結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中高層建筑的問題及措施研究

孫善堂

摘 要：近年來隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的提高，我國建筑行業(yè)的發(fā)展也呈現(xiàn)出一種良好態(tài)勢。與傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)不同，現(xiàn)代人們在對建筑物的美觀和藝術(shù)性方面提出了更高的要求，這使得建筑外觀立面與之前有了較大差別，為了追求建筑的美感使得外形變得更加復(fù)雜多變，這不僅大大增加了建筑物的設(shè)計(jì)和施工難度，對于一些高層建筑而言，在建筑的安全性尤其是防震性方面也變得更加脆弱，這就要求建筑物在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中更加科學(xué)合理，本文就對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所存在的問題進(jìn)行簡要的分析，制定相應(yīng)的應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；高層建筑；措施

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題

（一）建筑基礎(chǔ)選型問題。建筑基礎(chǔ)是建筑結(jié)構(gòu)中最重要的組成部分之一，建筑物的所有荷載最后都要由建筑基礎(chǔ)來承擔(dān)，建筑基礎(chǔ)的安全可靠關(guān)系到整座建筑物的安全，而對于高層建筑來說，建筑物整體質(zhì)量更大，在對建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，要求建筑基礎(chǔ)的整體性較好，可以承受建筑的質(zhì)量以及適度的變形。因?yàn)楦邔咏ㄖ栀Y源較多，所以在基礎(chǔ)的選型上要既要考慮到建筑整體的安全性還要兼顧建筑的成本控制。目前我國高層建筑基礎(chǔ)主要有筏板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)以及條形交叉梁三種類型。高層建筑在選型時(shí)要充分考慮到建筑物的層數(shù)以及類型等諸多因素，以此來確定建筑物最終的基礎(chǔ)類型。

（二）地下室外墻。地下室外墻主要承受兩種荷載，水平荷載和豎向荷載，豎向荷載主要是由建筑上部和自重組成，而水平荷載則主要分為地面活載、側(cè)向土壓力、人防等效靜荷載等幾部分組成，在現(xiàn)實(shí)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般不對豎向荷載進(jìn)行考慮，鋼筋的配置僅僅按照墻板設(shè)計(jì)的變形程度來進(jìn)行計(jì)算，而對于地下室外墻的厚度以及混凝土強(qiáng)度等等其它要求，都應(yīng)該按照建筑工地的實(shí)際情況，如地下水位，地下室層數(shù)和層高，埋深等因素來進(jìn)行綜合的考慮與分析，對于高層建筑地下室外墻的厚度，一般都要求不低于250mm，而對于地下室的混凝土強(qiáng)度根據(jù)地下室的特殊情況也有要求，混凝土水泥的等級(jí)不能夠太高，因?yàn)檫@樣水泥的用量過大容易產(chǎn)生收縮造成的縫隙，但是高層建筑有限定，不能低于C30級(jí)，對于地下室外墻的防水要求，應(yīng)該依據(jù)具體的最大水頭與墻厚之比來進(jìn)行計(jì)算，不過無論哪種滲透等級(jí)都不能夠小于0.6MPa。

（三）連梁超筋。在框剪結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁超筋非常普遍，造成連梁超筋的原因是計(jì)算剪力不能夠達(dá)到減壓比的要求，一般來講剪力墻的墻肢通過連梁組成一個(gè)整體，從而讓剪力墻擁有比較大的抗側(cè)剛度。在剪力墻發(fā)生形變的時(shí)候，連梁此時(shí)就會(huì)承擔(dān)很大的彎矩和剪力。連梁會(huì)最先開裂，這也正是連梁在地震時(shí)起到的保護(hù)，連梁超筋會(huì)造成連梁不能把保護(hù)作用發(fā)揮到極致，連梁超筋一般都分為幾種情況；平面中的墻段過長，其中容易發(fā)生連梁超筋和墻面的強(qiáng)制平面長度大小均勻。

（四）回彈再壓縮。在挖掘建筑基坑的時(shí)候，在基坑四周摩擦角范圍之內(nèi)的土因?yàn)槭艿搅思s束，一般不會(huì)發(fā)生反彈，但是在基坑的中心部分，基土反彈的情況非常容易發(fā)生，這個(gè)時(shí)候會(huì)進(jìn)行人工基土清理，基土反彈一般發(fā)生在較大基坑，對于相對較小的基坑，基土彈性較小，一般可以直接忽略。而在對小型基坑沉降進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，一般都是按照基地附加應(yīng)力進(jìn)行。而對大型基坑計(jì)算沉降的時(shí)候，應(yīng)該采用基地壓力進(jìn)行計(jì)算，而被基坑邊緣土約束的那一部分則是被當(dāng)做安全儲(chǔ)備，這種計(jì)算方法會(huì)導(dǎo)致實(shí)際沉降小于計(jì)算沉降。

二、應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的措施

（一）抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，對于建筑防震的設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的考慮因素，地震的威力很大，對于高層建筑的打擊更是致命的，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該對防震進(jìn)行特別的關(guān)注，尤其是對處在地震頻發(fā)地區(qū)的建筑物，對它們的防震設(shè)計(jì)要求要更加嚴(yán)格，對于那些并不處在地震帶的高層建筑也要提高重視。在高層建筑的高層部分，建筑會(huì)變得更加“柔”，地震對高層部分的影響也更加大，地震帶來的強(qiáng)大力量會(huì)造成高層建筑的上半部分變形嚴(yán)重，為了減少的建筑物倒塌的可能性，高層建筑在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上必須能夠保證整棟建筑物的延性，在發(fā)生較大形變的時(shí)候依然可以保證建筑物不被徹底的損毀。

