研究超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題

【摘要】為解決超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中型鋼混凝土與圓鋼管混凝土柱鋼骨含鋼率把控、鋼筋混凝土核心筒型鋼柱設(shè)立等關(guān)鍵性問題，結(jié)合超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃完善、提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性、加強(qiáng)層設(shè)置等措施，以期為超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵性問題的處理效果提供參考。

【關(guān)鍵詞】超高層;建筑結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);關(guān)鍵性問題

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對于我國建筑行業(yè)整體發(fā)展而言，可以起到良好推動效果。由于受到外部因素影響，建筑行業(yè)在現(xiàn)階段以及未來發(fā)展中，主要是以高層超高層建筑為主，同時超高層建筑逐漸成為一個城市在建設(shè)和發(fā)展中的重要標(biāo)志性建筑。超高層建筑能夠?qū)δ壳俺鞘袃?nèi)部現(xiàn)有土地資源進(jìn)行合理利用，促使建筑豎向功能得到有效發(fā)揮，保證城市整體規(guī)劃建設(shè)水平有所提升。超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有非常重要影響和作用，要對諸多先進(jìn)知識以及技術(shù)等進(jìn)行引進(jìn)和利用，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的高度融合。同時設(shè)計(jì)人員要對建筑的實(shí)用性及安全性展開綜合分析，以此來保證超高層建筑在后續(xù)投入正式使用時的安全性、可靠性。

1、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

針對超高層建筑整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，超高層建筑與高層建筑相比層數(shù)更高，其整個建筑水準(zhǔn)會帶來的豎向軸應(yīng)力普遍比較大。在水平面上很容易受到自然災(zāi)害以及風(fēng)力等各種因素條件帶來的干擾影響，所以在整個設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要對建筑豎向荷載進(jìn)行綜合分析，加強(qiáng)對建筑水平荷載的重視程度。由于高層建筑自身頂部壓力普遍比較大，所以在整個工程項(xiàng)目建設(shè)以及交付完成之后，通常出現(xiàn)不同程度的軸向走樣的問題，導(dǎo)致建筑梁彎曲受到嚴(yán)重干擾影響[1]。因此要結(jié)合現(xiàn)狀，保證高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，加強(qiáng)對建筑梁彎矩的管理和控制，盡可能避免出現(xiàn)建筑軸向走樣等問題。對高層建筑抗震性需求及足夠關(guān)注和重視，保證機(jī)構(gòu)自身具有非常良好延展性，這樣才能夠促使高層建筑有效應(yīng)對地震災(zāi)害帶來的一系列危害影響，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全提供保證。

2、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵性問題

2.1 型鋼混凝土與圓鋼管混凝土柱鋼骨含鋼率把控

型鋼混凝土鋼骨含鋼率會對超高層建筑產(chǎn)生決定性影響，結(jié)合目前我國現(xiàn)有諸多設(shè)計(jì)以及技術(shù)操作規(guī)范中提出的要求，其與實(shí)際情況之間存在明顯差異性。在互通之處，通常是以柱鋼當(dāng)中鋼骨含鋼率低于4%為衡量依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，將其作為型鋼混凝土與圓鋼管鋼筋混凝土柱相互之間進(jìn)行有效區(qū)分的重要參考依據(jù)。在目前混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作展開中，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)計(jì)算結(jié)果中呈現(xiàn)出的相關(guān)參數(shù)以及信息，實(shí)現(xiàn)對含鋼率客觀合理的判斷，同時要根據(jù)實(shí)際情況的不同，設(shè)置多于4%的含鋼鋁型鋼截面。如圖1所示。

2.2 鋼筋混凝土核心筒型鋼柱設(shè)立

對鋼筋混凝土核心筒型鋼柱進(jìn)行設(shè)立時，特別是在受到地震以及風(fēng)荷載帶來的一系列影響之后，鋼筋混凝土和新銅一般整體承受水平剪力可以達(dá)到85%之上，同時筒體外向也需要承受一定的豎向荷載[2]。通常需要承受將近樓層面積一半左右的荷載，所以對型鋼柱進(jìn)行設(shè)立時，要將其直接設(shè)置在筒體外墻內(nèi)部，保證筒體與型鋼混凝土外框處相互之間具有一定延性特點(diǎn)，促使兩者之間的豎向變形區(qū)別得到有效管理和控制。在整個筒體墻內(nèi)，需要對型鋼柱進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)置，這樣做的目的是為了避免在整個剪力墻裂縫等病害問題出現(xiàn)之后，其承載力有所下降。在抗震高發(fā)區(qū)域，要保證抗震性能得到不斷強(qiáng)化，結(jié)合目前抗震性能設(shè)計(jì)提出一系列要求，將型鋼柱在墻體內(nèi)部設(shè)立的重要性體現(xiàn)出來。由于內(nèi)筒邊緣構(gòu)件配筋面積占比相對比較大，所以無形當(dāng)中導(dǎo)致設(shè)計(jì)以及施工中的困難程度有所增加。如圖2所示。

