高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及其解決路徑分析

文/杜永霞 吉林長(zhǎng)春 130000

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及其解決路徑分析

文/杜永霞 吉林長(zhǎng)春 130000

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，為了解決城市人口激增和土地資源緊張的問題，高層和超高層建筑的數(shù)量不斷增加，成為了建筑產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。但是由于高層建筑的結(jié)構(gòu)具有較大的變化性和復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)中有諸多難點(diǎn)和問題需要解決，以保障高層建筑質(zhì)量的安全性和可靠性，本文從其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題和解決路徑等兩個(gè)方面展開了具體討論。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題；解決路徑

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，大量的外來務(wù)工人員在促進(jìn)城市發(fā)展和進(jìn)步的同時(shí)，也導(dǎo)致了一系列問題的產(chǎn)生，其中表現(xiàn)最突出的就是城市居民的居住問題。為了解決這一問題，高層建筑大量涌現(xiàn)。針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗風(fēng)、抗震、消防以及扭轉(zhuǎn)等問題，本文對(duì)其和解決路徑進(jìn)行了具體討論。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題

（一）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，需要注意控制以下幾點(diǎn)：第一，遭遇暴風(fēng)和地震力時(shí)，高層建筑的水平側(cè)向力；第二，對(duì)高層建筑的長(zhǎng)度、寬度和高度比例進(jìn)行嚴(yán)格控制；第三，確保高層建筑的整體不存在薄弱環(huán)節(jié)，保持其平面、體型、立面質(zhì)量和剛度的對(duì)稱性和勻稱性；第四，對(duì)地震、風(fēng)力、溫度變化和沉降導(dǎo)致的形變進(jìn)行合理控制。在上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)中，抗風(fēng)、抗震結(jié)構(gòu)、消防設(shè)計(jì)和扭轉(zhuǎn)問題需要特別注意。

（二）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的主要問題

第一，抗風(fēng)結(jié)構(gòu)。高層建筑的樓層比較多，而且高度較高，這樣就很容易讓風(fēng)在建筑表面的流動(dòng)性發(fā)生變化，和空氣產(chǎn)生相關(guān)的動(dòng)力效應(yīng)。在這一作用下，風(fēng)力就會(huì)對(duì)高層建筑中的柔軟結(jié)構(gòu)生成靜力或者動(dòng)力形態(tài)的震動(dòng)。這種震動(dòng)會(huì)對(duì)高層建筑的墻體、裝飾、支撐等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響。因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)時(shí)，一定要注意抗風(fēng)結(jié)構(gòu)的合理性，預(yù)防建筑物結(jié)構(gòu)被損壞。

第二，抗震結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一直都是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一，在很大程度上是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員缺乏足夠的靈活性，很容易忽略對(duì)地震的科學(xué)規(guī)劃。高層建筑的結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性，如果設(shè)計(jì)人員無法取得精確的抗震計(jì)算結(jié)果，就會(huì)影響抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完整性，一旦發(fā)生地震，就很容易導(dǎo)致高層建筑遭到巨大破壞。

第三，消防結(jié)構(gòu)。我國(guó)和建筑有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的消防設(shè)計(jì)提出了明確的要求，規(guī)定其必須確保消防設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。但是從目前的實(shí)際情況來看，高層建筑結(jié)構(gòu)的消防設(shè)計(jì)還存在很多解決的難題，例如使用的建筑材料的易燃性較高，在高層建筑結(jié)構(gòu)中，火勢(shì)更容易蔓延，而且疏散的難度高于普通建筑。另外，排煙系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)存在較大難度，居住的人口數(shù)量較多，等等，都是高層建筑結(jié)構(gòu)消防設(shè)計(jì)需要綜合考慮的問題。

第四，扭轉(zhuǎn)問題。在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，其剛度中心、幾何形心和結(jié)構(gòu)重心是必須考慮的建筑三心，盡量讓三心匯集于同一點(diǎn)，即三心合一。如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中無法滿足這一要求，就會(huì)導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)問題的發(fā)生，在水平力的作用下，高層建筑的結(jié)構(gòu)會(huì)遭受較大破壞。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的有效解決路徑

