文/蔡勇 昆明市建筑設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司 云南昆明 650000楊德初 云南世紀(jì)陽(yáng)光建筑設(shè)計(jì)有限公司 云南昆明 650000

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題與對(duì)策研究

文/蔡勇 昆明市建筑設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司 云南昆明 650000楊德初 云南世紀(jì)陽(yáng)光建筑設(shè)計(jì)有限公司 云南昆明 650000

我國(guó)在近幾年的發(fā)展建設(shè)中，建筑行業(yè)的變化最為明顯，不僅是在外形上發(fā)生了重大的變化，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上也得到了進(jìn)一步的改善，這其中最突出的變化要數(shù)高層建筑甚至超高層建筑的不斷涌現(xiàn)，但是需要注意的是，隨著建筑造型結(jié)構(gòu)的愈發(fā)復(fù)雜，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求就更加嚴(yán)格了，如果僅僅停留在最初的設(shè)計(jì)階段而不向前發(fā)展，那么我國(guó)建筑的整體水平就無(wú)法得到顯著的提高。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問(wèn)題；對(duì)策

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

1.1主要原則

首先，制定科學(xué)的基礎(chǔ)方案。在高層建筑中，地質(zhì)條件是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的決定性因素。要提高基礎(chǔ)方案的科學(xué)性，需要設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確把握其荷載的分布情況和結(jié)構(gòu)類型，對(duì)影響其施工的各種因素進(jìn)行和綜合分析。其次，明確計(jì)算簡(jiǎn)圖。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，計(jì)算簡(jiǎn)圖必須包含結(jié)構(gòu)的計(jì)算設(shè)計(jì)。如果計(jì)算簡(jiǎn)圖存在問(wèn)題，就容易導(dǎo)致安全隱患。因此，為了確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，必須重視這一原則。最后，選擇合適的計(jì)算工具。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中被廣泛運(yùn)用，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮了巨大的作用。

1.2基本要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，需要注意控制以下幾點(diǎn):第一，遭遇暴風(fēng)和地震力時(shí)，高層建筑的水平側(cè)向力；第二，對(duì)高層建筑的長(zhǎng)度、寬度和高度比例進(jìn)行嚴(yán)格控制；第三，確保高層建筑的整體不存在薄弱環(huán)節(jié)，保持其平面、體型、立面質(zhì)量和剛度的對(duì)稱性和勻稱性；第四，對(duì)地震、風(fēng)力、溫度變化和沉降導(dǎo)致的形變進(jìn)行合理控制。在上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)中，抗風(fēng)、抗震結(jié)構(gòu)、消防設(shè)計(jì)和扭轉(zhuǎn)問(wèn)題需要特別注意。

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

現(xiàn)如今，我國(guó)高層建筑越來(lái)越多，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)中依然存在很多的問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員要及時(shí)總結(jié)這些問(wèn)題，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，找到最合理的設(shè)計(jì)方案，保證建筑的安全使用。下面我們就來(lái)具體說(shuō)下高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題都有哪些：

2.1設(shè)備不合理的問(wèn)題

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中，設(shè)備是非常重要的一部分，是設(shè)計(jì)和施工的基本保障。然而，從目前我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)看，采用的施工設(shè)備非常的不合理，與現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境很不相稱，設(shè)備比較落后、老舊，這在很大程度上給建筑施工帶來(lái)了諸多不便，嚴(yán)重影響了施工的進(jìn)度。

2.2樓層平面剛度的計(jì)算問(wèn)題

在我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一部分設(shè)計(jì)人員的整體設(shè)計(jì)觀念比較落后，沒(méi)有充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，有的甚至為了節(jié)省經(jīng)費(fèi)，采用樓板變形的計(jì)算程序，給建筑埋下了很大的安全隱患。在樓板變形的計(jì)算程序中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生計(jì)算不準(zhǔn)確等問(wèn)題，最終使得設(shè)計(jì)出來(lái)的數(shù)據(jù)與實(shí)際存在很大的誤差，根據(jù)這樣錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)建筑，可想而知肯定會(huì)影響建筑的質(zhì)量和安全。

2.3縱向框架的問(wèn)題

在目前我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，通常情況下，使用兩個(gè)主軸的方向來(lái)計(jì)算水平地震的作用力。同時(shí)，在對(duì)整體框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，縱向框架的力和橫向框架的力兩者的重要性是相同的。但是，從目前我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中來(lái)看，大部分的設(shè)計(jì)人員都忽視了地震的縱向作用，從而使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在很大的缺陷，嚴(yán)重影響了高層建筑的質(zhì)量。

3、對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題的對(duì)策

3.1高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的選擇

在對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候首先要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，而結(jié)構(gòu)計(jì)算一般需要選擇一種計(jì)算簡(jiǎn)圖，在選擇的計(jì)算簡(jiǎn)圖上進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算。如果在一開(kāi)始的時(shí)候就選擇了不合理的簡(jiǎn)圖，那么在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候就容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不合理的問(wèn)題。因此，如果能在一開(kāi)始就選擇了一個(gè)合理的高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，那么對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)是一個(gè)重要的保障，同樣的，合適的構(gòu)造方法應(yīng)該和相應(yīng)的計(jì)算簡(jiǎn)圖的方法匹配。重要的是，在實(shí)際高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，計(jì)算簡(jiǎn)圖的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)不應(yīng)只是鋼節(jié)點(diǎn)或者鉸節(jié)點(diǎn)，需要保證計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差在相應(yīng)規(guī)范的規(guī)定范圍內(nèi)。