3、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃的完善和優(yōu)化

為了保證超高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時的可靠性、安全性以及穩(wěn)定性，為超高層建筑投入正式使用時的質(zhì)量提供保證，需要結(jié)合目前超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的諸多問題，提出有效解決對策，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和可靠性[3]。對建筑結(jié)構(gòu)在后續(xù)使用時的安全性進(jìn)行確定，相關(guān)技術(shù)人員需要提高對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)注度，對項(xiàng)目建設(shè)周邊實(shí)際情況給予足夠關(guān)注和重視，特別是對于復(fù)雜高層或者超高層建筑結(jié)構(gòu)而言，設(shè)計(jì)人員需要對設(shè)計(jì)概念以及前期準(zhǔn)備工作等諸多環(huán)節(jié)給予足夠關(guān)注和重視。分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)則性以及均衡性等基本原則，保證建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時，各部位都可以將其自身支撐作用最大化發(fā)揮出來。另外要對復(fù)雜高層或者超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行完善和優(yōu)化，保證設(shè)計(jì)人員能夠與施工人員之間建立良好溝通和交流關(guān)系，將外觀效果以及施工過程等作為出發(fā)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有規(guī)劃設(shè)計(jì)流程的完善和優(yōu)化，這樣才能夠避免后續(xù)出現(xiàn)各種不同類型問題。計(jì)算機(jī)技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有實(shí)質(zhì)性意義，能夠提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。因此，相關(guān)工作人員需要積極引進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)以及軟件，促使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃得到完善和優(yōu)化。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性的提升

建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在編制和實(shí)施中，不僅可以被看作是復(fù)雜高層以及超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在日常工作時必須要遵循的基本原則，而且也可以被看作是保證超高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時的重要前提條件。相關(guān)工作人員需要保證超高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時具有一定科學(xué)性和合理性，遵循現(xiàn)有地震荷載標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)要求，超高層建筑結(jié)構(gòu)自振周期通常是6秒至9秒范圍。所以在受到地震荷載標(biāo)準(zhǔn)影響下，通常可以將高超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中涉及到的直線傾斜進(jìn)行有效控制，將其自身市場控制在10秒左右[4]。對該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)展開深入分析，從多個角度出發(fā)對建筑周邊實(shí)際情況展開綜合分析，以此來保證建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時的科學(xué)性和合理性。除此之外，要遵循風(fēng)和散的基本標(biāo)準(zhǔn)要求，由于超高層建筑具有一定特殊性，自身很容易受到地震以及風(fēng)力帶來的危害影響。因此相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格按照目前現(xiàn)有風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)要求對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展開全方位有效評估和判斷，對建筑變形等相關(guān)問題進(jìn)行有效管理和控制，促使建筑居住安全性以及穩(wěn)定性得到提升，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全提供保證。

3.3 加強(qiáng)層的設(shè)置

核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)置被看作是超高層建筑中必不可少重要組成部分，保證核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，有利于促使超高層建筑自身相對比較薄弱的抗側(cè)剛度得到提升。通常由于相對比較弱的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度無法滿足側(cè)向位移等各方面的基本需求，因此要結(jié)合超高層建筑設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，對結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層進(jìn)行合理布設(shè)，可以對剛度相對比較大的水平伸臂構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)置。由于受到水平荷載影響，其自身會產(chǎn)生一定軸向壓力或者拉力，促使外荷載能夠得到平衡處理。以此為基礎(chǔ)，可以產(chǎn)生傾覆力矩，促使核心筒承載壓力以及力矩得到有效控制，盡可能降低其自身側(cè)向偏移的概率。超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案編制時，要保證方案內(nèi)容的合理性和科學(xué)性，建筑方案設(shè)計(jì)質(zhì)量會直接影響到超高層建筑結(jié)構(gòu)整體應(yīng)用效果。因此要在保證經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性以及可靠性的重視。在方案設(shè)計(jì)中要對結(jié)構(gòu)規(guī)則性給予足夠關(guān)注和重視，對符合要求的耗能機(jī)制進(jìn)行構(gòu)建和落實(shí)，保證設(shè)計(jì)思路的科學(xué)性和合理性，促使整個超高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時具有一定整體性特點(diǎn)，為超高層建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)質(zhì)量提供保證，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

結(jié)語：

超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于該類型結(jié)構(gòu)具有一定特殊性，因此要根據(jù)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對現(xiàn)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)要求等展開深入分析。在保證能夠滿足現(xiàn)代人日常居住需求的同時，要為超高層建筑結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量提供保證。同時要加強(qiáng)對風(fēng)荷載以及抗震性能等各方面的優(yōu)化和完善，保證超高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)以及規(guī)劃時的科學(xué)性和理性，促使超高層建筑使用周期得到延長。在強(qiáng)化高層超高層建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，能夠滿足現(xiàn)代人在日常生活中提出的個性化居住需求。

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作者簡介：黃勇（1990.10-），男，漢族，湖南衡陽人，本科，工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。