高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題及其措施

盧時榮

大連理工大學土木建筑設(shè)計院有限公司

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題及其措施

盧時榮

大連理工大學土木建筑設(shè)計院有限公司

隨著我國經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，城市化進程速遞的加快，大量的人口涌入到城市，城市規(guī)劃、建設(shè)用地日趨緊張，所以，為了有效緩解城市建設(shè)用地的壓力，高層建筑迅猛發(fā)展起來，現(xiàn)如今城市間高層建筑隨處可見，因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計工作中將面對越來越多的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，現(xiàn)如今建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員熟練掌握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點已經(jīng)成為必然。但是，縱觀我國現(xiàn)階段的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的工作現(xiàn)狀，并不容我們樂觀，在具體設(shè)計過程中還存在大量的問題。今天，本文就是基于此背景下展開對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題的研究和分析。

高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計；存在；問題；措施

前言：

我國高層建筑事業(yè)隨著城市化進程速度的加快而發(fā)展壯大。高層建筑的快速發(fā)展，可以有效降低市政在城市用地方面的投資，給城市建設(shè)緩解了不少的壓力，同時高層建筑也為建筑企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，由于高層建筑相對傳統(tǒng)低矮建筑的種種優(yōu)點和優(yōu)勢，其已經(jīng)成為廣大人們?nèi)罕娮钍軞g迎的建筑。現(xiàn)如今我國高層建筑雖然得了快速發(fā)展，但是在功能建設(shè)、技術(shù)應用等方面還存在大量的問題，尤其是超高的高層建筑建設(shè)方面，還有許多技術(shù)還不成熟，如果這樣存在的潛在問題得不到妥善、科學、有效的解決，將嚴重影響我國高層建筑事業(yè)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展，期中就包括高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的問題。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)的特點分析

1.1 首先，我們先來探討下高層建筑的含義。如果建筑的高度超過了一定的高度就被稱為高層建筑，但是各國對高層建筑高度的規(guī)定不盡相同，例如在美國將高層建筑的高度規(guī)定在樓層層數(shù)超過七層，高度達到25米以上，而在日本則是層數(shù)超過八層，高度達到32米被稱為高層建筑，我國高層建筑發(fā)展起步較晚，直到兩千零五年才對高層建筑的高度作出規(guī)定，既建筑超過十層或者是高度達到24以上的就稱為高層建筑，高層建筑的快速發(fā)展，有效的節(jié)約了城市用地，緩解了衡山用地緊張的壓力，加快了城市化進程的發(fā)展速度，同時又增加了建筑的功能性，給人以更加優(yōu)質(zhì)、舒適的生產(chǎn)、生活環(huán)境。

1.2.下面我們在來探討下高層建筑的結(jié)構(gòu)特點。高層建筑相對于低矮建筑來說，其建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，尤其是在承載垂直方向上的載荷的影響因素較多，如風力、地質(zhì)活動等，同時，高層建筑結(jié)構(gòu)還應具有較強的抗震能力，我們知道，低矮建筑結(jié)構(gòu)基本上不會受到水平方向上作用力的影響，但是高層建筑卻截然不同，非常容易受到水平外力的作用。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，不僅要注重水平力的作用，還應該對側(cè)移范圍進行有效控制，來提高高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。由于在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中過度追求美觀、個性，導致在結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)不合理、不科學的現(xiàn)象。同時，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計并不是單一的，而是融合了各種力學關(guān)系，如剪力墻結(jié)構(gòu)、簡體結(jié)構(gòu)體等，同時為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)的安全，還要考慮到水平、垂直方向的風量，以及結(jié)構(gòu)的抗震荷載能力，如果這些因素考慮的不全面、不科學，勢必會影響到建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性。

2.2 沒有把握好高層建筑結(jié)構(gòu)的均衡關(guān)系。在高層建筑結(jié)構(gòu)的布局方面，應該具體考慮建筑物本身的尺度、城市街道的寬度以及細部尺度等。一棟擁有完美造型的高層建筑物應處理好主題、裙房、頂部三者之間尺度的均衡。高層建筑還是城市形象的標志，所以應對城市高層建筑建設(shè)的位置進行有效規(guī)劃，處理好建筑物與街道之間的相互關(guān)系，確保建筑物應對街道的設(shè)計以及人們的出行不造成阻礙，同時還應注意視覺上的美觀。但是，當前的高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計在這個問題上還比較薄弱。

2.3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有充分考慮到它的受力情況和水平載荷能力如果高層建筑物的高度發(fā)生變化，則其受力情況也會跟著發(fā)生改變，在設(shè)計高層建筑的結(jié)構(gòu)時要充分考慮其水平方向的荷載和垂直方向的荷載的影響。但是，在建筑物高度增加的同時其測移速度也會加快，底部彎矩跟著加長，這就會導致側(cè)向變形，若變形過度就會使結(jié)構(gòu)在水平荷載的作用下附加應力上升，從而出現(xiàn)填充墻現(xiàn)象；還可能會致使電梯軌道等設(shè)施的變形、裂縫等，這對建筑物正常使用和持久性都有影響。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的完善措施

3.1.抗風結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。若想使高層建筑有良好的抗風性：淤要確保地基的牢固。可在設(shè)計地基時采取高級的砂石，在基礎(chǔ)持力層的設(shè)計中加設(shè)抗拔錨桿。于可以強化建筑耗能結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在設(shè)計高層建筑時，利用耗能構(gòu)件如剪力墻、樓板等來減弱風對建筑的影響。減小風力疊加和水平荷載對建筑的影響。高層建筑在風力的作用下必然產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力，而水平方向的結(jié)構(gòu)內(nèi)力容易和風力疊加使水平作用力加強。因此在設(shè)計過程中必須考慮到水平力對建筑的影響，同時使用高性能混凝土加以施工，力求減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

3.2.綜合考慮高層建筑的沉降、溫度收縮及其自身體型的復雜等因素。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，為了能有效解決沉降、溫度收縮以及建筑物本身體型的復雜對建筑物所產(chǎn)生的負面影響，加強建筑物的安全工作，應該采取有效措施對以上幾個因素進行合理布置和正確處理。現(xiàn)如今，結(jié)構(gòu)分析技術(shù)及其計算方式不斷提高，在高層建筑的平面設(shè)計方面也出現(xiàn)了設(shè)計不規(guī)范、不對稱以及曲線形設(shè)計等現(xiàn)象，在高層建筑實際中也應用到了耗能減震技術(shù)。

3.3.優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。目前高層建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計上有很多難點和問題，但一般會采取幾種做法：淤對抗側(cè)力構(gòu)件進行合理布置。在設(shè)計高層建筑的過程中，做好水平方向的對稱可以最大限度地減小建筑在地震中遭到損壞的概率，通過改變抗側(cè)力構(gòu)件的位置可以在水平方向上形成一個應力分布系統(tǒng)，再強化豎直方向上的測力構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能，可以提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和連續(xù)性，抗震能力大幅提高。

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[2]王允.淺析高層建筑設(shè)計的相關(guān)問題[J].中華民居（下旬刊），2013，12.

[3]田亞珍.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[J].建筑和知識：學術(shù)刊，2013（B01）：53～53.