（二）充分收集關(guān)鍵信息。 高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，一定要充分了解施工地區(qū)的各種信息，如施工地的土質(zhì)，風(fēng)壓和雪壓，以及非常重要的地震情況，在對所有資料進(jìn)行詳細(xì)了解之后才能準(zhǔn)確地進(jìn)行就工程建設(shè)的各項(xiàng)參數(shù)。這些資料可以從相關(guān)文獻(xiàn)中獲取，而對于另一些建筑中所要使用的材料情況，也要進(jìn)行詳細(xì)的了解，地區(qū)的不同一些關(guān)鍵材料也會(huì)有差異，例如在建筑施工中非常重要的墻體維護(hù)主材，這種材料對于墻體的荷載起著重要的作用，不同的材料會(huì)導(dǎo)致墻體荷載能力不同，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一定要充分考慮這些可變性因素，充分收集各種所需要的關(guān)鍵性資料，根據(jù)施工地的具體情況來制定設(shè)計(jì)計(jì)劃，這樣可以有效地減少因?yàn)樾畔?shù)不準(zhǔn)確而造成的施工錯(cuò)誤。

（三）準(zhǔn)確設(shè)置參數(shù)?，F(xiàn)代建筑建模基本都使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件來進(jìn)行，軟件進(jìn)行建模方面快捷，但是有一點(diǎn)非常的重要，那就是對于參數(shù)的設(shè)計(jì)，參數(shù)的正確與否直接會(huì)影響到最后建模的正確。一般來說不要隨意地修改系統(tǒng)參數(shù)，在對參數(shù)進(jìn)行修改時(shí)一定要注意參數(shù)的準(zhǔn)確性，有些參數(shù)在同一系統(tǒng)里可能并不是所有地方都使用，例如在磚混結(jié)構(gòu)里正確的參可能就不用于框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算，在參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，一定要注意不同結(jié)構(gòu)里參數(shù)的不同。對于使用計(jì)算機(jī)建模，必須要求使用者對計(jì)算機(jī)運(yùn)行的情況和軟件的工作原理非常了解，一方面可以使使用者更好地利用計(jì)算機(jī)解決問題，另一方面有時(shí)候計(jì)算機(jī)也可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)人員一定要能夠自己進(jìn)行手動(dòng)的核算，對結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)地檢查，避免設(shè)計(jì)出現(xiàn)較大的錯(cuò)誤。

（四） 優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。高層建筑的材料較多，考慮因素較多設(shè)計(jì)相對比較復(fù)雜，這個(gè)時(shí)候要求對成本有很好的控制，所以在相關(guān)的計(jì)算中，設(shè)計(jì)者一定要充分考慮成本，在滿足安全要求的條件下，不可以隨便加配鋼筋和加大構(gòu)件的截面，以至于造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。而在建筑結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者一定要注意對薄弱部分的加固，遵循“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉原則”，避免出現(xiàn)超筋梁柱的情況。在提升建筑構(gòu)件的延性上，一定要計(jì)算好鋼筋的錨固長度，充分考慮溫度對鋼筋應(yīng)力的影響，避免建筑構(gòu)件中出現(xiàn)薄弱的地方。在對結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)完成之后，一定要使用極限狀態(tài)來對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，確保設(shè)計(jì)的抗震性。在最后為了達(dá)到較大的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)者應(yīng)該對整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，從結(jié)構(gòu)選型，計(jì)算還有其它細(xì)節(jié)方面進(jìn)行詳細(xì)的分析，最終制定出最為高效節(jié)約的設(shè)計(jì)方案。

三、結(jié)語

對于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 首先要考慮的是其與多層建筑設(shè)計(jì)的不同。 在高層建筑中起到控制作用的是風(fēng)和地震作用的水平荷載，已不再是豎向荷載，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候要遵循高層建筑的設(shè)計(jì)原則，充分考慮到影響施工各方面的因素，然后根據(jù)具體的情況，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)選型等操作，在建立初步的設(shè)計(jì)方案之后，要根據(jù)整體的情況進(jìn)行分析，最終確定最合理的方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]施金平；趙明水；榮維生；高層建筑中高位箱形轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)[J]；工程抗震與加固改造；2005年06期

[2]周云；吳從永；鄧雪松；張興富；吳從曉；；高位轉(zhuǎn)換耗能減震結(jié)構(gòu)新體系[J]；工程抗震與加固改造；2006年05期

[3]丁鯤；周云；鄧雪松；；框架-核心筒結(jié)構(gòu)耗能減震層的減震效果分析[J]；工程抗震與加固改造；2007年03期

[4]楚留聲；高烈度區(qū)型鋼混凝土框架—鋼筋混凝土筒體混合結(jié)構(gòu)體系抗震性能研究[D]；西安建筑科技大學(xué)；2008年

[5]楊克家；帶加強(qiáng)層高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能及基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法研究[D]；西安建筑科技大學(xué)；2008年

[6]陶忠，張耀春，韓林海，王光遠(yuǎn)；關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)的初步探討[J]；哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)；2000年01期endprint