基礎(chǔ)以及大樣等內(nèi)容，工程師運(yùn)用建筑系統(tǒng)知識(shí)對(duì)它們進(jìn)行組合構(gòu)成各種不同的建筑結(jié)構(gòu)從而形成建筑結(jié)構(gòu)體系。建筑結(jié)構(gòu)中的防震設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成的危害程度和負(fù)面效應(yīng)，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)破壞過程進(jìn)行分析，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)中加入不同的元素以減輕可能發(fā)生的實(shí)際問題。針對(duì)民用建筑，工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮到建筑結(jié)構(gòu)的總體布局，而且要關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)問題，尤其是關(guān)鍵部位的細(xì)節(jié)問題，從而達(dá)到抗震防震的作用。另外，工程師需要著重考慮建筑的受力結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的選擇和地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，從而達(dá)到建筑高層化的要求。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題

（一）不當(dāng)材料的使用

目前，在建筑行業(yè)中，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有取材容易、耐久性、可塑造性以及整體性等優(yōu)點(diǎn)，施工單位對(duì)其的應(yīng)用越來越廣。但是為了建筑物的整體美觀，施工過程中對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)留下的伸縮縫隙較小，加上其本身特點(diǎn)中的抗裂性差，導(dǎo)致建筑物容易產(chǎn)生裂縫。一般而言，一旦建筑物產(chǎn)生裂縫，就會(huì)對(duì)其防水抗凍、防腐蝕能力產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)也會(huì)很不利于建筑物的美觀。為有效補(bǔ)救鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶來的負(fù)面效應(yīng)，目前建筑行業(yè)中出現(xiàn)了膨脹加強(qiáng)帶以及后澆帶等方法。

（二）建筑結(jié)構(gòu)的受力設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初級(jí)階段，工程師沒有關(guān)注它的具體細(xì)節(jié)而是建筑結(jié)構(gòu)的空間組成特點(diǎn)。建筑物的地基設(shè)計(jì)對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的豎向以及水平穩(wěn)定起決定性作用，由于現(xiàn)代建筑物都是由笨重的大型材料組合而成，而且建筑結(jié)構(gòu)的的重力都是向下的，所以建筑物結(jié)構(gòu)必須要將其自身質(zhì)量轉(zhuǎn)移到地面。工程師必須要掌握建筑結(jié)構(gòu)體系中向下的作用力和地基承載能力的關(guān)系，從而對(duì)建筑物中核心的主心柱和主要承重墻的分布圖進(jìn)行繪制。對(duì)于不同層高的建筑物，橫縱向結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)原理大致相同，但是豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)卻又很大的不同，這是因?yàn)檩^高的建筑物側(cè)向力會(huì)產(chǎn)生更大的傾覆力矩和剪切變形，需要更大的承重柱、承重墻和井筒。

（三）建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)

我國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī) 范》中有明確規(guī)定：“建筑結(jié)構(gòu)的底部框架（抗震墻結(jié)構(gòu)），其上方部位的砌體抗震墻和底部設(shè)置的框架梁或抗震墻，應(yīng)當(dāng)相互之間對(duì)齊或者基本上對(duì)”。但是實(shí)際施工過程中并沒有遵循這一要求，一些設(shè)計(jì)師為創(chuàng)造更大的底層空間，減少了砌體抗震墻的面積，這樣會(huì)導(dǎo)致上部的抗震墻和地底下的抗震墻或建筑框架難以對(duì)齊，最終使得總體建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部無(wú)法起到規(guī)則化傳力的作用。相關(guān)部門對(duì)這些現(xiàn)象都應(yīng)該加以嚴(yán)格控制，另外建筑物的總高度也應(yīng)該受到嚴(yán)格的控制。

（四）建筑結(jié)構(gòu)中的地基設(shè)計(jì)

作為建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較重要的環(huán)節(jié)，地基設(shè)計(jì)不僅會(huì)影響到建筑結(jié)構(gòu)的后期設(shè)計(jì)而且是整個(gè)建筑工程造價(jià)占據(jù)比例最大的部分。所以，在地基設(shè)計(jì)階段如果出現(xiàn)問題就會(huì)造成較大的無(wú)法挽回的損失。建筑的地基應(yīng)該選擇質(zhì)量好、承載能力強(qiáng)、并能夠均勻沉降的基礎(chǔ)。如果建筑物過高，可以設(shè)計(jì)地下室來減小地基的沉降量，這樣不僅能幫助承受地面壓力而且能夠保持地上建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。但是，需要注意的是，進(jìn)行地基設(shè)計(jì)的時(shí)候要深入的學(xué)習(xí)建筑物所在地方的相關(guān)地基設(shè)計(jì)規(guī)范，避免由于不規(guī)范設(shè)計(jì)影響到項(xiàng)目的后期工作。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的解決措施