3.2平面及立面的選擇

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，“三心合一”是一個(gè)重要的概念?！叭暮弦弧敝傅氖歉邔咏ㄖw的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心盡可能地在空間中交匯于一個(gè)點(diǎn)。如果不能在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中做到“三心合一”，那么整個(gè)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問(wèn)題。扭轉(zhuǎn)問(wèn)題會(huì)在風(fēng)載等水平載荷的作用下對(duì)高層建筑的相應(yīng)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重危害，繼而影響到整個(gè)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了防止扭轉(zhuǎn)問(wèn)題對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)的危害，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡可能的使高層建筑整體達(dá)到“三心合一”的狀態(tài)，要選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局。因此，在選擇平面和立面形式的時(shí)候，對(duì)高層建筑的平面要選擇比較簡(jiǎn)單的形式，便于設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)的時(shí)候條理清晰、不易混淆。大量的資料表明，對(duì)稱結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，更容易在地震中保持安全，因此，選高層建筑的平面形式時(shí)要多選結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線條規(guī)則、更加對(duì)稱的平面形式。

3.3剪力墻的優(yōu)化

在其它建筑中，原來(lái)框架結(jié)構(gòu)中起承受水平和豎直兩個(gè)方向的力的構(gòu)件是梁柱，而在高層建筑中取代梁柱來(lái)承受水平和豎直兩個(gè)方向的力的是剪力墻體系結(jié)構(gòu)。剪力墻體系結(jié)構(gòu)是一種混凝土材質(zhì)的土墻結(jié)構(gòu)，不僅可以直接承受水平和豎直的力，對(duì)于其它結(jié)構(gòu)的水平載荷也可以起到調(diào)節(jié)作用。因此，不斷優(yōu)化剪力墻的結(jié)構(gòu)對(duì)于整個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)度和安全性都有著巨大的影響。在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化的時(shí)候，需要注意剪力墻設(shè)計(jì)中的連梁的設(shè)計(jì)是很重要的一部分。高層建筑設(shè)計(jì)人員可以把連梁之間的各個(gè)墻體連接起來(lái)而形成聯(lián)肢墻。這種設(shè)計(jì)可以使得墻肢的約束條件增加，從而使墻體的各個(gè)部分都得到了更多的內(nèi)力，十分有效的提高高層建筑的抗震能力。但是這種做法的缺點(diǎn)在于對(duì)于投資商來(lái)說(shuō)造成了不必要的浪費(fèi)，然而對(duì)于整個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性來(lái)說(shuō)絕對(duì)是利大于弊的。

3.4優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

首先，對(duì)抗側(cè)力構(gòu)件進(jìn)行合理安排。設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，如果能確保水平方向中的對(duì)稱性，就可以有效預(yù)防并控制地震對(duì)其造成的破壞。通過(guò)調(diào)整抗側(cè)力構(gòu)件的位置，能夠促進(jìn)應(yīng)力分布系統(tǒng)在水平方向上的形成。假如能夠同時(shí)增強(qiáng)測(cè)力構(gòu)件在垂直方向上的性能，可以形成一套比較良好的應(yīng)力分布系統(tǒng)，提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和連續(xù)性，增強(qiáng)其抗震性能。其次，加強(qiáng)地基的抗震性能。一旦發(fā)生地震，高層建筑結(jié)構(gòu)的地基最容易遭到破壞。為了預(yù)防這一問(wèn)題，可以在地基的基礎(chǔ)施工中增加樁基的埋深深度，增強(qiáng)它和上部結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)性。再次，提高剪力墻的性能。采取這一措施的主要目的是為了增強(qiáng)剪力墻在地震中吸收建筑內(nèi)力的功效的功能，這樣就可以通過(guò)墻體和樓板剛度的增強(qiáng)來(lái)對(duì)建筑的移位進(jìn)行控制，滿足抗震需求。最后，實(shí)現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一體化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)扶壁、筒口、筒腳的簡(jiǎn)單化設(shè)置，達(dá)到相應(yīng)建筑物的對(duì)稱。另外，可以將相應(yīng)的柱子、樓板進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，有效加強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和剛度，增強(qiáng)建筑物的抗震能力。

結(jié)語(yǔ)：

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)設(shè)計(jì)難度大、技術(shù)要求高、設(shè)計(jì)工作繁瑣的工作。從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮實(shí)際施工和相關(guān)技術(shù)要求，不斷提高專業(yè)素質(zhì)，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，提高對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量安全問(wèn)題的辨識(shí)能力，多分析不同案例，從不同工程中吸收經(jīng)驗(yàn)，從而判別出問(wèn)題所在及選用最優(yōu)的處理方案。

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