超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題及對(duì)策研究

竇鵬，劉娟

（1.淄博市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 淄博 255000；2.淄博建衡工程檢測(cè)有限公司，山東 淄博 255000）

1 引言

在設(shè)計(jì)超高層建筑時(shí)，不僅要體現(xiàn)出建筑的觀賞價(jià)值，還要融入當(dāng)?shù)氐奶厣幕O(shè)計(jì)人員可以采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方式進(jìn)行超高層建筑設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)超高層建筑時(shí)，建筑的結(jié)構(gòu)非常關(guān)鍵。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以加入一些自己的設(shè)計(jì)理念，對(duì)超高層建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，也會(huì)遇到一些問(wèn)題，影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，如果不能及時(shí)解決，會(huì)拖慢超高層建筑的建設(shè)速度，還可能埋下安全隱患。因此，設(shè)計(jì)人員要不斷充實(shí)自己，遇到問(wèn)題時(shí)，能結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)處理問(wèn)題，并找到問(wèn)題產(chǎn)生的原因。

2 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化原則

與普通的高層建筑相比，超高層建筑的高度更高。要想保證超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員要充分考慮建筑物的穩(wěn)定性、抗震能力和承載能力。另外，設(shè)計(jì)人員還要根據(jù)超高層的高度，對(duì)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行合理選擇，考慮荷載的傳遞路徑，計(jì)算地震產(chǎn)生的荷載，從而防止在超高層建筑出現(xiàn)坍塌、扭曲和扭轉(zhuǎn)等狀況[1]。

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，設(shè)計(jì)人員要遵循以下幾項(xiàng)原則：

1）經(jīng)濟(jì)性原則。超高層建筑建設(shè)期間，會(huì)用到大量的材料，材料購(gòu)買(mǎi)時(shí)會(huì)花費(fèi)大筆資金，建設(shè)期間如果受到外界因素的影響，也會(huì)出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)損失。為此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，要秉承經(jīng)濟(jì)性原則，設(shè)計(jì)期間要做好該預(yù)算管理工作，為企業(yè)爭(zhēng)取最佳經(jīng)濟(jì)效益。

2）安全性原則。在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要將安全放在首位，秉承安全性原則，確保建筑結(jié)構(gòu)符合規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)。

3）功能性原則。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，要秉承功能性原則，對(duì)超高層建筑的各項(xiàng)功能進(jìn)行完善和優(yōu)化，給人們帶來(lái)優(yōu)質(zhì)的居住體驗(yàn)。

3 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

根據(jù)建筑相關(guān)條例規(guī)定，建筑高度大于27.0 m的住宅建筑和建筑高度大于24.0 m的非單層公共建筑，且高度不大于100.0 m的。為高層民用建筑；建筑高度大于100.0 m為超高層建筑。無(wú)論從哪個(gè)角度來(lái)講，超高層建筑都比高層建筑復(fù)雜。在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)建筑的用途以及周圍環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。超高層建筑內(nèi)存在很多空間，設(shè)計(jì)人員要合理規(guī)劃這些空間，做好空間布局工作。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員不僅要考慮室內(nèi)布局，還要考慮建筑的承載性能，其中包括橫向承載力、水平承載力等。設(shè)計(jì)人員要制訂一份完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，在制訂方案時(shí)，不僅要考慮到方案的可行性，還要考慮超高層建筑的穩(wěn)定性和安全性。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要做好消防設(shè)計(jì)工作，要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃建筑內(nèi)的通行路線，注意樓梯和電梯的數(shù)量和位置，確保火災(zāi)發(fā)生時(shí)，能夠及時(shí)疏散居民，保障居民的生命財(cái)產(chǎn)安全[2]。

4 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題

4.1 設(shè)計(jì)人員的綜合素養(yǎng)有待提高

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員的專業(yè)水平不夠高，出現(xiàn)失誤，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案存在漏洞。如果工人按照有誤的方案內(nèi)容進(jìn)行施工，很容易引發(fā)安全事故。經(jīng)過(guò)筆者調(diào)查了解到，大部分設(shè)計(jì)人員缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)容易忽略一些細(xì)節(jié)方面的問(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)際建設(shè)期間出現(xiàn)一些突發(fā)事件。因此，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合實(shí)際情況，調(diào)整圖紙的內(nèi)容。另外，在繪制設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，設(shè)計(jì)人員沒(méi)有做好考察工作，導(dǎo)致圖紙的內(nèi)容與實(shí)際有所出入，工程被迫停工，這會(huì)影響工程完工的時(shí)間。又如，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員沒(méi)有考慮到結(jié)構(gòu)的承重性，在后續(xù)建設(shè)時(shí)，很容易出現(xiàn)建筑坍塌的情況[3]。

