高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及筏板相關(guān)問(wèn)題探討

王建華

（江蘇省節(jié)能工程設(shè)計(jì)研究院，江蘇 南京 210007）

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及筏板相關(guān)問(wèn)題探討

王建華

（江蘇省節(jié)能工程設(shè)計(jì)研究院，江蘇 南京 210007）

城市化進(jìn)程發(fā)展迅速，城市土地資源有限，為了提高土地的利用率，增加建筑物的容積，城市高層建筑不斷涌現(xiàn)。高層建筑基礎(chǔ)深，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，從選材、設(shè)計(jì)到施工，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都非常重要，也是高層建筑施工過(guò)程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)筏板的相關(guān)設(shè)計(jì)問(wèn)題做簡(jiǎn)要分析。

高層建筑；結(jié)構(gòu)筏板；設(shè)計(jì)

高層建筑與多層相比，工程更加復(fù)雜多變，影響因素多，設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則都直接與高層建筑的施工、造價(jià)以及后續(xù)的建筑設(shè)備安裝密切相關(guān)。所以對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)筏板設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題探討，也就是探討影響高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)、建筑設(shè)計(jì)的原則等相關(guān)問(wèn)題。

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的影響因素

高層建筑的使用緩解了城市土地使用緊張的情況，大大提高了建筑物的容積和使用效果[1]。高層建筑物工程龐大，技術(shù)復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否直接影響到建筑物本身的安全性能，所以在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮四個(gè)方面的影響因素：高層建筑的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；高層建筑的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；高層建筑的建設(shè)成本要科學(xué)合理。

1.1 抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑由于層高的原因，對(duì)風(fēng)具有阻斷和干擾的作用[2]，使得氣流轉(zhuǎn)從高層建筑的周邊行進(jìn)，被改變后的氣流會(huì)產(chǎn)生使高層建筑振動(dòng)的強(qiáng)大力量，使高層建筑遭受破壞甚至開(kāi)裂。針對(duì)這一問(wèn)題，首先必須把高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)好，俗話說(shuō)“萬(wàn)丈高樓平地起”，可見(jiàn)基礎(chǔ)打好了，才能更好的提高建筑整體承受力?；夭捎眉?jí)配等級(jí)較高的砂石，保證回填料的整體密實(shí)度，防止不均衡的水平作用力威脅整個(gè)地基結(jié)構(gòu)，造成傾覆的威脅，同時(shí)在建筑物基礎(chǔ)受力層的底部設(shè)置抗拔錨桿，通過(guò)對(duì)桿體安裝、注漿和錨桿鉆孔等動(dòng)作，提高建筑基礎(chǔ)的抗拔強(qiáng)度。

1.2 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地球地殼板塊活動(dòng)異常，抗震結(jié)構(gòu)的考慮始終是高層建筑的薄弱點(diǎn)，高層建筑工程龐大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地震發(fā)生時(shí)可能的后果無(wú)法準(zhǔn)確估算，外加設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中未能綜合考慮相關(guān)地震的破壞原理，使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在抗震方面缺乏靈活性。地震發(fā)生時(shí)地基出現(xiàn)不同的沉降現(xiàn)象，這是導(dǎo)致系列建筑物被損毀的直接原因，所以合理設(shè)置抗側(cè)力構(gòu)件的位置[3]，橫向和縱向通過(guò)提高抗側(cè)力構(gòu)件的強(qiáng)度，使高層建筑物結(jié)構(gòu)處于平面布置規(guī)則對(duì)稱的狀態(tài)，側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化，從而達(dá)到一定的抗震效果；設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用混凝土剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效提高抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承重能力，使得建筑物整體的重量更好的分散和延續(xù)開(kāi)來(lái)，有效提高抗震效果。

