關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題與對(duì)策探究

易寧湘

摘? 要：高層建筑是我國城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的產(chǎn)物，現(xiàn)如今，隨著農(nóng)村人口大量向城市流動(dòng)，使得城市建筑物與日俱增，高層建筑是城市建設(shè)工程中的重要分支，是極其尋常的一種建筑模式。具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建筑高度高、施工難度大等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)階段必須進(jìn)行科學(xué)地規(guī)劃與安排，優(yōu)化高層建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高建筑工程的整體性能，有利于順利地開展施工環(huán)節(jié)，推動(dòng)建筑行業(yè)的健康發(fā)展。基于此，文章介紹了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的問題，提出了幾點(diǎn)應(yīng)對(duì)策略，以期為相關(guān)人員提供可靠的參考。

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

中圖分類號(hào)：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）17-0093-02

Abstract： High-rise building is the product of the continuous progress of urbanization in our country. nowadays， with the massive flow of rural population to the city， urban buildings are growing day by day. High-rise building is an important branch of urban construction project and is also an extremely common building model. With the characteristics of complex structure， high building height and great difficulty in construction， scientific planning and arrangement must be carried out in the design stage， the structural design of the high-rise building project must be optimized， and the overall performance of the building project should be improved. It is conducive to the smooth development of the construction link and promote the healthy development of the construction industry. Based on this， this paper introduces the common problems in the structural design of high-rise buildings， and puts forward several countermeasures， in order to provide reliable reference for relevant personnel.

Keywords： high-rise building; structural design; problem; strategy

在建筑工程中，高層建筑工程的結(jié)構(gòu)在垂直方向的載荷遠(yuǎn)超于多層建筑。而垂直載荷指的是高層建筑受到自重的影響在垂直方向產(chǎn)生的載荷量。同時(shí)，由于高層建筑工程的結(jié)構(gòu)主體較為龐大，風(fēng)力的接受面積較大，高層建筑還會(huì)受到水平載荷力的影響。此外，高層建筑工程極易產(chǎn)生側(cè)移的問題，側(cè)移程度主要與建筑高度相關(guān)。相關(guān)的設(shè)計(jì)師必須在設(shè)計(jì)階段做好高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最大化地提升高層建筑物的穩(wěn)定性和居住性能。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的突出問題

1.1 超高問題

對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，必須重視超高問題。充分地考慮樓層的實(shí)際高度給整個(gè)建筑物的施工質(zhì)量造成的影響，再對(duì)建筑結(jié)構(gòu)展開有效地設(shè)計(jì)。對(duì)于高層建筑工程而言，超高問題在設(shè)計(jì)中是極為常見的。因此，相關(guān)工程設(shè)計(jì)人員有必要根據(jù)建筑物的實(shí)際建設(shè)要求，全方位地考慮后期使用過程中可能出現(xiàn)的安全問題，確保工程后續(xù)使用的安全性。

1.2 嵌固端設(shè)置

嵌固端在我國城市高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位，有效地設(shè)置嵌固端十分關(guān)鍵。然而，在設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)有些嵌固端的位置、嵌固端上下層的剛度設(shè)計(jì)比及處理抗震縫隙方面的問題，大部分設(shè)計(jì)師會(huì)選擇把高層建筑工程的嵌固端設(shè)在人防頂板部位/地下室，或者在對(duì)嵌固端上、下層剛度比重確定時(shí)產(chǎn)生一定的計(jì)算誤差。影響了嵌固端自身功能的發(fā)揮，也極易給建筑結(jié)構(gòu)埋下不必要的安全隱患。此外，在設(shè)計(jì)嵌固端時(shí)，有的設(shè)計(jì)師對(duì)抗震縫隙無法進(jìn)行妥善地處理，使得各個(gè)嵌固端之間的協(xié)調(diào)性較差，給高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性均造成不良影響。

