多層大跨超長(zhǎng)混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

丁超

摘要：本文具體分析了大跨度超長(zhǎng)建筑結(jié)構(gòu)的特征和優(yōu)勢(shì)，并對(duì)其設(shè)計(jì)中涉及的具體問(wèn)題進(jìn)行分析和總結(jié)，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工提供資料參考。

關(guān)鍵詞：多層大跨度;超長(zhǎng);混合建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)建筑進(jìn)行研究，我們很容易發(fā)現(xiàn)梁、柱承重結(jié)構(gòu)的身影。雖然這些承重結(jié)構(gòu)能夠提升建筑穩(wěn)定性和可靠性，但在一些特殊場(chǎng)合中，這些梁和柱子就會(huì)十分礙事。比如說(shuō)在飛機(jī)航站樓、火車(chē)站候車(chē)廳、大型的工廠、大型倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所，過(guò)多的梁和柱子，就會(huì)影響空間的使用率，并且在視覺(jué)效果上也比較差。超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，解決了這一問(wèn)題，這種結(jié)構(gòu)的建筑能夠保證結(jié)構(gòu)空間的完整性，視覺(jué)效果也十分優(yōu)越，但在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要關(guān)注很多問(wèn)題。

一、結(jié)構(gòu)解析

（一）結(jié)構(gòu)解析

這種結(jié)構(gòu)的建筑，為何在傳統(tǒng)建筑技術(shù)的背景下沒(méi)有呢，關(guān)鍵就在于現(xiàn)代的材料科學(xué)和建筑技術(shù)，給該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了可能。比如說(shuō)鋁合金結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，不僅穩(wěn)定性得到了保證，并且其更輕、強(qiáng)度更高的結(jié)構(gòu)也極大的降低了整體重量，保證了結(jié)構(gòu)安全。只是有材料也不行，只憑借人力，是無(wú)法完成此類(lèi)大型結(jié)構(gòu)的安裝工作的，還必須有相應(yīng)的安裝設(shè)備。中國(guó)建設(shè)工程機(jī)械安裝技術(shù)發(fā)展也十分迅猛，很多大型、重型的安裝設(shè)備都投入了使用，這使得人們可以將這些大型結(jié)構(gòu)預(yù)先制作，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接組裝，就好似拼積木一樣的將他們拼接在一起。

（二）技術(shù)難點(diǎn)

該結(jié)構(gòu)雖然在空間利用上面有很大優(yōu)勢(shì)，但由于跨度比較大，因而設(shè)計(jì)難度較高。設(shè)計(jì)難度最大的就是對(duì)受力，不僅要考量材料，還需要對(duì)其形狀、形變和可能帶來(lái)的結(jié)構(gòu)改變來(lái)精準(zhǔn)計(jì)算。除此之外，施工同樣需要考慮，因?yàn)闊o(wú)論什么樣的設(shè)計(jì)，都需要具體的施工才能實(shí)現(xiàn)，如果在現(xiàn)有的設(shè)備和施工技術(shù)下無(wú)法完成的工程，那設(shè)計(jì)再精美再精巧也等于無(wú)用功。

二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（一）結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定

由于該結(jié)構(gòu)跨度大，因而就要對(duì)材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)選，只有確保所有的結(jié)構(gòu)都符合要求，才能保證建筑的最終成功。因此相比于傳統(tǒng)的普通結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)難度大，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和計(jì)算的準(zhǔn)確性有更精準(zhǔn)的要求，而普通結(jié)構(gòu)難度低，不會(huì)進(jìn)行那么精密的計(jì)算，因此從成果上來(lái)說(shuō)，此類(lèi)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都比較好。

（二）更高的剛度

剛度是衡量結(jié)構(gòu)在形變作用下抵抗能力的要素，由于此類(lèi)結(jié)構(gòu)受力十分復(fù)雜，因而對(duì)材料和形狀的要求十分具體，要求建筑不僅能夠承載，并能夠具有一定剛度，只有這樣才能在使用中不會(huì)產(chǎn)生形變。因此，此類(lèi)結(jié)構(gòu)在施工中一般會(huì)用構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定性的固定。

（三）安全要求

越是龐大的建筑結(jié)構(gòu)，越要對(duì)地震、風(fēng)等安全影響因素進(jìn)行綜合性考量和設(shè)計(jì)，所以在建筑設(shè)計(jì)階段，不僅要對(duì)其抗震性能進(jìn)行整體化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中要考慮到變形集中的問(wèn)題，也就是說(shuō)這種建筑很容易出現(xiàn)穹頂破壞嚴(yán)重的現(xiàn)象，尤其是多層結(jié)構(gòu)中，很容易出現(xiàn)受力的薄弱樓層，這也是地震中受害最嚴(yán)重的地方。

二、設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)

