探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問題及解決策略

梁志剛

（湛江市建筑設(shè)計(jì)院，廣東 湛江 524000）

1 高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)中的問題

1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題

1.1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)本身特點(diǎn)，決定了建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)具有一定的繁復(fù)性， 而為了保證滿足高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣功能需求，需要在進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，選用不同的建筑功能材料，其中所選用的材料多為可燃性材料，這一定程度上增加了火災(zāi)情況發(fā)生的可能性，且高層建筑之間空氣流動(dòng)性較強(qiáng)，風(fēng)力大，一旦高層建筑發(fā)生火災(zāi)，極有可能在一定程度上造成火災(zāi)的擴(kuò)張。另外，高層建筑的層數(shù)越多，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將火災(zāi)線路設(shè)計(jì)成垂直形態(tài)，在這樣的情況下，高層建筑人員在進(jìn)行火災(zāi)疏散時(shí)可能會(huì)耗費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間。因此，在消防結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，對(duì)高層建筑進(jìn)行排煙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)相當(dāng)重要的方面，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意將排煙結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保證煙氣正常排出，降低火災(zāi)發(fā)生時(shí)災(zāi)情的蔓延。

1.1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其抗震結(jié)構(gòu)始終是整個(gè)設(shè)計(jì)中較難實(shí)施也是最為薄弱的環(huán)節(jié)，因?yàn)楦邔咏ㄖ旧淼膹?fù)雜特點(diǎn)以及地震發(fā)生時(shí)會(huì)造成的種種不確定影響，而且建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，并沒有充分考慮到地震發(fā)生所造成的破壞性以及如何有效避震原理。 在設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員沒有對(duì)抗震數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的研究分析。 如果在高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不能根據(jù)相關(guān)地震災(zāi)害發(fā)生的原理進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行總體的規(guī)劃，可能造成建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)方面會(huì)缺乏其有效可用性，無一定的靈活性，而且不利于建筑結(jié)構(gòu)的持久耐用性，無法有效保證高層建筑居民的生命健康和財(cái)產(chǎn)安全。

1.1.3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)建造時(shí)，應(yīng)注意建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)壓性，對(duì)其進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相當(dāng)重要的一個(gè)方面。一般高層建筑的樓層較高， 其建筑結(jié)構(gòu)本身可對(duì)風(fēng)起到較好的擾動(dòng)作用和阻隔作用，在建筑物周邊流動(dòng)的風(fēng)以及空氣在動(dòng)力作用下發(fā)生改變后，會(huì)對(duì)靜止的高層建筑產(chǎn)生一定的振動(dòng)作用， 尤其造成建筑物一定的動(dòng)力荷載力，在這種情況下， 所存在的風(fēng)壓會(huì)對(duì)建筑物的穩(wěn)定性造成一定的威脅，也可能直接導(dǎo)致高層建筑主體結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞，甚至導(dǎo)致玻璃幕墻破裂、裝飾物損壞、墻體發(fā)生斷裂等嚴(yán)重影響工程質(zhì)量情況的發(fā)生。

2 優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為有效保證建筑居民的健康生命財(cái)產(chǎn)安全，其中設(shè)計(jì)理念主要為防，同時(shí)輔以消防應(yīng)急應(yīng)對(duì)，共同對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的消防結(jié)構(gòu)形成一定的防護(hù)性：第一，設(shè)計(jì)合適的防火間距，設(shè)計(jì)間距應(yīng)該根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)建筑物之間距離進(jìn)行精確計(jì)算。 同時(shí)對(duì)防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要根據(jù)具體的地形條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，因地制宜，同時(shí)提高防火措施實(shí)施的靈活性；第二，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全疏散通道進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效解決火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員無法疏散問題，一般高層建筑的疏散通道為垂直結(jié)構(gòu)，但電梯會(huì)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)斷電不能進(jìn)行人群疏散，不利于疏散人群。 因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該設(shè)計(jì)多條疏散通道，保證有一定的防煙區(qū)，根據(jù)具體的地形條件，設(shè)計(jì)合理的避難場(chǎng)所；第三，分隔式進(jìn)行設(shè)計(jì)，可有效控制煙霧以及火勢(shì)蔓延，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)設(shè)計(jì)防火墻、防火門以及排煙設(shè)備，爭(zhēng)取有效的疏散路線，并有效降低建筑遭受破壞程度。

