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

張軍

摘? 要：超高層建筑的出現(xiàn)解決了我國很多人的住房問題，然而，超高層建筑同樣存在著很多的安全隱患。為了確保超高層建筑的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，能夠達(dá)到正常的使用標(biāo)準(zhǔn)，需要相關(guān)的設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)化，加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的把控能力，從而提升整體建筑的安全性。對(duì)于超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作來說，需要設(shè)計(jì)人員對(duì)施工場(chǎng)地、環(huán)境等各方面因素進(jìn)行考察，對(duì)結(jié)構(gòu)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的計(jì)算，從而設(shè)計(jì)出合理的方案，這對(duì)設(shè)計(jì)人員來說也是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作。

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

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人類對(duì)生活的要求越來越高，同時(shí)對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有了更高的要求。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在很大程度上影響著超高層建筑的質(zhì)量，因此，在建筑施工過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷地創(chuàng)新建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升建筑物的整體設(shè)計(jì)效果，從而保證建筑物的工程質(zhì)量。

1.超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

1.1建筑結(jié)構(gòu)超高

隨著城市化的進(jìn)程加快，當(dāng)前的超高層建筑的數(shù)量逐漸增多，并且高度也在不斷擴(kuò)大。在這個(gè)過程中，建筑的整體性能面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，特別是抗震能力以及質(zhì)量問題。當(dāng)前，相關(guān)部門對(duì)建筑物的具體高度做出了嚴(yán)格的說明以及規(guī)定，然而，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員以及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)推廣力度弱等原因，仍然存在著很多的建筑物超高現(xiàn)象。建筑物超高意味著整體的抗震性能減弱，無法保證相關(guān)用戶的生命安全，并且對(duì)工程的造價(jià)、周期等也有著很嚴(yán)重的影響，因此，相關(guān)人員應(yīng)該對(duì)超高問題重視起來。

1.2基礎(chǔ)造型不科學(xué)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)不科學(xué)的情況比較常見。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，建筑結(jié)構(gòu)需要根據(jù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)充和完善，如果基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不合理，建筑結(jié)構(gòu)整體就難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不科學(xué)，主要是在建筑設(shè)計(jì)方面過度追求建筑外觀等因素，忽視建筑結(jié)構(gòu)的性能因素，導(dǎo)致建筑造型不符合建筑力學(xué)指標(biāo)，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)陷入困境。建筑基礎(chǔ)造型過于怪異，如建筑造型過度偏離重心位置，在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)中就需要調(diào)整建筑重心以滿足設(shè)計(jì)要求，但由于建筑力學(xué)、建筑承載等實(shí)際因素的限制，如果建筑造型導(dǎo)致重心過度偏移，建筑結(jié)構(gòu)就容易偏塌。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員往往忽視造型與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在強(qiáng)調(diào)美觀或風(fēng)格獨(dú)特性時(shí)，設(shè)計(jì)中的建筑選型脫離了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，導(dǎo)致沉降、塌陷、傾倒等結(jié)構(gòu)性問題，嚴(yán)重影響建筑的安全性能。

1.3設(shè)計(jì)方案不合理

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)各個(gè)層面指標(biāo)數(shù)據(jù)的一種綜合，是根據(jù)結(jié)構(gòu)施工要求、建筑材料類型、建筑條件等因素，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的施工時(shí)間、方式進(jìn)行規(guī)范和整合，最終形成具有建筑指導(dǎo)價(jià)值的方案內(nèi)容。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，方案不合理的問題比較突出。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案要從整體上把握建筑結(jié)構(gòu)，還要做好細(xì)節(jié)處理，而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，很多時(shí)候設(shè)計(jì)人員對(duì)細(xì)節(jié)的把握不夠全面、深入，有些細(xì)節(jié)問題沒有納入設(shè)計(jì)方案，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用于施工指導(dǎo)時(shí)無從下手。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案需要專業(yè)的設(shè)計(jì)人員結(jié)合相關(guān)的知識(shí)、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)來完成，要全面收集各種結(jié)構(gòu)資料和信息數(shù)據(jù)，并經(jīng)過深入分析構(gòu)成方案內(nèi)容。

2.超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題解決對(duì)策

2.1嚴(yán)格控制超高建筑物

當(dāng)前，在建筑物的超高問題上，相關(guān)部門對(duì)其有了更加明確的規(guī)定，這種規(guī)定使得超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了一定的優(yōu)化。在具體的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的計(jì)算，模擬發(fā)生地震時(shí)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在分析的過程中可以采用彈性時(shí)程等方法進(jìn)行分析，再結(jié)合相應(yīng)的3D模型，對(duì)其進(jìn)行全面的分析。分析的過程中還需要采用更加先進(jìn)的軟件，從而獲取更高的精確度。另外，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)具體的施工規(guī)范，對(duì)那些細(xì)節(jié)問題加以重視，明確建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的薄弱問題，從而對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，提升建筑物的整體性能。總之，對(duì)于超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)該嚴(yán)格設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并且高于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，從而保證建筑物的安全。

