多層大跨超長混合建筑結構設計分析

丁超

摘要：本文具體分析了大跨度超長建筑結構的特征和優勢，并對其設計中涉及的具體問題進行分析和總結，為項目設計和施工提供資料參考。

關鍵詞：多層大跨度;超長;混合建筑;結構設計

對建筑進行研究，我們很容易發現梁、柱承重結構的身影。雖然這些承重結構能夠提升建筑穩定性和可靠性，但在一些特殊場合中，這些梁和柱子就會十分礙事。比如說在飛機航站樓、火車站候車廳、大型的工廠、大型倉庫等場所，過多的梁和柱子，就會影響空間的使用率，并且在視覺效果上也比較差。超長結構的出現，解決了這一問題，這種結構的建筑能夠保證結構空間的完整性，視覺效果也十分優越，但在建筑結構設計上需要關注很多問題。

一、結構解析

（一）結構解析

這種結構的建筑，為何在傳統建筑技術的背景下沒有呢，關鍵就在于現代的材料科學和建筑技術，給該技術的實現提供了可能。比如說鋁合金結構和復合材料結構，不僅穩定性得到了保證，并且其更輕、強度更高的結構也極大的降低了整體重量，保證了結構安全。只是有材料也不行，只憑借人力，是無法完成此類大型結構的安裝工作的，還必須有相應的安裝設備。中國建設工程機械安裝技術發展也十分迅猛，很多大型、重型的安裝設備都投入了使用，這使得人們可以將這些大型結構預先制作，現場進行拼接組裝，就好似拼積木一樣的將他們拼接在一起。

（二）技術難點

該結構雖然在空間利用上面有很大優勢，但由于跨度比較大，因而設計難度較高。設計難度最大的就是對受力，不僅要考量材料，還需要對其形狀、形變和可能帶來的結構改變來精準計算。除此之外，施工同樣需要考慮，因為無論什么樣的設計，都需要具體的施工才能實現，如果在現有的設備和施工技術下無法完成的工程，那設計再精美再精巧也等于無用功。

二、結構特點

（一）結構更加穩定

由于該結構跨度大，因而就要對材料和結構進行優選，只有確保所有的結構都符合要求，才能保證建筑的最終成功。因此相比于傳統的普通結構，這種結構由于設計難度大，對結構穩定性和計算的準確性有更精準的要求，而普通結構難度低，不會進行那么精密的計算，因此從成果上來說，此類結構穩定性都比較好。

（二）更高的剛度

剛度是衡量結構在形變作用下抵抗能力的要素，由于此類結構受力十分復雜，因而對材料和形狀的要求十分具體，要求建筑不僅能夠承載，并能夠具有一定剛度，只有這樣才能在使用中不會產生形變。因此，此類結構在施工中一般會用構件進行穩定性的固定。

（三）安全要求

越是龐大的建筑結構，越要對地震、風等安全影響因素進行綜合性考量和設計，所以在建筑設計階段，不僅要對其抗震性能進行整體化設計。在設計中要考慮到變形集中的問題，也就是說這種建筑很容易出現穹頂破壞嚴重的現象，尤其是多層結構中，很容易出現受力的薄弱樓層，這也是地震中受害最嚴重的地方。

二、設計施工要點

（一）結構類型選擇

常見的大跨度多層超長結構主要有連接式和并列式兩種結構，這兩種結構在具體應用中都取得了很好的成績。連接式多應用于功能復雜的建筑設計中，這是由于連接式的設計能夠最大的保證實際的建設和安全要求。并列式則更適用于結構簡單些的對稱式的設計，因為該類型在受力下其結構能夠進行自我的力學釋放，所以設計難度稍小些。另外還有一種支撐式的設計方案，該結構對材料的要求比較高，剛性比較強大，并且抗震性能會更好一些，防風性能也比較優越，因此在一些風害比較嚴重，抗震要求高的地方有一定的應用。

（二）鋼結構設計

鋼結構是該建筑的主要受力和荷載系統，因此在設計的時候對鋼結構的設計一定要慎重。設計的關鍵點就是要做好材料的選擇，并做好受力結構的設計。除此之外還需要考慮到和基礎的配型，并且將抗震和防風設計都綜合在一起。除此之外，還需要對鋼結構的預安裝進行綜合性的全盤考量，確保結構的整體性和連貫性。鋼結構是需要與混凝土結構相連接的，因此連接點的力學特征也需要細致的計算。因此其鋼結構設計并不是單一的設計，而是一項綜合性較強的工程。

（三）混凝土設計

混凝土在該結構中主要承擔著基礎、連接件的作用，由于該結構整體性比較強，因此混凝土結構也承擔著比較大的力學作用。如果混凝土設計不可靠，出現變形、裂縫等問題，那混凝土出問題的部位的局部受力就會改變，整體力學的穩定性就會受到影響。除此之外，混凝土的剛度、強度和韌性也需要達到標準，因此在混凝土設計的時候，對于關鍵的連接部位和受力結構，混凝土的強度、韌性設計要強于其他未知。除此之外，為了減少混凝土產生裂縫從而影響安全的概率，混凝土設計還需要考慮到預應力作用。雖然混凝土設計難度較大，但優秀的設計不僅不會影響整體的安全性和穩定性，反而會通過力學作用從而應用鋼結構的力學形變來提升強度。但是對于一些力學特征不明顯的位置的混凝土，也需要對其無縫設計進行考量，因為所有的混凝土結構都影響著整體結構的安全性和穩定性。

（四）溫差分析

對于室內外溫差比較大地區，超長混合結構設計難度就更大，因為需要考慮內外溫差對結構的影響。溫差不僅會影響鋼結構的力學特征和剛性，對混凝土的形變量和裂縫問題還有重大影響。對于此類結構，要考慮到溫度作用下的框架內力，因為越是大規模的結構，其內力聚集的問題就越嚴重，對建筑結構安全影響就越大。為了解決這一問題，可以通過在受力位置添加強縱筋或者梁配筋的方式，防治拉伸力給整體結構的影響。對于一些容易產生形變和裂縫的溫差下的混凝土，可以通過增加配筋量來解決問題。而頂板混凝土應力形變的問題，則可以通過計算機進行建模分析，對溫差工況進行細致分析，從而找到最適合的配筋和混凝土配比，提升整體的抗溫差能力。

綜上所述，我國大跨度多層混凝土結構設計能力已經比較強大，這得益于我國材料科學、機械設備的進步和經驗的積累，但作為一種大型的綜合性項目，其設計仍然是整個項目能否實施的重點，相信隨著技術的不斷進步和發展，該技術將在國內得到更廣泛的應用。

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