2.2 優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不能忽視抗震問題，高層建筑因其自身特點(diǎn)，對(duì)功能性要求較高，優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容為：第一，合理規(guī)劃建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件位置，讓不同構(gòu)件可承載不同力，并發(fā)揮其功能性；第二，對(duì)地基進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，地震時(shí)如地基發(fā)生沉降，極易導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)遭受破壞。因此在進(jìn)行地基施工建設(shè)時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，通過相應(yīng)地基設(shè)計(jì)的調(diào)整，簡(jiǎn)化建筑平面，分割高度差異以及外部形態(tài)差異較大的建筑物，有效提升建筑物的強(qiáng)度和剛度，也可將樁箱深埋，通過施工設(shè)計(jì)安排，實(shí)現(xiàn)地基穩(wěn)固性；第三，進(jìn)行剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高承重結(jié)構(gòu)抗側(cè)力， 滿足建筑結(jié)構(gòu)一定的耗能能力和承載力的延續(xù)性，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果，其中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)也是相當(dāng)重要的，在保證結(jié)構(gòu)側(cè)面強(qiáng)度同時(shí)保證樓板剛度，最大限度對(duì)建筑物進(jìn)行控制其位移；第四，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力作用下，對(duì)簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該保證結(jié)構(gòu)的完整性，以及簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)位置的對(duì)稱性， 并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及厚度進(jìn)行科學(xué)預(yù)算，增強(qiáng)底部的穩(wěn)固性，有效增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性。

2.3 優(yōu)化抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，是最基礎(chǔ)最應(yīng)考慮到的問題，綜合多種因素，對(duì)建筑物的抗風(fēng)性進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，保證建筑物最基本的抗風(fēng)承載力以及水平力，實(shí)現(xiàn)抗風(fēng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化四個(gè)步驟：第一，進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，保證建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)，需要建筑結(jié)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)選材時(shí)，可選用級(jí)配高的砂石，保證建筑結(jié)構(gòu)的填充材料密度，同時(shí)可有效防止水平方向上產(chǎn)生對(duì)結(jié)構(gòu)傾覆性威脅；同時(shí)在結(jié)構(gòu)底部進(jìn)行設(shè)置時(shí)，使用抗拔錨桿，提高其應(yīng)用功能，保證地基的穩(wěn)固，對(duì)風(fēng)力起到一定抵抗性；第二，設(shè)計(jì)耗能減振系統(tǒng)，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可采用耗能減振系統(tǒng)，減少風(fēng)荷載力對(duì)建筑物的作用力，系統(tǒng)的構(gòu)成主要有樓板、梁柱、剪刀墻、耗能支撐等構(gòu)成，減振系統(tǒng)的設(shè)置選材可使用具有較強(qiáng)粘彈性的阻尼材料，可有效提高減振系統(tǒng)的耗能減振作用；第三，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)水平力、風(fēng)荷載力以及可能發(fā)生的荷載力疊加問題進(jìn)行有效解決。 在風(fēng)荷載力作用下，會(huì)給建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的構(gòu)件增加一定的壓力，如果超過建筑物的可承受范圍，就會(huì)出現(xiàn)風(fēng)荷載與水平力發(fā)生疊加，嚴(yán)重破壞建筑物的穩(wěn)定性。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可對(duì)建筑物受力高風(fēng)壓區(qū)對(duì)其進(jìn)行加固，選材建筑使用高強(qiáng)度的鋼筋混凝土，控制建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的鋼筋含量，減緩水平方向上發(fā)生的風(fēng)荷載與水平力疊加所造成的不利于建筑物的影響力；第四，抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，同時(shí)也應(yīng)提高建筑物的剛度和建筑物的承載力，根據(jù)風(fēng)荷載的復(fù)雜性、多變性，對(duì)建筑物的風(fēng)荷載以及承載力進(jìn)行精確的計(jì)算，嚴(yán)格按照相關(guān)施工規(guī)范，對(duì)建筑物的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 結(jié)論

在高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該針對(duì)高層建筑的消防、抗震以及抗風(fēng)性進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮這三方面因素，保證建筑物的持久耐用型和安全性。 將這三方面設(shè)計(jì)問題進(jìn)行有效的綜合，保證建筑物的功能性，從科學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析研究， 提出科學(xué)的切實(shí)可行的解決措施對(duì)其進(jìn)行有效防治，可有效保證工程質(zhì)量、生命健康以及財(cái)產(chǎn)安全。

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