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

趙新源

摘要：隨著我國(guó)城市用地的緊張，超高層建筑已經(jīng)越來越常見。在超高層建筑的過程中，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性對(duì)建筑的質(zhì)量有著較為直接的影響。因此，在對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，一些關(guān)鍵性問題應(yīng)當(dāng)要引起設(shè)計(jì)師的注意。本文將簡(jiǎn)單分析超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題。

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

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，超高層建筑越來越受到人們的關(guān)注，在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要用到很多先進(jìn)的知識(shí)和技術(shù)，因此要保證設(shè)計(jì)師具有先進(jìn)的思想觀念，因?yàn)榻ㄔO(shè)超高層建筑是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中不僅要保證超高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性，還要保證建筑的實(shí)用性。由于超高層的建筑一般都是用來當(dāng)做寫字樓或者是居民用房，因此人流比較密集，只有保證擁有科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能夠?qū)崿F(xiàn)超高層建筑的正常使用，在超高層建筑設(shè)計(jì)過程中有很多關(guān)鍵性的問題都是要注意的。

一、超高層建筑結(jié)構(gòu)體系類型

（一）框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系

在實(shí)際進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案選擇時(shí)，主樓采用能夠承載較大豎向和水平荷載的框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。為達(dá)到這一建筑外觀要求，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，在建筑兩側(cè)增設(shè)了四道水平剪力墻，作為上部大跨度裝飾構(gòu)架的支撐點(diǎn)，大跨度裝飾構(gòu)架則采用鋼結(jié)構(gòu)空間桁架方案，出屋面部分剪力墻采用型鋼混凝土剪力墻，與鋼結(jié)構(gòu)桁架進(jìn)行連接，即滿足了結(jié)構(gòu)擾度及位移比等各項(xiàng)規(guī)范設(shè)計(jì)要求，又實(shí)現(xiàn)了立面造型與空間結(jié)構(gòu)完美結(jié)合。

（二）剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指借助鋼筋混凝土板來構(gòu)成建筑的承重體系，其優(yōu)點(diǎn)是抗側(cè)剛度好、抗震能力強(qiáng)、抗風(fēng)能力強(qiáng)，當(dāng)建筑受到水平反向的作用時(shí)不易發(fā)生變形或側(cè)移的情況，承載力較好，外觀較為美觀，因此，剪力墻結(jié)構(gòu)在當(dāng)前的建筑中使用較為廣泛。但是這種結(jié)構(gòu)并不能夠被輕易拆除，后期維護(hù)較難，且不利于形成大的建筑利用空間。

（三）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系

該結(jié)構(gòu)類型是將框架結(jié)構(gòu)體系與剪力墻結(jié)構(gòu)體系結(jié)合起來的復(fù)合型結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)體系結(jié)合力框架與剪力墻兩種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)，不僅能夠滿足超高層建筑靈活的建筑布局，同時(shí)也提高了超高層建筑的抗震能力和亢奮高能力，提高了超高層建筑的穩(wěn)定性。但需要注意的是，當(dāng)使用這種結(jié)構(gòu)體系的時(shí)候，剪力墻的數(shù)量應(yīng)當(dāng)要合理，若其數(shù)量過多，則會(huì)提高了建筑成本，若其數(shù)量過少，則可能會(huì)導(dǎo)致建筑側(cè)墻壓力增大，甚至引起建筑變形的情況。

二、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的不足

（一）超高層建筑抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的不足

目前，一些超高層建筑在抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)應(yīng)用方面，依然沿用傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特征，并沒有按照空氣動(dòng)力效應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行超高層建筑設(shè)計(jì)理念的明確控制，導(dǎo)致超高層建筑無法憑借對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的有效處理實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化處置。

（二）超高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的不足

雖然地震災(zāi)害的頻率并不是很高，但依然是影響超高層建筑使用人員安全水平的關(guān)鍵性因素。目前，一些超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員存在靈活性不足的問題，并沒有對(duì)常規(guī)的超高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的改良。還有部分建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)于超高層建筑承重的復(fù)雜性重視程度不足，缺乏對(duì)抗震計(jì)算活動(dòng)的關(guān)注，導(dǎo)致很大一部分超高層建筑在實(shí)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，無法為抗震性能優(yōu)化提供幫助。

（三）超高問題

我國(guó)相關(guān)文件對(duì)超高層建筑的抗震能力有一定的要求，而抗震能力又與超高層的結(jié)構(gòu)體系以及高度有關(guān)。在通常情況下，一些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師會(huì)在建筑結(jié)構(gòu)類型變換的基礎(chǔ)上忽略了超高的問題，導(dǎo)致施工中存在各種各樣的問題。此外，一些建筑也會(huì)由于受到各種外力因素的影響而臨時(shí)加高，沒有按照?qǐng)?bào)建要求展開施工，導(dǎo)致建筑物超高。因此，面對(duì)超高問題，相關(guān)人員要對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行重新審核，避免超高問題影響了建筑的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

