房屋建筑結構設計中的問題與對策解析

張賽男/北方工程設計研究院有限公司

房屋建筑結構設計中的問題與對策解析

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高層建筑物的設計必須考慮到安全、經濟、適用、美觀的建筑方針，要在保障人們安全的情況下使建筑物能夠滿足人們的日常工作和生活的需要，對于一些突發的災害，比如地震和臺風等要有一定的抵御作用。文章主要對高層建筑結構設計中的一些問題進行分析，并給出一定的對策探討，以期能應用于實踐。

高層；建筑；結構；設計；問題

隨著城市的人口越來越多，人們對住房需求量也越來越大。而在城市規劃中用來建造房屋的土地卻是十分有限的，這個時候采用高層建筑，使人口集中，利用建筑內部橫向和豎向的交通縮短各個單元之間的聯系距離，大幅度減小建筑用地面積，并帶來明顯的經濟效益。對高層建筑而言，結構的優化設計是一個重要環節，結構的安全性是設計的重中之重。

一、高層建筑結構的特征

高層建筑的結構設計要考慮到水平力和豎向力兩個方向的作用。水平力主要指的水平地震力和水平風力，而豎向力主要指的是建筑自重和使用荷載。高層建筑要格外注意結構抗震能力。隨著建筑高度增加，建筑所受的地震作用和風力作用也有所增強，結構位移也會加大。若不能控制好高層建筑設計的指標，不僅在其中活動的人會感覺不適，還會造成結構構件受損，影響建筑的正常使用。

二、高層建筑結構設計的原則

（一）選擇合理的設計方案

設計之前，結構專業與建筑專業應密切配合，重視結構選型和平面、立面的布置，擇優選用抗震及抗風性能好且經濟合理的結構體系，使建筑不僅要安全適用，也經濟美觀。在抗震設計時，應保證結構的整體抗震性能，使整體結構具有必要的承載能力、剛度和延性。

（二）選擇精密的計算工具

當前，對高層建筑結構的設計已經不僅僅依靠人工，快速發展的科技水平也對設計有一定的幫助，可以選擇在高層建筑結構設計中以計算機程序為幫助，這無疑是結構設計現代化的一項重要進步。但是計算機的程序是固定的，有時可能無法對一個十分具體的問題給出針對的方案，因此工程師在利用軟件分析之余，還要進行人工的校對，找出最優的解決辦法。

（三）建筑前期合理計算

計算是高層建筑結構設計中必不可少的環節，如果在計算中出現了差錯，會對后期的工作造成很大的影響，例如增大工作量，造成返工，延誤工期。若不能及時發現，還會對建筑這造成一定的安全隱患。因此，一定要對建筑采用合理的計算簡圖，這是原則之一。

三、高層建筑結構設計的問題

（一）高度問題

為了預防可能出現的地震等災害，建筑物的高度是一個重要、突出的問題，必須納入需要重點考慮的范圍之內。一定高度的建筑需要有完善的結構設計和施工體系來保障建筑安全施工和后期使用。

（二）結構體系不夠合理

結構設計的重點在高層建筑本身、結構體系以及建筑材料。借鑒發達地區的經驗，他們在地震多發地區使用鋼結構。而我國大多數使用混合結構和鋼筋混凝土結構。考慮到鋼筋混凝土結構自重大，在結構設計的時候就要嚴格控制結構的側移的和扭轉，可以考慮采用加大核心筒、外筒剛度或是加設加強層的措施來減小結構的側移。

四、對高層建筑結構設計的建議

（一）靈活使用多種結構形式

建筑的規模不斷擴大、建筑的外型越來越多樣化，是當下高層建筑發展的主要特點。在這種形式下，以往在設計中使用的單一形式的結構設計就不能滿足高層建筑的結構布置和受力，例如框架、剪力墻及筒體結構。所以在設計時，一般需要將多種結構形式融合在一起; 同時使用多種，或以一種形式為主并且輔以其他的結構形式，來使得高層建筑能滿足預期的使用和受力功能。例如，珠江新城西塔在設置了內筒和外筒之外，還使用支撐框架進行補充; 天津津塔在基本的鋼管混凝土柱的基礎上補充鋼板來形成鋼板剪力墻，還加設了伸臂桁架和腰桁架。

（二）加強對抗側力結構的靈活運用

高層建筑的受力特點決定了其結構對于抗側能力的高要求。隨著科技發展，抗側力結構形式也越來越靈活。廣州新城西塔的外筒就輔有鋼管混凝土斜交組成的網格筒體。一般筒中筒結構，外筒側向變形以剪切型為主，內筒側向變形以彎曲型為主，內外筒通過樓板協同工作抵抗水平作用，其外筒提供的剛度相對較小。廣州新城西塔以斜交形成的巨型網格筒體( 外筒) ，主要借助的是構件之間的軸力，而鋼管混凝土構件受力合理，可承載巨大軸力，使結構獲得更大的側向剛度，使得整棟建筑具有很好的抗側能力。另外，天津津塔中使用的各種桁架也是抗側能力較好的一種結構，且明顯地優于框架。在設計桁架時，盡量加大桿件尺寸，提高剛度，這樣可以使抗側能力進一步提升。

（三）巧妙提高高層建筑的結構穩定性

短肢剪力墻是指各肢橫截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8 的剪力墻，這在普通的建筑中常常被利用，但是在高層建筑中卻不一定適用，有可能對建筑的穩定性造成一定的隱患。所以在高層建筑的設計過程中，要盡量避免短肢剪力墻的使用。

（四） 使用不同材料組合而成的結構構件

在結構形式不斷變化的過程中，結構構件材料形式也有一定的發展。較為常見的為鋼管混凝土，由于其抗壓能力較強，一般用于受壓構件設計。隨著各種新造型的高層建筑的出現，鋼管混凝土經常被應用于其中。鋼板剪力墻也是一種比較新的構件形式。這種構件形式在津塔的設計中被充分運用，主要承擔水平的剪力而不承擔重力負荷。具有重量輕、占用空間少、抗剪能力優異的優點，但在應用中要配合節點的設計來解決不承擔重力負荷的缺陷。此外還可以設計使用各種組合而成的構件，例如壓型鋼板與混凝土結合、鋼梁與混凝土樓板結合。在常見的鋼筋混凝土結構中也可以使用鋼板來對鋼筋進行替換以改善受力比較復雜的部位不便布置鋼筋的問題。

五、結束語

高層建筑是現代都市建筑中必不可少的部分，要使它有效地發揮最大的價值，離不開工程師們合理的設計和精密的計算。這也是對高水平設計人才的迫切需求。具體問題具體分析是解決問題的最好辦法，可以通過對結構構件的新組合和對結構形式的靈活運用，來將時尚前衛的設計圖紙變為真正的建筑物。本文就高層建筑的發展和其中的問題提出了一些觀點和建議。因篇幅有限不便詳細描述，只期待我國高層建筑設計的發展能更上一層樓。

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