（一）合理利用豎向空間

目前由于土地資源的日益緊張，高層建筑在民用建筑中得以應(yīng)該應(yīng)用，民用高層不同于其他的高層建筑，其要充分考慮到業(yè)主對(duì)建筑功能性的需求。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中要充分考慮到各種戶型的南向采光問題、衛(wèi)生防疫性能問題、共享空中庭院?jiǎn)栴}等，眾多需要考慮的功能性要求，使設(shè)計(jì)人員開始在民用高層建筑中進(jìn)行了大膽的嘗試，所以目前出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)連體、大底盤多塔及錯(cuò)層等多種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，隨著結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)師不斷的更新自己的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)是進(jìn)行技術(shù)性的創(chuàng)新，同時(shí)還要更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的利用。只有這樣，才能滿足所設(shè)計(jì)出來的高層民用建筑具有更好的經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性。

（二）選擇性價(jià)比較高的建筑材料

經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)帶來物價(jià)的上升，建筑工程中土地、建材都不可避免的受到波及。要想控制建筑工程的成本，設(shè)計(jì)師就要憑借自己的工作經(jīng)驗(yàn)和掌握的資源從宏觀上對(duì)建筑整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行把控，在工程前期對(duì)比分析各類結(jié)構(gòu)部件、審核計(jì)算結(jié)果，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)體系的整體性能最優(yōu)。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要保證建筑物安全適用、有先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)合理的新型技術(shù)和材料，并確保設(shè)計(jì)方案的價(jià)格最低、經(jīng)濟(jì)效益最好。

（三）更高的抗震設(shè)計(jì)要求

現(xiàn)代化的建筑工程都會(huì)增加抗震功能。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，工程師不僅要分析建筑物在正常使用時(shí)的豎向荷載和風(fēng)力荷載，還要建筑物具有防震抗震的能力，從而進(jìn)一步提高建筑物的商業(yè)價(jià)值。地震效應(yīng)和建筑物的重量成正比，減輕房屋的重量能有效提高建筑結(jié)構(gòu)抗震的能力，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮到這方面的因素，在設(shè)計(jì)工作中盡量合理布局，使用新型復(fù)合材料，減輕建筑物的重量，從而有效提高建筑的抗震能力。

四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)優(yōu)化

（一）選擇科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案必須有一個(gè)符合實(shí)際、具有可操作性的結(jié)構(gòu)形式體系，這個(gè)體系應(yīng)該具備受力方向和大小明確、傳遞時(shí)簡(jiǎn)捷等特點(diǎn)。同一結(jié)構(gòu)單元應(yīng)該用一套結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)該遵守平面和豎向的結(jié)構(gòu)規(guī)則。施工單位必須明確工程的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，綜合分析材料質(zhì)量、地理環(huán)境、施工條件等情況，并和各供應(yīng)商協(xié)商，在多種結(jié)構(gòu)選型方案中選用最優(yōu)方案。

（二）選擇合適的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

結(jié)構(gòu)計(jì)算是依據(jù)計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行的，如果選用了不合適的計(jì)算簡(jiǎn)圖，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)計(jì)算錯(cuò)誤從而引發(fā)安全事故的發(fā)生，所以選用合適的計(jì)算簡(jiǎn)圖是保證建筑結(jié)構(gòu)安全的前提。實(shí)際的建筑物結(jié)構(gòu)中不存在純粹的剛結(jié)點(diǎn)和鉸結(jié)點(diǎn)，但計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差與實(shí)際結(jié)構(gòu)的誤差應(yīng)該控制在允許范圍之內(nèi)，還必須要有對(duì)應(yīng)構(gòu)造措施的保證。

五、結(jié)語(yǔ)

高層建筑的發(fā)展已經(jīng)改變了我們的生活環(huán)境，提高了生活質(zhì)量，促進(jìn)了城市發(fā)展得更好，但目前高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題不可忽視，這就要求高層建筑不能盲目追求時(shí)尚和潮流，而應(yīng)該從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，在確保高層建筑質(zhì)量的同時(shí)，促進(jìn)人們安全幸福生活，從而促進(jìn)中國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的繁榮。

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（作者單位：黑龍江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司）