三、問題解決對(duì)策

（一）加強(qiáng)防震設(shè)計(jì)

1、在進(jìn)行超高層以及復(fù)雜高層建筑的施工操作的時(shí)候，要想保證能夠起到一定的抗震作用，對(duì)于建筑材料的選擇是至關(guān)重要的。2、要切實(shí)做好建筑的設(shè)計(jì)工作，確保地震發(fā)生時(shí)，能量的輸入能夠得到有效的控制。具體所需要做到的方面有，第一，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)在地震情況下的各樓層的位移和變形的限制進(jìn)行良好的控制;第二，在對(duì)超高層和復(fù)雜高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要充分考慮到地震所發(fā)生的可能性，采用積極和基于抗震的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，并且對(duì)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)要進(jìn)行定量的分析，確保所作的抗震設(shè)計(jì)能夠滿足要求;第三，要對(duì)建筑物在地震情況下，所發(fā)生的變形和位移這兩者之間的關(guān)系進(jìn)行精確的計(jì)算，預(yù)先設(shè)計(jì)好構(gòu)件的變形值;第四，結(jié)合建筑物的高度和大小對(duì)建筑物的構(gòu)造進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì);第五，高層建筑施工的場(chǎng)地一定要選用堅(jiān)固的土地，確保地基的穩(wěn)定性，這在一定程度上也能夠減少地震的危害性。

（二）控制結(jié)構(gòu)的自重，提供科學(xué)合理的重力荷載傳遞路徑

1、對(duì)高層建筑的重力荷載傳遞途經(jīng)已經(jīng)要進(jìn)行明確的設(shè)計(jì)，使傳遞途徑盡可能的直接和明確。2、對(duì)樓板的選用方面，一定要綜合建筑的具體高度、設(shè)備、承重能力等方面的要求，并且還要綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等因素，綜合考慮之后確定最優(yōu)的選擇。3、在進(jìn)行施工建設(shè)的時(shí)候，可以采用鋼筋+組合樓板相結(jié)合的形式，來縮短施工工期和達(dá)到減低樓板自重的目的;并且針對(duì)組合梁，可以在具體鋪設(shè)的時(shí)候采用上面鋪設(shè)小鋼梁下面鋪設(shè)大鋼梁的方法，減少施工成本;在進(jìn)行混凝土平板施工操作的時(shí)候，可以通過在混凝土中填充柱狀、球形或者其他形狀的輕質(zhì)材質(zhì)降低結(jié)構(gòu)的重量。4、超高層建筑的外圈所鑄造的框架柱以及核心筒會(huì)存在一定的差異壓縮，要充分考慮這種變形差對(duì)水平建筑構(gòu)件所產(chǎn)生的內(nèi)力影響。如果有必要可以將框架和核心筒之間相互連接的水平構(gòu)件進(jìn)行連接，一端采用鉸連接方法，另一端采用桁架斜腹桿延遲的連接方法，保證建筑工程的施工質(zhì)量。

（三）加強(qiáng)地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

加強(qiáng)對(duì)地基與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作尤為重要。地基與基礎(chǔ)作為建筑重要的承重結(jié)構(gòu)，其具有穩(wěn)定地上結(jié)構(gòu)的作用，因此，設(shè)計(jì)人員在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對(duì)工程當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件和地下水分布進(jìn)行詳細(xì)的勘察和分析，并選擇科學(xué)合理的基礎(chǔ)方案，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。對(duì)于獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，可以采用階梯型設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)不僅有利于后期施工，還能有效的確保施工質(zhì)量，此外，在對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)間的拉梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮覆土荷載對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，如有必要，可以通過提高混凝土強(qiáng)度或者配筋強(qiáng)度來提升建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

四、結(jié)語(yǔ)：

超高層和超高層建筑是社會(huì)發(fā)展的必然結(jié)果，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及建筑施工技術(shù)的提高，越來越高的施工技術(shù)將會(huì)在復(fù)雜高層和超高層建筑的施工中有所體現(xiàn)。所以在對(duì)復(fù)雜高層以及超高層建筑進(jìn)行施工的時(shí)候，對(duì)施工工藝的選取是非常重要的，同時(shí)為了切實(shí)保證施工質(zhì)量一定要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作做好嚴(yán)格把控，控制好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，爭(zhēng)取從根本上保證高層建筑的施工質(zhì)量。

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