（一）促進(jìn)抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的逐步優(yōu)化

這一措施可以從高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題和難點(diǎn)出發(fā)，具體實(shí)施方案如下：第一，優(yōu)化基礎(chǔ)。要確保高層建筑結(jié)構(gòu)具備良好的通風(fēng)性能，最重要的就是要有牢固的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。為了滿足這一要求，在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)部分時(shí)，可以采用級(jí)配等級(jí)較高的砂石，并且在基礎(chǔ)的持力層中增加抗拔錨桿。第二，增強(qiáng)高層建筑節(jié)能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在高層建筑非承重構(gòu)件的設(shè)計(jì)過程中，可以充分利用剪力墻和樓板等能耗部件盡量抵消風(fēng)能對(duì)建筑本身產(chǎn)生的影響。第三，降低風(fēng)力疊加和水平載荷對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的影響。受到風(fēng)力作用的影響，高層建筑很有可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力。這種結(jié)構(gòu)內(nèi)力在水平方向上，還可能和風(fēng)力進(jìn)行疊加，從而產(chǎn)生更大的水平作用力，會(huì)對(duì)高層建筑產(chǎn)生很大的影響。因此，在設(shè)計(jì)高層建筑抗風(fēng)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該要嚴(yán)格控制水平力對(duì)其的影響程度，盡量選擇性能較高的混凝土開展施工，降低結(jié)構(gòu)內(nèi)力出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。第四，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)力和承載能力。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)對(duì)其抗風(fēng)力和承載力進(jìn)行驗(yàn)算，并將參數(shù)適度放大，確保其具備良好的抗風(fēng)性能。

（二）不斷優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

首先，對(duì)抗側(cè)力構(gòu)件進(jìn)行合理安排。設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，如果能確保水平方向中的對(duì)稱性，就可以有效預(yù)防并控制地震對(duì)其造成的破壞。通過調(diào)整抗側(cè)力構(gòu)件的位置，能夠促進(jìn)應(yīng)力分布系統(tǒng)在水平方向上的形成。假如能夠同時(shí)增強(qiáng)測(cè)力構(gòu)件在垂直方向上的性能，可以形成一套比較良好的應(yīng)力分布系統(tǒng)，提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和連續(xù)性，增強(qiáng)其抗震性能。其次，加強(qiáng)地基的抗震性能。一旦發(fā)生地震，高層建筑結(jié)構(gòu)的地基最容易遭到破壞。為了預(yù)防這一問題，可以在地基的基礎(chǔ)施工中增加樁基的埋深深度，增強(qiáng)它和上部結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)性。再次，提高剪力墻的性能。采取這一措施的主要目的是為了增強(qiáng)剪力墻在地震中吸收建筑內(nèi)力的功效的功能，這樣就可以通過墻體和樓板剛度的增強(qiáng)來對(duì)建筑的移位進(jìn)行控制，滿足抗震需求。最后，實(shí)現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一體化設(shè)計(jì)。通過對(duì)扶壁、筒口、筒腳的簡(jiǎn)單化設(shè)置，達(dá)到相應(yīng)建筑物的對(duì)稱。

（三）優(yōu)化消防結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

在高層建筑結(jié)構(gòu)的消防設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)該對(duì)防火結(jié)構(gòu)之間的距離進(jìn)行科學(xué)控制。如果其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件相符，則防火結(jié)構(gòu)的間距可以適當(dāng)增加。從材料的使用角度來看，盡量減少易燃材料的使用范圍和使用頻率，多采用耐火性能好的材料。同時(shí)，為了降低火災(zāi)事故發(fā)生后人員的傷亡，必須建立良好的疏散系統(tǒng)。在消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過設(shè)置雙通道疏散，增設(shè)防煙區(qū)、耐火區(qū)、避難層等設(shè)施來增加消防能力。同時(shí)，高層結(jié)構(gòu)可以通過設(shè)置相應(yīng)的隔離結(jié)構(gòu)來有效地控制火勢(shì)蔓延，增強(qiáng)建筑消防安全能力。

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杜永霞（220221197807227122），女，（1978—7—22），吉林長(zhǎng)春人，主要從事工民建專業(yè)。