4.2 消防設(shè)計(jì)有待加強(qiáng)

大部分建筑內(nèi)都會(huì)有地下車庫(kù)，車庫(kù)內(nèi)存在很多車輛，車輛內(nèi)含有大量汽油，如果火勢(shì)蔓延到地下車庫(kù)，很容易發(fā)生爆炸。在進(jìn)行消防設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員沒(méi)有在超高層建筑內(nèi)設(shè)置足夠的消防設(shè)施，當(dāng)危險(xiǎn)來(lái)臨時(shí)，無(wú)法利用消防設(shè)施滅火。另外，消防逃生通道的設(shè)計(jì)位置比較隱蔽，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，人們無(wú)法快速逃離。因此，超高層建筑的消防設(shè)計(jì)水平提升工作，是設(shè)計(jì)人員首要解決的問(wèn)題。

5 如何進(jìn)行超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 抗震設(shè)計(jì)

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要做好抗震設(shè)計(jì)。我國(guó)對(duì)超高層房屋的抗震等級(jí)有著明確的規(guī)定，設(shè)計(jì)人員要按照規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員要仔細(xì)研究建筑的抗震結(jié)構(gòu)，提出抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。方案制訂完畢后，要交由有關(guān)部門(mén)審核，檢查方案的可行性，方案通過(guò)后，工作人員方可按照方案的內(nèi)容進(jìn)行建造[4]。

5.2 防風(fēng)設(shè)計(jì)

建筑在使用過(guò)程中，很容易受到外界因素的影響，這些因素有可能是人為因素，也有可能是自然因素。建筑物在使用時(shí)，會(huì)受到自然侵害，部分地區(qū)風(fēng)沙較大，會(huì)對(duì)建筑造成影響。風(fēng)力隨時(shí)都會(huì)發(fā)生變化，如果風(fēng)力較小，對(duì)建筑的影響微乎其微，如果風(fēng)力較大，會(huì)對(duì)建筑產(chǎn)生一定的影響，容易造成建筑結(jié)構(gòu)外皮脫落等情況。為了防止上述情況發(fā)生，設(shè)計(jì)人員要做好防風(fēng)設(shè)計(jì)工作，在設(shè)計(jì)時(shí)要調(diào)查該地區(qū)目前所產(chǎn)生的最大風(fēng)速，根據(jù)調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行防風(fēng)設(shè)計(jì)。

5.3 消防設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要做好規(guī)劃工作，在建筑物內(nèi)要設(shè)置防火分區(qū)，當(dāng)火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)，能夠更好地防止火勢(shì)蔓延。在進(jìn)行超高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，要將防火性較強(qiáng)的材料運(yùn)用到超高層建筑當(dāng)中，并在每個(gè)區(qū)域內(nèi)安裝感應(yīng)式防火卷簾門(mén)，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，卷簾門(mén)會(huì)受到感應(yīng)，及時(shí)關(guān)門(mén)，防止火勢(shì)蔓延。在設(shè)計(jì)防火卷簾門(mén)時(shí)，要注意卷簾門(mén)要緊貼墻壁房梁，二者之間不能存在空隙，否則火勢(shì)會(huì)蔓延到其他區(qū)域。防火卷簾門(mén)在一定程度上能夠減緩火勢(shì)蔓延的速度，能夠?yàn)橄廊藛T爭(zhēng)取到更多的救援時(shí)間。設(shè)計(jì)人員要在建筑內(nèi)設(shè)計(jì)排煙管道，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的濃煙。為了防止居民吸入大量的濃煙，設(shè)計(jì)人員要做好排煙設(shè)計(jì)工作，將排煙通道放置在墻體上方，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，人們能夠快速找到排煙通道并打開(kāi)。在設(shè)計(jì)建筑墻體時(shí)，設(shè)計(jì)人員要按照防火規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保墻體的防火性能達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

5.4 節(jié)能設(shè)計(jì)