（一）結(jié)構(gòu)類(lèi)型選擇

常見(jiàn)的大跨度多層超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)主要有連接式和并列式兩種結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用中都取得了很好的成績(jī)。連接式多應(yīng)用于功能復(fù)雜的建筑設(shè)計(jì)中，這是由于連接式的設(shè)計(jì)能夠最大的保證實(shí)際的建設(shè)和安全要求。并列式則更適用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單些的對(duì)稱式的設(shè)計(jì)，因?yàn)樵擃?lèi)型在受力下其結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行自我的力學(xué)釋放，所以設(shè)計(jì)難度稍小些。另外還有一種支撐式的設(shè)計(jì)方案，該結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求比較高，剛性比較強(qiáng)大，并且抗震性能會(huì)更好一些，防風(fēng)性能也比較優(yōu)越，因此在一些風(fēng)害比較嚴(yán)重，抗震要求高的地方有一定的應(yīng)用。

（二）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)是該建筑的主要受力和荷載系統(tǒng)，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一定要慎重。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)就是要做好材料的選擇，并做好受力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。除此之外還需要考慮到和基礎(chǔ)的配型，并且將抗震和防風(fēng)設(shè)計(jì)都綜合在一起。除此之外，還需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)安裝進(jìn)行綜合性的全盤(pán)考量，確保結(jié)構(gòu)的整體性和連貫性。鋼結(jié)構(gòu)是需要與混凝土結(jié)構(gòu)相連接的，因此連接點(diǎn)的力學(xué)特征也需要細(xì)致的計(jì)算。因此其鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不是單一的設(shè)計(jì)，而是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工程。

（三）混凝土設(shè)計(jì)

混凝土在該結(jié)構(gòu)中主要承擔(dān)著基礎(chǔ)、連接件的作用，由于該結(jié)構(gòu)整體性比較強(qiáng)，因此混凝土結(jié)構(gòu)也承擔(dān)著比較大的力學(xué)作用。如果混凝土設(shè)計(jì)不可靠，出現(xiàn)變形、裂縫等問(wèn)題，那混凝土出問(wèn)題的部位的局部受力就會(huì)改變，整體力學(xué)的穩(wěn)定性就會(huì)受到影響。除此之外，混凝土的剛度、強(qiáng)度和韌性也需要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，因此在混凝土設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)于關(guān)鍵的連接部位和受力結(jié)構(gòu)，混凝土的強(qiáng)度、韌性設(shè)計(jì)要強(qiáng)于其他未知。除此之外，為了減少混凝土產(chǎn)生裂縫從而影響安全的概率，混凝土設(shè)計(jì)還需要考慮到預(yù)應(yīng)力作用。雖然混凝土設(shè)計(jì)難度較大，但優(yōu)秀的設(shè)計(jì)不僅不會(huì)影響整體的安全性和穩(wěn)定性，反而會(huì)通過(guò)力學(xué)作用從而應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)形變來(lái)提升強(qiáng)度。但是對(duì)于一些力學(xué)特征不明顯的位置的混凝土，也需要對(duì)其無(wú)縫設(shè)計(jì)進(jìn)行考量，因?yàn)樗械幕炷两Y(jié)構(gòu)都影響著整體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

（四）溫差分析

對(duì)于室內(nèi)外溫差比較大地區(qū)，超長(zhǎng)混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度就更大，因?yàn)樾枰紤]內(nèi)外溫差對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。溫差不僅會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征和剛性，對(duì)混凝土的形變量和裂縫問(wèn)題還有重大影響。對(duì)于此類(lèi)結(jié)構(gòu)，要考慮到溫度作用下的框架內(nèi)力，因?yàn)樵绞谴笠?guī)模的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力聚集的問(wèn)題就越嚴(yán)重，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全影響就越大。為了解決這一問(wèn)題，可以通過(guò)在受力位置添加強(qiáng)縱筋或者梁配筋的方式，防治拉伸力給整體結(jié)構(gòu)的影響。對(duì)于一些容易產(chǎn)生形變和裂縫的溫差下的混凝土，可以通過(guò)增加配筋量來(lái)解決問(wèn)題。而頂板混凝土應(yīng)力形變的問(wèn)題，則可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行建模分析，對(duì)溫差工況進(jìn)行細(xì)致分析，從而找到最適合的配筋和混凝土配比，提升整體的抗溫差能力。

綜上所述，我國(guó)大跨度多層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力已經(jīng)比較強(qiáng)大，這得益于我國(guó)材料科學(xué)、機(jī)械設(shè)備的進(jìn)步和經(jīng)驗(yàn)的積累，但作為一種大型的綜合性項(xiàng)目，其設(shè)計(jì)仍然是整個(gè)項(xiàng)目能否實(shí)施的重點(diǎn)，相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，該技術(shù)將在國(guó)內(nèi)得到更廣泛的應(yīng)用。

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