1.3 短肢剪力墻設(shè)置

短肢剪力墻設(shè)置存在問題，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害高層建筑工程的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)增設(shè)短肢剪力墻，這一問題既會(huì)削弱高層建筑物中短肢剪力墻的抗震性能，又會(huì)影響建筑物后期投入使用中的穩(wěn)定性，給高層建筑結(jié)構(gòu)造成極大的安全隱患。一旦受到外界自然災(zāi)害的襲擾，極易引發(fā)建筑物的安全事故，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失及人員傷害。

1.4 扭轉(zhuǎn)問題

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，扭轉(zhuǎn)問題也是其中不可或缺的問題，該問題目前已上升到全球范圍高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心問題，事關(guān)整個(gè)建筑物的整個(gè)抗風(fēng)、抗震性能。受到自然地理環(huán)境及條件的影響，在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，部分設(shè)計(jì)人員難以有效地確保建筑物完全對(duì)稱，進(jìn)而易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)問題。設(shè)計(jì)人員在展開設(shè)計(jì)工作中，需竭力滿足建筑物的對(duì)稱性，提高建筑物的施工質(zhì)量與建筑高度，最大化地規(guī)避扭轉(zhuǎn)問題的發(fā)生。

1.5 受力問題

在對(duì)高層建筑施工期間，往往會(huì)使用各種類型的大型機(jī)械設(shè)備，尤其是超高層的建筑物，需要使用的機(jī)械設(shè)備越多，無形中加大了高層建筑物垂直方向的載荷。若在前期設(shè)計(jì)中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員未能有效地考慮機(jī)械設(shè)備因素，或使用不達(dá)標(biāo)的施工材料，則極易使高層建筑的主體結(jié)構(gòu)承載力、受力產(chǎn)生問題。

1.6 基礎(chǔ)埋深問題

我國相關(guān)部門對(duì)高層建筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與建筑規(guī)范已作出詳細(xì)地規(guī)定，指出建筑物的埋置深度可為建筑總體高度的1/15-1/18，然而，在實(shí)際建筑工程現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，有的承建單位為了最大化地利用土地資源，很多高層建筑的地下部分均為車庫/地下商場(chǎng)，影響了高層建筑主體結(jié)構(gòu)的抗震、抗風(fēng)性能。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的應(yīng)對(duì)策略

2.1 選擇科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

科學(xué)地選擇建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要前提。為了確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合相關(guān)的應(yīng)用要求，相關(guān)設(shè)計(jì)師需根據(jù)實(shí)際情況，選擇最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，綜合分析各個(gè)影響因素。第一，確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案與國家相關(guān)建筑設(shè)計(jì)文件制度、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，盡可能規(guī)避對(duì)高層建筑予以超高建設(shè);第二，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)過程中，還要認(rèn)真勘察施工現(xiàn)場(chǎng)附近的環(huán)境，并綜合分析現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件，特別對(duì)工程涉及的地下水位、地質(zhì)條件、基礎(chǔ)土層、周邊建筑、風(fēng)雪荷載等因素予以充分地考慮，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇最合適的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，為工程后期投入施工環(huán)節(jié)打下良好的基礎(chǔ)。

2.2 有效地利用計(jì)算簡圖

計(jì)算簡圖是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有力的數(shù)據(jù)依據(jù)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，往往涉及構(gòu)件尺寸、配筋率、建筑高度的確定等實(shí)際問題，以上問題的解決必須依靠準(zhǔn)確的計(jì)算。而計(jì)算相關(guān)的內(nèi)容，需要有效地選擇、利用計(jì)算簡圖，保證相關(guān)的計(jì)算模型，或者計(jì)算簡圖與工程實(shí)際情況相符。因高層建筑物對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震能力、荷載承受力及其他功能與功能提出較高的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)極為繁瑣、細(xì)致的工程，設(shè)計(jì)師在選擇計(jì)算簡圖的時(shí)候是很困難的，一定要全面考慮高層建筑結(jié)構(gòu)的制約因素，合理地選擇計(jì)算簡圖，進(jìn)而全方位、立體化地確保計(jì)算流程及數(shù)據(jù)結(jié)果的精度。

