高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及優(yōu)化措施分析

宋 佳

（山東建大建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)南 250000）

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則闡釋

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)秀性主要通過(guò)安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性以及美觀性等多個(gè)方面體現(xiàn)出來(lái)。一般來(lái)講，需借助設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)與因素保證建筑物功能的合理有序，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)可靠性與安全性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般要遵循建筑設(shè)計(jì)，不應(yīng)對(duì)建筑設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，且盡量與建筑功能需求相適應(yīng)。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)處于建筑設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)的范圍，對(duì)安全加以把控，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與合理性目標(biāo)。要想使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加實(shí)用與安全，就必須明確設(shè)計(jì)的基本原則。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題

2.1 抗震問(wèn)題

高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直以來(lái)都是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)。因?yàn)榈卣饘儆谧匀灰蛩兀總€(gè)地區(qū)的抗震設(shè)防烈度不同，計(jì)算得出的數(shù)據(jù)也并不是所有地區(qū)都適用，并且計(jì)算地震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)，存在許多不確定性因素，加之一些設(shè)計(jì)人員的靈活性不足，不能很好地完善抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.2 超高問(wèn)題

高層建筑從本質(zhì)上說(shuō)，是為了節(jié)約建筑用地，將建筑空間得到最大限度的開(kāi)發(fā)。我國(guó)現(xiàn)行建筑規(guī)范規(guī)定，超過(guò)10層且高度＞27m的建筑極為高層建筑，＞100m則為超高層建筑，高層設(shè)計(jì)和差高層設(shè)計(jì)之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較大的差別，如果高層建筑超過(guò)規(guī)范規(guī)定的線稿，就必須要按照超高層建筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在高層建筑設(shè)計(jì)中，超高是一種較為常見(jiàn)的現(xiàn)象，主要是由于業(yè)主方過(guò)度重視經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)，對(duì)相關(guān)制度的了解不夠，導(dǎo)致超高問(wèn)題發(fā)生，甚至有些單位在明知建筑超高，還按照高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，以降低建筑成本，獲取更高利潤(rùn)。這種情況下，超高建筑結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性以承重情況均會(huì)發(fā)生變化，超高后不僅影響建筑整體質(zhì)量，同時(shí)還導(dǎo)致建筑的抗震性能以及抵御外界環(huán)境影響的能力下降，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)極大的安全隱患。

2.3 設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問(wèn)題

高層建筑物的高度決定了其在設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)內(nèi)部、外部會(huì)受到多種因素的影響，尤其是質(zhì)量中心、剛度中心和幾何中心很難保持在一個(gè)統(tǒng)一的位置，造成了高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的安全風(fēng)險(xiǎn)。另外，風(fēng)荷載的影響，也是造成高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的常見(jiàn)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要綜合考慮各種因素，改善當(dāng)前設(shè)計(jì)中的不準(zhǔn)確、不合理現(xiàn)象，真正提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題的優(yōu)化措施

3.1 規(guī)范防震設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最重要的目標(biāo)是提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少地震等自然災(zāi)害對(duì)人力、財(cái)力的負(fù)面影響。因此，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行提升時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分規(guī)劃結(jié)構(gòu)中的防震設(shè)計(jì)，著重注意對(duì)截面高度的確定和調(diào)整。同時(shí)，需要對(duì)不同主軸方向和水平方向上的承重柱進(jìn)行抗震防范分析與計(jì)算，充分考慮到整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)橫縱方向框架的穩(wěn)定作用，不能有失偏頗，避免在實(shí)際設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中出現(xiàn)配筋不足的現(xiàn)象。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)優(yōu)化

在具體設(shè)計(jì)中，必須加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的優(yōu)化。保證錄入計(jì)算機(jī)中的結(jié)構(gòu)尺寸、規(guī)格、型號(hào)等相關(guān)數(shù)據(jù)都輸入準(zhǔn)確，避免發(fā)生計(jì)量誤差。此外，尤其是在結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)選擇時(shí)，需要結(jié)合住宅建筑工程結(jié)構(gòu)的特性和實(shí)際情況，合理編寫(xiě)計(jì)算程序，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的準(zhǔn)確性。在整個(gè)住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，不能只憑借計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)分析計(jì)算，還要按照計(jì)算模型和設(shè)計(jì)人員的自身技術(shù)水平，通過(guò)“人機(jī)相互結(jié)合的方法”保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的可靠性。

