探析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題及對策

夏兵 王雪蓮

摘? ? 要：隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高層建筑數(shù)量越來越多，建筑造型新穎獨特，建筑高度與規(guī)模不斷增加。在設(shè)計高層建筑時，會遇到很多問題和難題，針對這些問題，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員需要結(jié)合實際，采取有針對性的措施對這些問題進(jìn)行妥善處理。制定科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案、實現(xiàn)計算簡圖的合理利用、滿足各個性能的實際要求等，這樣不僅能夠從根本上為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平提升提供有效保障，而且還能夠延長建筑物的使用壽命。

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

1? 引言

在高層建筑的整個實施過程中有很多重要階段，其中以結(jié)構(gòu)設(shè)計為最重要的階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計在整個設(shè)計過程中居于核心位置，是保障高層建筑后期使用安全及穩(wěn)定性最關(guān)鍵性因素之一。因此，研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意義。

2? 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題

高層建筑在設(shè)計施工的過程中要嚴(yán)格按照預(yù)先的設(shè)計方案進(jìn)行，后續(xù)施工的準(zhǔn)行證是結(jié)構(gòu)設(shè)計，其在整個項目的設(shè)計過程中有著重要的作用。不難發(fā)現(xiàn)，一個好的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠顯著提高高層建筑的抗震、抗風(fēng)等能力，這有利于消防安全。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中仍存在一些問題，下面就其進(jìn)行分析。

2.1? 結(jié)構(gòu)體系不合理

當(dāng)前，在高層建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計中存在很多不合理地方，特別是結(jié)構(gòu)力學(xué)體系設(shè)計方面，導(dǎo)致其自身受力形態(tài)出現(xiàn)問題，最終影響建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗震性能。在高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不同地區(qū)抗震等級要求有所不同，設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)乜拐鸬燃壱螅侠磉x擇結(jié)構(gòu)形式，例如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等，此外，還要考慮高層建筑的荷載分布情況。如果在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中設(shè)計人員沒有對當(dāng)?shù)鼐唧w情況進(jìn)行分析，盲目照搬照抄其他工程項目設(shè)計，沒有對動態(tài)荷載變化情況進(jìn)行分析考慮，將會直接影響高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計效果。

2.2? 高層建筑超高問題

隨著建筑物高度的增加，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會降低，同時，受到水平荷載和豎向荷載影響較大，抗震性能也會降低。《抗規(guī)》及《高規(guī)》都對高層建筑的高度有著嚴(yán)格要求和限制，高層建筑分為A類和B類，二者的設(shè)計方法和處理措施都存在較大差異，在實際工程設(shè)計中，往往會出現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)層高的變更而忽略高層建筑類別變化的情況，從而導(dǎo)致施工圖審查未能通過，這時就得重新進(jìn)行設(shè)計或者召開專家會議對原設(shè)計方案進(jìn)行論證，這些情況勢必會對建筑工程造價、工期、成本等造成較大的影響。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須對高層建筑的超高問題予以重視，并按相關(guān)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行設(shè)計。

2.3? 軸壓比與短柱問題

由于高層建筑的整體結(jié)構(gòu)具有塑性特點，假如柱（墻）的塑性變形能力較小，那么整體結(jié)構(gòu)的延性就差，在遇到地震等情況時，就無法有效的緩解地震作用力，進(jìn)而導(dǎo)致建筑物的整體質(zhì)量受到影響，因此限制柱（墻）軸壓比是保證柱（墻）延性的主要措施。在高層建筑特別是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為滿足規(guī)范對軸壓比限值的要求，柱截面往往較大，在結(jié)構(gòu)底部常常形成短柱甚至超短柱。眾所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區(qū)設(shè)防烈度或高于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震影響時，很容易發(fā)生剪切破壞而造成結(jié)構(gòu)破壞甚至倒塌。為了避免短柱脆性破壞問題在高層建筑中發(fā)生，首先要正確判定短柱，然后對短柱采取一些構(gòu)造措施，提高短柱的延性和抗震性能。

