分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題與建議

王學(xué)斌

摘要：近幾年來，伴隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，高層建筑也日益增多，因而對于高層建筑結(jié)構(gòu)問題的要求也越來越重視。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項集綜合性、技術(shù)性、安全性為一體的工作，對于建筑設(shè)計的發(fā)展有著重要的意義。因此開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題及對策的探討意義重大。深入研究當(dāng)前我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀，創(chuàng)新高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計策略，是今后設(shè)計單位在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的重要課題。

關(guān)鍵詞：高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計，問題，原則

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要注意和遵循的重要標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則，也是高層建筑設(shè)計單位提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量與效益的重要保障。只有在一定的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則支持下，才可以進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。總體來講，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則主要包括以下幾點：

1.1 基礎(chǔ)方案合理。

合理的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提和基礎(chǔ)，在實際的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案設(shè)計中，設(shè)計單位需要根據(jù)實際施工地質(zhì)條件，根據(jù)實際建筑結(jié)構(gòu)施工需求進行設(shè)計。同時建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案需要配置完善的施工地質(zhì)勘察報告，最大程度的發(fā)揮建筑物地基的潛力，必要的情況下設(shè)計人員還需要對地基的變形做好相應(yīng)的驗算。另一方面，設(shè)計單位還需要對建筑物進行綜合性分析，尤其是對于建筑物負(fù)荷以及上部結(jié)構(gòu)類型，通過對這些綜合性分析，最終選定最適合的基礎(chǔ)方案，從而可以在提高設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)上獲得更好的經(jīng)濟效益。

1.2 計算簡圖適當(dāng)。

計算簡圖設(shè)計，也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注意的重要問題，主要原因在于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要對一些基本的數(shù)據(jù)進行計算分析，而這些計算分析都必須要建立在計算簡圖的基礎(chǔ)之上。只有通過計算簡圖基礎(chǔ)之上的數(shù)據(jù)分析，才可以提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性以及牢靠性。舉例來講，建筑物結(jié)構(gòu)節(jié)點問題，建筑物結(jié)構(gòu)節(jié)點并不是我們傳統(tǒng)觀念中的鉸節(jié)點或者是鋼節(jié)點，設(shè)計單位在進行計算簡圖設(shè)計時，需要對建筑物結(jié)構(gòu)節(jié)點進行深入研究，提高計算簡圖計算的精確性，進而將計算簡圖的誤差控制在合理的范圍內(nèi)。

1.3 結(jié)構(gòu)措施完善。

除了基礎(chǔ)方案合理以及計算簡圖適當(dāng)這兩大基本原則之外，還有一條基本原則是設(shè)計單位經(jīng)常忽略的，那就是結(jié)構(gòu)措施完善原則。設(shè)計單位在進行建筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，需要注意結(jié)構(gòu)組件的延展性，例如建筑物中鋼筋的錨固長度等。同時，設(shè)計單位還需要注意建筑物薄弱環(huán)節(jié)以及建筑物本身溫度對于建筑物組件的影響，對于這兩方面的問題，在實際的設(shè)計過程中，需要遵循“強柱弱梁、強剪弱彎以及強壓弱拉”的基本原則，只有這樣才可以提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性以及牢靠性。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題與策略

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計高度問題及解決。

我國有關(guān)部門對于高層建筑結(jié)構(gòu)體系的最大高度問題，出臺了一系列的規(guī)章制度，對其進行了嚴(yán)格的規(guī)定與規(guī)范，其中之一便是《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。該《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對于高層建筑結(jié)構(gòu)體系的高度問題規(guī)定，主要是從經(jīng)濟性以及適用性等方面進行規(guī)范的。《規(guī)程》所規(guī)定的結(jié)構(gòu)體系最適宜高度，不僅僅與我國建筑施工技術(shù)水平以及建筑水平相關(guān)，而且還與我國國民經(jīng)濟發(fā)展水平，與建筑工程規(guī)范體系相協(xié)調(diào)。但是在實際的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計以及施工中，出現(xiàn)了許多與《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定相違背的高度。舉例來講，在有些建筑物設(shè)計以及施工過程中，甚至出現(xiàn)了高達四百多米的組合機構(gòu)大廈以及三百多米的混凝土結(jié)構(gòu)體系的廣場。尤其是近幾年來，建筑物的高度不斷增加，建筑物自身的參考系數(shù)已經(jīng)超出了《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，例如在安全指標(biāo)、荷載取值以及延性要求、材料性能、力學(xué)模型選擇等方面。為此，對于這些高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計高度問題，設(shè)計單位需要嚴(yán)格根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等有關(guān)規(guī)定，對設(shè)計高度保持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。

