結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要素分析

王愛華

東營市建筑設(shè)計(jì)研究院，山東東營 257091

0 引言

最近十幾年的時(shí)間，我國在高層建筑的建設(shè)領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就，而且越來越成熟。但是在發(fā)展過程中對于高層建筑的研究方面卻過多的停留在了對美學(xué)藝術(shù)等外在形式的追求上，而對于建筑的功能分區(qū)、空間組織布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面卻沒有足夠多的研究，在建筑技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)和自主設(shè)計(jì)能力有待提高，當(dāng)前我國許多著名的超高層建筑都是由國外的建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所設(shè)計(jì)的，我國在這方面與世界發(fā)達(dá)國家相比還有較大的差距，通過對結(jié)構(gòu)的深入研究可以幫我我們改善這種現(xiàn)狀，促進(jìn)我國高層建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的良好發(fā)展。高層建筑設(shè)計(jì)要素主要有以下幾方面。

1 思想上重視概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)是指在施工過程中設(shè)計(jì)人員根據(jù)相關(guān)規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)，得到對對象的概念把握，而不采用任何數(shù)值方法。對于一些復(fù)雜的力學(xué)問題分析，設(shè)計(jì)師通過采用此辦法確定總體結(jié)構(gòu)方案，可以得到思路較為明確、方法較為簡單的方案，也可以有效避免設(shè)計(jì)后期階段的一些繁瑣數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算。在實(shí)際過程中為了實(shí)現(xiàn)概念設(shè)計(jì)，通常要注意以下幾個(gè)方面：

1）在設(shè)計(jì)過程中要注意選擇合適的結(jié)構(gòu)體系和形式，滿足各個(gè)方面的基本要求。并且同一個(gè)結(jié)構(gòu)單元應(yīng)該選用相同的結(jié)構(gòu)體系，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全和規(guī)則性；

2）在實(shí)際情況中，建筑結(jié)構(gòu)的安全性能出現(xiàn)問題通常是由于計(jì)算簡圖的差錯(cuò)造成的，所以在設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)實(shí)際情況來確定合理的計(jì)算簡圖，合理正確的計(jì)算簡圖對于保證建筑結(jié)構(gòu)的安全有著重要的作用；

3）現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)發(fā)揮著重要的作用，設(shè)計(jì)計(jì)算軟件的出現(xiàn)為人們省去了許多不必要的麻煩，但是由于不同的軟件側(cè)重點(diǎn)不一樣，對最終結(jié)果的影響也不一樣，所以選擇合適的設(shè)計(jì)計(jì)算軟件也是十分重要的。如果選擇不恰當(dāng)，不僅會(huì)在計(jì)算過程中浪費(fèi)大量時(shí)間精力，還有可能對設(shè)計(jì)結(jié)果造成一定的影響，為結(jié)構(gòu)的不安全因素埋下隱患。

2 了解高層建筑結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)

在豎向荷載的作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)的形變主要是豎向結(jié)構(gòu)部件的壓縮變形，在施工過程中，做好對基底應(yīng)力的調(diào)整。防止建筑基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象。高層建筑的水平位移對高層建筑結(jié)構(gòu)的影響很明顯，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要做好對水平荷載的作用力的控制。

3 做好地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要素

地基基礎(chǔ)是建筑穩(wěn)定的保證，要滿足承載力和沉降條件的需求。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)之前，要對當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境做一個(gè)詳細(xì)的了解，并要排除所有不利因素。根據(jù)高層建筑自身特點(diǎn)和所在地質(zhì)環(huán)境，確定地基基礎(chǔ)等級。

4 結(jié)構(gòu)的軸向變形應(yīng)該引起足夠重視

由于高層建筑體量很大，自重也很大，在結(jié)構(gòu)中能夠引起很大的軸向形變，所以對建筑承受豎向荷載的能力要求也自然會(huì)提高。建筑的豎向荷載并不是一次性施加的，而是在建設(shè)過程中隨著高度上升自重不斷增大，對各部分的豎向荷載是動(dòng)態(tài)變化的過程。對梁彎矩產(chǎn)生持續(xù)影響，在計(jì)算過程中要注意荷載動(dòng)態(tài)變化，將每個(gè)步驟都處理好，計(jì)算出軸向形變值，對剪力和水平荷載力也要考慮在內(nèi)，綜合確定構(gòu)建形變情況。

5 充分考慮結(jié)構(gòu)的延展性問題

高層建筑與低層建筑相比，對外部荷載所產(chǎn)生的影響更加敏感，應(yīng)該有更好的柔韌性要求。過于剛硬性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對剛層建筑本身是一種損害，為了確保結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍然具有較強(qiáng)的形變能力，在構(gòu)造設(shè)計(jì)方面，要采取適當(dāng)措施，保證其延展性。

6 在滿足要求的前提下，建筑應(yīng)選擇適宜的高度

在設(shè)計(jì)過程中要嚴(yán)格控制建筑高度，高度不同，設(shè)計(jì)規(guī)范參考要求不同，施工技術(shù)也不同。在滿足要求的前提下，要盡量控制高度。建筑高度過高不僅會(huì)為施工帶來諸多麻煩，還會(huì)引起建筑材料的不充分利用，由于大多數(shù)高層建筑和超高層建筑的外層并沒有過多的保護(hù)設(shè)施，建筑本身能耗太大，造成資源的過度浪費(fèi)，而且會(huì)對周邊環(huán)境產(chǎn)生許多不可避免的影響，對我國的節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的順利實(shí)施也產(chǎn)生了一定的影響。

7 建筑材料和結(jié)構(gòu)體系的選擇

當(dāng)前我國建筑大部分是采用鋼筋混凝土作為建筑材料，在地震高發(fā)地區(qū)也是如此，而在國外則主要采用鋼結(jié)構(gòu)來減少地震的破壞。高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要承受的剪力很大。所以要增大結(jié)構(gòu)的剛度來實(shí)現(xiàn)抗剪力能力的提高。在高層建筑中，根據(jù)我國現(xiàn)狀，盡量采用鋼骨混凝土、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，達(dá)到減小柱斷面尺寸，并改善抗震性能。鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)對于減小風(fēng)荷載影響有很大優(yōu)勢，尤其是適宜作超高層建筑的結(jié)構(gòu)骨架。

8 建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算

在高層建筑中，為了實(shí)現(xiàn)對建筑環(huán)境的美化所增加的不在主體承重骨架體系之內(nèi)的部分叫做非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。由于高層建筑受到的風(fēng)荷載和地震荷載很大，在設(shè)計(jì)計(jì)算中要充分考慮各方面的因素，尤其是對高層建筑屋頂結(jié)構(gòu)部件的計(jì)算。必須要嚴(yán)格遵守規(guī)范中的各項(xiàng)要求，保證建筑安全性。

9 結(jié)論

總之，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要充分重視概念設(shè)計(jì)的重要性，并根據(jù)實(shí)際情況做好結(jié)構(gòu)的分析，同時(shí)要設(shè)計(jì)多個(gè)方案思路并進(jìn)行比較選擇，選擇出最佳結(jié)果。設(shè)計(jì)要綜合考慮多方面的因素，并且要針對各種影響因素制定出相應(yīng)應(yīng)對措施。要嚴(yán)格遵守各種相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和法律法規(guī)，正確處理對待結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要素和難題，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。通過研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要素，可以使我國高層建筑的建設(shè)工藝更加成熟，更好地服務(wù)于我國的現(xiàn)代化建設(shè)。

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