2.2基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

在優(yōu)化超高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員必須全方位、多角度、綜合考量建筑的結(jié)構(gòu)控制情況，在初步制訂后期施工工序方案的同時(shí)，完成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。以樁基項(xiàng)目施工安裝為例，在進(jìn)行該項(xiàng)目施工時(shí)，施工人員必須仔細(xì)考慮樁基項(xiàng)目施工過程中的直徑高度。此外，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，相關(guān)人員必須對(duì)建筑施工成本進(jìn)行有效控制，明確施工采用的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，同時(shí)還要充分保障超高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與當(dāng)前行業(yè)及社會(huì)發(fā)展戰(zhàn)略理念相契合。最后，設(shè)計(jì)師應(yīng)確保超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足當(dāng)下用戶的多樣化審美需求，為后期建筑維護(hù)奠定良好基礎(chǔ)。

2.3超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型的優(yōu)化

首先，合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量。設(shè)計(jì)人員必須充分了解超高層建筑的各項(xiàng)參數(shù)及系統(tǒng)特性，并對(duì)其展開全面透徹的分析，明確設(shè)計(jì)過程中的各類主客觀影響因素。其次，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確定超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)。參數(shù)的選取是超高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)，而成本投入的減少也是進(jìn)行超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的一大目標(biāo)。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行建筑模型優(yōu)化時(shí)，可尋求相關(guān)條件及影響因素，有效控制成本投入。另外，設(shè)計(jì)師在開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要綜合考量超高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性因素，為設(shè)計(jì)方案的有效性和合理性提供充分保障。而在進(jìn)行約束條件設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師還應(yīng)全面分析裂縫寬度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等約束條件，通過綜合對(duì)比約束條件和超高層建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，進(jìn)一步規(guī)范施工要求，促使超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作發(fā)揮最大價(jià)值。

2.4優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

建筑形體需求和功能布置對(duì)結(jié)構(gòu)整體布局設(shè)定了從宏觀層面的要求，但這并不能限制結(jié)構(gòu)整體布局的多樣性，針對(duì)相同的建筑方案可以有對(duì)應(yīng)的不同的結(jié)構(gòu)方案。然而，要想發(fā)揮出結(jié)構(gòu)整體布局的靈活性，就需要首先從點(diǎn)到線再到面的各個(gè)角度深層次理解建筑方案的內(nèi)在邏輯，然后可以有的放矢地選取適合的結(jié)構(gòu)承重體系、抗側(cè)力體系，有側(cè)重點(diǎn)地設(shè)置結(jié)構(gòu)的特殊承載部位，如加強(qiáng)層和過渡層，以便于最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)結(jié)構(gòu)和局部構(gòu)件在承載過程中的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。結(jié)構(gòu)的構(gòu)件布置主要指梁、柱、墻、基礎(chǔ)等主要承載構(gòu)件的布置。現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范體系已經(jīng)給出了相對(duì)全面的構(gòu)件布置原則，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該深入理解規(guī)范體系，貫徹落實(shí)規(guī)范中的重要條文，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念，借助設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)的反饋結(jié)果，不斷優(yōu)化構(gòu)件布置，從構(gòu)件的空間位置到構(gòu)件間的剛、鉸接連接關(guān)系，從構(gòu)件的三維尺寸到構(gòu)件的變形能力設(shè)定，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的傳力路徑可靠、簡(jiǎn)潔。結(jié)構(gòu)的材料性質(zhì)關(guān)乎到構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，材料的選取應(yīng)該主要根據(jù)構(gòu)件的受力性質(zhì)來決定。對(duì)常規(guī)受力水平的構(gòu)件，采用對(duì)應(yīng)標(biāo)號(hào)的混凝土或者對(duì)應(yīng)強(qiáng)度的鋼材。隨著單體建筑結(jié)構(gòu)體量的不斷增加和建筑耐候要求的不斷提高，對(duì)構(gòu)件的承載能力、抵抗變形的能力和抵抗外界侵蝕的能力也提出了更高的要求，隨之出現(xiàn)的是高強(qiáng)混凝土、超高性能混凝土、超高強(qiáng)度鋼材等一系列力學(xué)性能和物理性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料。這就要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮構(gòu)件的力學(xué)性能需求，在相應(yīng)的位置選用適合的材料，讓各種材料都能發(fā)揮出其最大效用，這樣也就達(dá)到的材料的高利用率。

3.結(jié)語

超高層建筑是人類生產(chǎn)和生活中主要建筑類型之一，目前我國超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)形成了比較完善的體系，在工程的建設(shè)過程中，依然存在著一些問題，所以今后應(yīng)用盡快的完善超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，從而提高超高層建筑工程的安全和質(zhì)量。

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