2.2 鋼筋混凝土梁承載力問題及解決。

一般來講，城市高層建筑主要是以寫字樓以及其他辦公場所為主，因此，在實際的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計單位需要著重考慮到空調(diào)、消防等設(shè)備。這些設(shè)備不同于其他設(shè)備，它們往往是布置于樓層的梁底之下的，如果沒有梁底開洞，就沒有辦法進行設(shè)備的安裝。因此，在設(shè)備安裝之前，設(shè)計單位需要對梁的承載力進行分析以及計算，避免出現(xiàn)由于梁底承載力不足而出現(xiàn)安全結(jié)構(gòu)問題。對于梁底開洞之后的承載力，設(shè)計單位可以通過孔洞周邊補強筋以及開孔梁撓度、裂縫寬度等數(shù)據(jù)進行分析。對于鋼筋混凝土梁腹部開孔，國家出臺了有關(guān)政策，例如《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊》等，對于鋼筋混凝土梁腹部開孔的位置、流程、環(huán)節(jié)以及大小等進行了科學(xué)的規(guī)定。設(shè)計單位在進行鋼筋混凝土梁承載力計算時，還需要參考不同種類腹部開孔方式，提高鋼筋混凝土梁承載力計算的精確度，這對于提高建筑物的穩(wěn)定性以及安全性意義重大。除此之外，還可以對鋼筋混凝土梁承載力進行有效地計算。在計算過程中還需參考不同種類的腹部開孔方式。

2.3 抗震構(gòu)造與框架梁設(shè)計問題及解決。

為了進一步提高城市高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性以及穩(wěn)定性，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計單位在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面做出了重大的努力，取得了重大的突破，高層建筑結(jié)構(gòu)安全性以及穩(wěn)定性水平得到進一步提升。但是由于我國的建筑物抗震標(biāo)準(zhǔn)較低，在抗震與構(gòu)造方面，很難處理好結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震烈度之間的關(guān)系。為此，在實際的高層建筑抗震與構(gòu)造設(shè)計中，抗震與構(gòu)造設(shè)計需要有一定的彈性，這樣才可以滿足高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性以及穩(wěn)定性要求。舉例來講，中震烈度的重現(xiàn)期是475年，被超越率是10%；大震的重現(xiàn)期約為2000年，被超越率是2%。我國建筑構(gòu)造規(guī)定的安全度及抗震計算方法也相對較低，且在軸壓比、配筋率以及梁柱承載力匹配程度等抗震延性的相關(guān)規(guī)定也不夠嚴(yán)格。結(jié)構(gòu)設(shè)計造價在建筑整體投資之中比例的減少也應(yīng)給予重視，尤其是在高烈度區(qū)域應(yīng)有嚴(yán)格的抗震方法以及構(gòu)造措施來保證建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。另一方面，在實際的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中還需要進一步解決與框架柱和剪力墻相連的框架梁設(shè)計問題。就高層建筑結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計而言，豎向變形差過大通常會導(dǎo)致與框架柱和剪力墻相連的框架梁出現(xiàn)超筋現(xiàn)象，進而影響到框架梁截面設(shè)計。

框架梁端部豎向變形差所引起的剪力和固端彎矩的計算函數(shù)式如下：

其中，MAB/MBA為框架梁固端彎矩；QAB/QBA為框架梁端剪力；Δ為框架梁端部豎向變形差；Ib為框架梁截面慣性矩；I為框架梁計算長度。

針對與框架柱和剪力墻相連的框架梁超筋問題，可以從優(yōu)化結(jié)構(gòu)的軸壓比以及提高計算方法的合理性兩個方面進行解決。

3 結(jié)語

改革開放以來，伴隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，加上科學(xué)技術(shù)的不斷進步，我國高層建筑行業(yè)取得了重大的突破。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，不僅僅影響到高層建筑實施施工，而且還直接影響到高層建筑建設(shè)以及后期養(yǎng)護的順利開展。本文主要研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題與策略，為設(shè)計單位在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的進一步開展提供借鑒。