2.3 完善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的性能

第一，應(yīng)確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是所有建筑物最關(guān)鍵的性能指標(biāo)，為了提升高層建筑物的穩(wěn)定性，需考慮很多注意事項(xiàng)，其中，有效地進(jìn)行嵌固端、短肢剪力墻的設(shè)置非常重要;第二，有效地控制建筑結(jié)構(gòu)的水平力，對(duì)于高層建筑而言，在某一平面的水平方向，建筑結(jié)構(gòu)受風(fēng)荷載、地震荷載以及各荷載之間的組合作用影響，易導(dǎo)致建筑物在水平方向發(fā)生很大的位移，所以，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)師需科學(xué)地進(jìn)行建筑物高度的設(shè)置，更好地對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的水平力加以控制;第三，重視高層建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)。很多高層建筑均帶有防空設(shè)置及地下室。以上設(shè)置對(duì)于建筑工程整體的抗震性、穩(wěn)定性產(chǎn)生不同程度的影響，為了做好高層建筑的延性設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師應(yīng)有效地把控高層建筑物的嵌固端上下剛性及抗震等級(jí)的比例，結(jié)構(gòu)剛度要保持在變形限值區(qū)域內(nèi)，為了控制高層建筑結(jié)構(gòu)的共振現(xiàn)象，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)剛度設(shè)置時(shí)，要盡可能小，以增強(qiáng)建筑物的抗震性。第四，設(shè)計(jì)師還要對(duì)不同地震水準(zhǔn)下構(gòu)件的承載力、變形、剛度結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行考慮。為了提高高層建筑的性能設(shè)計(jì)水平，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載力，僅需準(zhǔn)確地找到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和變形能力二者的平衡點(diǎn)，然后展開計(jì)算及設(shè)計(jì)即可。

2.4 扭轉(zhuǎn)問題的處理

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題已成為世界地震工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重要課題。通常狀況下，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，要求遵循“規(guī)則、簡單、對(duì)稱”的工作原則，盡量促進(jìn)結(jié)構(gòu)剛度中心和質(zhì)量中心重合。在對(duì)施工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，結(jié)構(gòu)專業(yè)要協(xié)同建筑專業(yè)，引用抗震概念設(shè)計(jì)理念，特別遇到不規(guī)則的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象時(shí)，要考慮扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的影響，且在規(guī)定的水平地震力影響下，最大化地維持高層建筑主體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。

2.5 受力問題的處理

設(shè)計(jì)單位在對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要計(jì)算高層建筑具體的地基承載力、高度及各個(gè)樓層的承載力等，做好地梁承載力的設(shè)計(jì)工作。特別在施工中各個(gè)機(jī)械設(shè)備的使用數(shù)量。嚴(yán)格控制承重柱、承重墻的質(zhì)量結(jié)構(gòu)，保證各個(gè)樓層均勻受力。

2.6 基礎(chǔ)埋深的處理

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)埋深的問題常被忽略，影響了建筑物的整體性能。在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)的時(shí)候，可選擇大底盤多塔結(jié)構(gòu)的計(jì)算及設(shè)計(jì)，把主樓和裙樓視為一個(gè)整體，然后，采用后澆施工，降低溫度應(yīng)力、沉降差異帶來的影響，把地下超高的、地下車庫的剛度折算成覆土厚土，依據(jù)國家有關(guān)規(guī)定對(duì)埋置深度進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。

3 結(jié)束語

總之，高層建筑結(jié)構(gòu)需要承受的荷載大，若其穩(wěn)定性、抗震性能未能達(dá)到國家相關(guān)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，則極易引發(fā)建筑物坍塌、位移等安全問題，給人們的正常生活帶來不便。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確保建筑整體結(jié)構(gòu)性能、功能穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)師應(yīng)科學(xué)地選擇建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)實(shí)際情況，綜合考慮各方面因素，合理地規(guī)避可能出現(xiàn)的問題，提升建筑物的抗震性、穩(wěn)定性能，提高建筑物的利用價(jià)值。

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