3? 針對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題提出的解決對策

3.1? 結(jié)構(gòu)方案要合理

在針對高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體設(shè)計的時候，最關(guān)鍵的一點就是要與實際情況進(jìn)行結(jié)合，制定出符合實際要求，并且具有全面性的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，將該方案落實到實處，體現(xiàn)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)當(dāng)中。結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的制定和落實，不僅能夠為后期施工打下良好基礎(chǔ)，而且還能夠為結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)化狀態(tài)提供有效保障。在多個結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中選擇最優(yōu)化方案時，需要對各方面因素條件進(jìn)行綜合考量。首先，在針對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行制定和落實時，必須要保證方案本身能夠達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計時的各種標(biāo)準(zhǔn)化要求。盡可能避免設(shè)計方案與這些標(biāo)準(zhǔn)或者是規(guī)范要求存在沖突;其次，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的制定必須要與實際情況進(jìn)行結(jié)合，這樣才能夠保證方案的針對性和有效性，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供有效保障。因此，在針對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行有效落實時，應(yīng)當(dāng)對施工現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行重點考量。特別是在其中會涉及到一些施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件、地下水位等，這些因素都需要被綜合考量，這樣才能夠最大限度保證設(shè)計方案的最優(yōu)化。

3.2? 計算簡圖要準(zhǔn)確

高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計時，會涉及到很多構(gòu)件，這些構(gòu)件本身的尺寸大小、配筋問題等，都會涉及到相對應(yīng)的計算問題。這些計算數(shù)據(jù)和相對應(yīng)的信息，具有非常重要的作用，一旦在某一個計算環(huán)節(jié)當(dāng)中出現(xiàn)偏差，必然會直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計的效果受到影響。在針對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行具體計算時，會涉及到計算簡圖的選擇和利用，因此，在針對計算簡圖或者是計算模型進(jìn)行計算和具體選擇的時候，一定要保證簡圖、模型與實際情況相符和。但是由于現(xiàn)階段在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，其整個結(jié)構(gòu)設(shè)計的流程具有一定的復(fù)雜性，所以在很多環(huán)節(jié)和方面，想要真正保證計算簡圖的合理性和有效性，都具有一定難度。針對這一現(xiàn)象，需要從各個方面的條件因素出發(fā)，對其進(jìn)行綜合分析，這樣才能夠保證計算簡圖在選擇過程中的合理性。

3.3? 各種性能要滿足

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的最終目的是為了滿足高層建筑在后期使用過程中各個性能的基本需求。只有保證設(shè)計效果能夠滿足相對應(yīng)的要求，才可以將其稱之為具有一定科學(xué)性和合理性的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時為高層建筑在后期使用過程中的安全性和穩(wěn)定性提供有效保障。在保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的同時，能夠最大限度延長高層建筑的使用壽命，為人們的日常生活質(zhì)量和水平提升提供有效保障。首先，必須要對結(jié)構(gòu)本身的延性特征給予一定的重視。延性這一指標(biāo)在制定和具體落實過程中，其主要是針對高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計和使用過程中出現(xiàn)的變形、倒塌等問題。特別是高層建筑如果遭遇到嚴(yán)重的地震時，這一特性就顯得尤為重要。其次，高層建筑結(jié)構(gòu)所受的水平力也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮的非常重要的一部分。高層建筑結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用時，即使是在某一個平面水平方向上，也會受到各種不同類型的荷載作用影響。

3.4? 構(gòu)造措施要到位

始終牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件”設(shè)計原則;注意構(gòu)件的延性性能;注意對薄弱部位和薄弱層進(jìn)行加強;注意各構(gòu)件內(nèi)鋼筋的錨固長度;考慮溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響。除此之外，還應(yīng)注意按均勻、對稱、規(guī)整原則考慮建筑平面和立面的布置;綜合考慮結(jié)構(gòu)抗震的多道設(shè)防防線;盡量避免結(jié)構(gòu)薄弱層的出現(xiàn);注意結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)下的各項指標(biāo)驗算等等都需要結(jié)構(gòu)概念設(shè)計作指導(dǎo)，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計是保證結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良抗震性能的一種方法。

4? 結(jié)束語

本文通過對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在問題及對策研究和分析，從中可以總結(jié)出高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計屬于一種全面性、系統(tǒng)性以及相對復(fù)雜的設(shè)計過程，對結(jié)構(gòu)設(shè)計人員來講，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮到的問題點非常多，這就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員不斷的提高自身知識和業(yè)務(wù)能力，結(jié)合高層建筑工程的具體狀況，對結(jié)構(gòu)設(shè)計中的各種問題進(jìn)行合理分析和科學(xué)判斷，并運用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行處理和完善，保證高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。

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