3.3 科學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)縫

結(jié)構(gòu)縫設(shè)計(jì)好壞是影響房屋安全的關(guān)鍵，要充分重視結(jié)構(gòu)縫設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)縫設(shè)計(jì)開(kāi)展重點(diǎn)研究，提高設(shè)計(jì)水平與能力。所以說(shuō)，相關(guān)的建筑企業(yè)要提高綜合實(shí)力，以質(zhì)量為基礎(chǔ)，保證設(shè)計(jì)效果。那么，在實(shí)際設(shè)計(jì)作業(yè)期間，企業(yè)就需要全力投入，不能把眼光放在眼前，要保證房屋質(zhì)量，提高對(duì)結(jié)構(gòu)縫設(shè)計(jì)的能力，這樣，才能有效保證房屋穩(wěn)定性，避免房屋建筑工程坍塌的情況。相關(guān)設(shè)計(jì)人員要以現(xiàn)場(chǎng)為指導(dǎo)，深入施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，做好相應(yīng)勘察與分析，在掌握大量科學(xué)數(shù)據(jù)的前提下，把握好工程量，做好結(jié)構(gòu)縫設(shè)計(jì)。

3.4 創(chuàng)建有限元計(jì)算模型

在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要善于合理地應(yīng)用有限元計(jì)算軟件。相比國(guó)內(nèi)常用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM、YJK等采用2D建模結(jié)合3D視圖模型，Sap2000、Madis等真正基于有限元理論的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件可更好地對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行分析，更真實(shí)地反映實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)，得出更準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果。有限元分析是指利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)建筑結(jié)構(gòu)及載荷工況進(jìn)行模擬，將建筑分為一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單而又相互作用的單元，即可用有限數(shù)量的未知量去逼近無(wú)限未知量的真實(shí)建筑的一種分析方法。1）要根據(jù)建筑圖創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型。在模型創(chuàng)建的過(guò)程中，要盡量減少模型與實(shí)際建筑物之間的差距，盡可能地保證模型的準(zhǔn)確性。2）利用有限元計(jì)算軟件，對(duì)模型的抗震性能進(jìn)行分析和計(jì)算，對(duì)模型的抗震性能進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確保結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3.5 優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)建筑抗震結(jié)構(gòu)的時(shí)候，要保證數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確，使得承重柱的橫截面積滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。為此，在施工建設(shè)前應(yīng)測(cè)驗(yàn)預(yù)應(yīng)力，使其能夠承受特定范圍的外界作用力。在設(shè)計(jì)階段，要求支柱、橫梁和剪力墻處于平衡狀態(tài)，以免設(shè)計(jì)出現(xiàn)剛度過(guò)強(qiáng)的情況，同時(shí)要具備變性能力，能夠根據(jù)外力對(duì)承受能力加以調(diào)節(jié)，并保護(hù)剪力墻，使得建筑抗震能力不斷增強(qiáng)。

3.6 優(yōu)化高層建筑設(shè)計(jì)方案，避免超高問(wèn)題出現(xiàn)

在對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境進(jìn)行勘察，明確地下水分布、地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況、風(fēng)雪荷載等，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支持，確保建筑結(jié)構(gòu)符合工程要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。設(shè)計(jì)時(shí)需要嚴(yán)格按照我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，合理選擇設(shè)計(jì)方案，并驗(yàn)證其科學(xué)性、合理性，在掌握各方數(shù)據(jù)的情況下對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，避免出現(xiàn)與實(shí)際情況不相符的現(xiàn)象，尤其避免超高。因此，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要在建筑高度允許的情況下，精確相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，為高層建筑施工提供依據(jù)，保證施工質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，相對(duì)其他建筑，高層建筑結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)更加全面地考慮各方面的影響因素。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要充分了解高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特征，遵循高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，善于發(fā)現(xiàn)并采取有效措施解決問(wèn)題，防止出現(xiàn)質(zhì)量或安全問(wèn)題。高層建筑的安全性是重中之重，所以，設(shè)計(jì)人員不僅需要提高本身的專業(yè)能力，還應(yīng)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行創(chuàng)新突破，推進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的長(zhǎng)期、穩(wěn)定發(fā)展。