高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與展望

摘 要 本文重點分析當前我國高層住宅建筑中幾種建筑結(jié)構(gòu)，以最佳適用性原則為基準分析幾種結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法和特點，從而分析住宅適用性最佳的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。

關(guān)鍵詞 高層住宅 建筑結(jié)構(gòu) 適用性原則

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系與技術(shù)應(yīng)用

1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中基于抗震設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用

當前來看，減震控制技術(shù)研究與應(yīng)用在我國高層建筑中有了較大進展。隔振技術(shù)較為成熟，在工程中有一定應(yīng)用，主要用于高烈度的多層、小高層建筑，如北京通惠家園地鐵樞紐建筑，甘肅隴南將橡膠隔振墊用于磚混結(jié)構(gòu)樓房。目前，多項采用隔振技術(shù)的房屋建筑正在設(shè)計建造中。

消能減震技術(shù)近年來在新建高層建筑工程中開始得到應(yīng)用，如北京銀泰中心主塔樓、上海世貿(mào)國際廣場、深圳大梅沙酒店等采用了黏滯流體阻尼器，主動控制技術(shù)在我國超高層建筑中首次得到應(yīng)用是上海環(huán)球金融中心第90層兩臺各重250噸的質(zhì)量阻尼器，它將有效地減小建筑結(jié)構(gòu)在風和地震時的反應(yīng)。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中基于抗風設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用

隨著高層建筑高度的增加，結(jié)構(gòu)對風荷載更加敏感，在不少地區(qū)，抗風研究和設(shè)計已經(jīng)成為控制結(jié)構(gòu)安全性和實用性的關(guān)鍵因素。我國目前的建筑荷載規(guī)范尚不能完全滿足實際工程的需要，應(yīng)增加橫風向響應(yīng)和等效靜力風荷載、干擾效應(yīng)、居住者舒適度判據(jù)等內(nèi)容。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中基于消防設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用

一個常識是，按照設(shè)計標準，高于24米的建筑屬于高層建筑，高于50米的建筑屬于超高層建筑。曾有城市安全部門做過一個試驗，讓一名身強體壯的消防員從第33層跑到第1層，用了35分鐘。如果是一名身體素質(zhì)一般的人員或老人、小孩，所需時間肯定會更長。而火借風勢，30秒內(nèi)就可以從第1層到達第33層。這樣算來，在高層、超高層建筑中人們跑到樓外逃生的可能性幾乎為零。因此，基于超高層建筑結(jié)構(gòu)體系中抗高溫、防火方面的設(shè)計成為最重要的一個指標（以下以北京國貿(mào)三期工程為例）。

國貿(mào)三期。該工程總建筑面積54萬平方米，主塔樓總高330米，地上層數(shù)為74層，地下為4層，鋼結(jié)構(gòu)截面大、單件重、連接復(fù)雜，總用鋼量達5萬多噸，抗震等級8級，設(shè)計難度和施工難度為世界超高層建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域所罕見，是目前北京的第一高樓。美國“911”事件后，施工承建方：“中建一局集團建設(shè)發(fā)展有限公司”對國貿(mào)三期設(shè)計方案作了相應(yīng)調(diào)整。為了保證建筑物未來的安全性，在經(jīng)過論證和修改后，該樓的建筑方案采用了4萬噸鋼筋、18萬立方米混凝土與5.5萬噸鋼結(jié)構(gòu)組合形成的鋼骨型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，并采用耐燃時間高達3小時的防火涂料對裸露鋼結(jié)構(gòu)進行防火處理。這樣設(shè)計的結(jié)果是，大樓能夠有效地減少飛行器撞擊所帶來的損害，提高大樓自身的耐火性能。而按照此前的設(shè)計方案，該大樓全部由鋼結(jié)構(gòu)組成，一旦遇到同樣問題，鋼結(jié)構(gòu)會因高溫快速熔化，導致主樓快速坍塌。

二、高層建筑住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)