超高層建筑在建造過(guò)程中會(huì)用到大量的材料，也會(huì)消耗大量的能源。目前，我國(guó)能源消耗量過(guò)大，漸漸開(kāi)始出現(xiàn)能源緊缺的情況。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員不僅要注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還要加強(qiáng)節(jié)能設(shè)計(jì)。節(jié)能設(shè)計(jì)就是在設(shè)計(jì)過(guò)程中貫穿節(jié)能理念，在建造過(guò)程中，要使用節(jié)能設(shè)備，減少能源消耗。設(shè)計(jì)人員要使用綠色材料進(jìn)行建造。設(shè)計(jì)人員可以將太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔類能源運(yùn)用到超高層建筑當(dāng)中，可以在建筑頂部安裝太陽(yáng)能電池板，為居民提供電能，在建筑內(nèi)設(shè)計(jì)多個(gè)通風(fēng)口，保持室內(nèi)空氣流動(dòng)，在夏季時(shí)，降低室內(nèi)的溫度。

5.5 做好受力性能分析

在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，最關(guān)鍵的就是建筑的受力性能。在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員一定要將建筑的受力性能考慮在內(nèi)，結(jié)合建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及實(shí)際高度，明確受力點(diǎn)，在選擇材料時(shí)，也要選擇承重性能較強(qiáng)的材料。如果超高層建筑的受力性能達(dá)不到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)影響超高層建筑的使用安全，在后續(xù)維護(hù)時(shí)，也會(huì)增加維護(hù)成本。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要對(duì)超高層建筑的受力性能進(jìn)行深入分析，明確超高層建筑結(jié)構(gòu)的作用力，并對(duì)當(dāng)下的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案來(lái)提高超高層建筑的受力性能。在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要注意超高層建筑受力不均的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)承重墻、梁以及柱進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)，來(lái)解決超高層建設(shè)設(shè)計(jì)受力不均的問(wèn)題。設(shè)計(jì)人員要對(duì)平面設(shè)計(jì)圖進(jìn)行詳細(xì)分析，確保超高層建筑整體結(jié)構(gòu)的荷載分布均勻，確保建筑的使用安全。在設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員可以應(yīng)用BIM技術(shù)，采用空間分析法，將平面計(jì)算簡(jiǎn)圖和BIM技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將圖紙以三維的形式呈現(xiàn)出來(lái)，這樣可以從根本上解決建筑在受力性能方面的問(wèn)題。

5.6 重視結(jié)構(gòu)自重問(wèn)題

在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要明確超高層建筑自身的重力荷載情況，根據(jù)所了解到的情況，選擇適合的樓板，確保樓板的承重性能可以滿足超高層建筑的設(shè)計(jì)和施工需求。設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)樓板進(jìn)行組合，減少樓板所承受的重量，同時(shí)也能加快施工的進(jìn)度。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要明確組合梁的施工步驟和順序，通過(guò)樓板以及組合梁，來(lái)解決超高層建筑在自重方面的問(wèn)題。除此之外，還要重視內(nèi)部的構(gòu)件，注意構(gòu)件與框架之間的銜接處，在施工時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)構(gòu)件變形，要及時(shí)更換，在選擇連接方式時(shí)，可以選擇聯(lián)合應(yīng)用鉸連接和桁架腹桿延遲連接方式，這兩種方式能夠?qū)ψ冃蔚臉?gòu)件進(jìn)行改善，通過(guò)改善變形構(gòu)件，來(lái)減輕構(gòu)件所承受的重量，減輕超高層建筑的自重，從而提高超高層建筑的建設(shè)質(zhì)量。

5.7 提高設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素養(yǎng)

超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素養(yǎng)非常重要，關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的整體排布。要想增強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素養(yǎng)，就要對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行培訓(xùn)，增強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)能力，在設(shè)計(jì)之初，要讓設(shè)計(jì)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，明確超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，使其按照相關(guān)要求完成設(shè)計(jì)工作。在培訓(xùn)時(shí)，可以聘請(qǐng)專家前來(lái)培訓(xùn)，企業(yè)可以與相關(guān)高校達(dá)成協(xié)議，定期為企業(yè)輸送設(shè)計(jì)方面的人才。此外，在人才管理過(guò)程中，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)要改善人才管理的方式，通過(guò)管理來(lái)提高設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素養(yǎng)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)建筑企業(yè)發(fā)展速度不斷加快，建筑企業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，建筑的種類不斷增多，超高層建筑就是其中之一。在進(jìn)行超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員主要從抗震、防風(fēng)、節(jié)能、消防、地基方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，同時(shí)，還要找出超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，主要出現(xiàn)的問(wèn)題一個(gè)是設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素養(yǎng)有所欠缺，還有就是在消防設(shè)計(jì)方面會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員可以從這兩個(gè)方面入手解決。此外，設(shè)計(jì)人員還要明確超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化原則以及注意事項(xiàng)，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做好超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，確保超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展。