隨著住宅產(chǎn)業(yè)化形勢的不斷發(fā)展，隨著我國超高層住宅的響應(yīng)政策的出臺，未來，無疑會給本土設(shè)計行業(yè)及承建方帶來了巨大的挑戰(zhàn)。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，作為二三線城市出現(xiàn)的一幢幢拔地而起的超高層建筑。這種建筑不僅對開發(fā)商是一種全新的挑戰(zhàn)，對房地產(chǎn)這條產(chǎn)業(yè)鏈上的設(shè)計行業(yè)、承建行業(yè)也將帶來全新的改變。

1.未來住宅產(chǎn)業(yè)化下高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)亟待提升

相對高層住宅而言，超高層住宅設(shè)計復(fù)雜，對項目設(shè)計及管理水平要求嚴格；超高建筑物中每隔一定距離須加設(shè)避難層；在施工設(shè)計上的要求更加嚴格，尤其是對消防、防震、防風的指標要求很高，例如對玻璃等建筑材料的選擇格外嚴格，同時由于高處的濕度、風力影響等特殊要求，也給設(shè)計、施工帶來了很高的難度。

由于超高層住宅建筑結(jié)構(gòu)的特殊性，建筑內(nèi)部的梁柱將會不可避免地存在，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中一方面考慮異型柱的使用，另一方面在戶型設(shè)計中要充分全面考慮梁柱的影響、規(guī)避及利用。再有，高層建筑與其它建筑之間的最大區(qū)別，就在于它有一個垂直交通和管道設(shè)備集中在一起的、在結(jié)構(gòu)體系中又起著重要作用的“核”。而這個“核”也恰恰在形態(tài)構(gòu)成上舉足輕重，決定著高層建筑的空間構(gòu)成模式。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震、風設(shè)計專業(yè)性人員缺失、經(jīng)驗嚴重缺乏

近年來，雖然國內(nèi)外對高層和超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論均進行了一些研究，也已取得了一批較深入和較實用的研究成果。但是，由于地震作用、各類結(jié)構(gòu)體系的空間作用、彈塑性性能以及“大震”作用的破壞機理等方面的復(fù)雜性，使得對超高層建筑抗震設(shè)計理論還需要從許多方面進行深入研究。這種復(fù)雜性在我國各大城市尤其突出。超高層建筑的出現(xiàn)，無疑將我國的抗震研究工作推上了一個全新的領(lǐng)域?！爸半m然很多建筑設(shè)計公司也將抗震作為建筑設(shè)計中的重要部分，但隨著超高層建筑的出現(xiàn)，不得不迫使建筑設(shè)計和承建行業(yè)以及相關(guān)的地震研究機構(gòu)發(fā)生變革。”因為我國的建筑歷史上沒有超高層住宅且經(jīng)驗還尚淺，尤為二三級城市，政府出臺的相關(guān)超高層政策對我國的建筑設(shè)計行業(yè)、建筑業(yè)、地震研究等有關(guān)地產(chǎn)的所有產(chǎn)業(yè)都將起到劃時代的推進，它將被載入史冊。隨著高速發(fā)展的中國住宅產(chǎn)業(yè)化進程不斷推進，太需要這方面的經(jīng)驗了。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計未來的展望

由于高層住宅不但在結(jié)構(gòu)設(shè)計、基礎(chǔ)工程設(shè)計、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑設(shè)備安裝工程設(shè)計方面，給排水工程、通風空調(diào)系統(tǒng)、建筑消防等方面都在一定程度上提高了難度和復(fù)雜程度。超高層建筑的問世，必將給我國的設(shè)計行業(yè)，尤其是承建行業(yè)帶來全新的格局。盡管目前還達不到洗牌的程度，但也將是一場殘酷的淘汰賽。而要改變這樣的局面，求變將是唯一的出路。

依舊以國貿(mào)三期工程為例，國貿(mào)三期屬于超高層建筑，構(gòu)件有大型化、異型化的特點，致使施工技術(shù)和施工精度要求都非常高。工程的施工遇到并解決了許多普通超高層鋼結(jié)構(gòu)施工中沒有出現(xiàn)過的問題，尤其是針對傾斜結(jié)構(gòu)的安裝、鋼板墻的安裝、腰桁架的安裝等一系列施工技術(shù)，是對我國復(fù)雜高層鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的有力補充，同時對國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計行業(yè)的持續(xù)發(fā)展起到了積極作用。

參考文獻：

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[2]唐建成；淺談高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工；《科技信息》2008年34期