1.3 消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，為了滿足各種功能需求，施工過(guò)程中需要使用各種功能不同的建筑材料，并且很多材料是可燃的，無(wú)疑增加了火災(zāi)發(fā)生的概率。外加高層建筑空氣對(duì)流性強(qiáng)，高空段風(fēng)力比較強(qiáng)大，如果不幸發(fā)生火災(zāi)，無(wú)疑為火勢(shì)的迅速蔓延提供了條件。所以高層建筑的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要有科學(xué)性、人性化，切實(shí)保障住房使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全。設(shè)計(jì)過(guò)程中必須全面考慮防火間距的設(shè)計(jì)、安全疏散功能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及阻礙火勢(shì)蔓延的分隔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，堅(jiān)持以防為主，消防應(yīng)急處理為輔的設(shè)計(jì)理念。

1.4 工程造價(jià)

高層建筑地基設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響著基礎(chǔ)的類型選擇和工程的造價(jià)。如何在確保地基質(zhì)量符合建筑規(guī)范要求的同時(shí)，又設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)效益最大的高層建筑基礎(chǔ)呢？這就需要建筑設(shè)計(jì)者綜合考慮工程的相關(guān)影響因素，設(shè)計(jì)前依據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告對(duì)工程地質(zhì)的情況充分了解，結(jié)合“整片筏基”與“板式筏基+獨(dú)立柱基”兩組方式的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)合理的地基量；除此之外，對(duì)于高層建筑整體使用的工程材料，都要做好全面的市場(chǎng)調(diào)查，找到質(zhì)量、性能都相對(duì)較高的替代材料，同時(shí)價(jià)格又非常的經(jīng)濟(jì)；工程建設(shè)過(guò)程中，杜絕材料采購(gòu)過(guò)程中出現(xiàn)的嚴(yán)重價(jià)格差現(xiàn)象，確保每一分工程款都用在實(shí)處。

2高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)原則

2.1 高層建筑過(guò)程中基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原則

地基設(shè)計(jì)[4]是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提工作，隨著城市人口不斷增加，為提高土地使用率，高層建筑不斷涌現(xiàn)，車庫(kù)、人防設(shè)施、地下室等不要不斷的增加，通過(guò)確定基礎(chǔ)底板的埋置深度以及建筑工程的巖土特征，來(lái)選定工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。并且盡量選取天然的筏板基礎(chǔ)。因?yàn)榛A(chǔ)的設(shè)計(jì)工作包含基礎(chǔ)的類型設(shè)計(jì)以及對(duì)地基的處理工作，地基類型的選擇要考

慮到建筑物上部結(jié)構(gòu)的荷載、地基的承載力以及整體的工程造價(jià)等相關(guān)因素。如果在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中天然筏板基礎(chǔ)的沉降量計(jì)算過(guò)大，那么天然地基筏板就無(wú)法得到很好的應(yīng)用，無(wú)疑增加成本，造成不必要的浪費(fèi)。所以在高層建筑地基的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要詳細(xì)研究地質(zhì)勘探報(bào)告，要充分考慮筏板的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、承載力和變形組成情況等，結(jié)合地區(qū)的相關(guān)地質(zhì)條件對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

2.2 剪力墻設(shè)置原則

前文提到過(guò)剪力墻在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要作用，高層建筑中剪力墻的位置設(shè)置及其數(shù)量要求也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則中的重要考慮因素。現(xiàn)有的相關(guān)建筑規(guī)劃中，主要描述的都是短肢剪力墻[5]，而短肢剪力墻在實(shí)際使用過(guò)程中受到很多因素的影響，所以具體設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員都會(huì)盡量避免使用這種墻體結(jié)構(gòu)，從而避免了后續(xù)相關(guān)問(wèn)題的產(chǎn)生。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員不能死板照搬規(guī)劃，認(rèn)為剪力墻只能設(shè)置在建筑物兩端，要依據(jù)實(shí)際情況靈活變通，在建筑的縱向中軸線上也應(yīng)該增加剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)調(diào)整該結(jié)構(gòu)墻的中心位置，合理控制好厚度和截面，以便建筑物的側(cè)向位移能保持在可允許的范圍之內(nèi)。

3筏板設(shè)計(jì)的綜合設(shè)計(jì)原則

高層建筑結(jié)構(gòu)筏板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)過(guò)程需要考慮很多的影響因素，還要結(jié)合具體施工造價(jià)情況對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理有效的調(diào)整。具體設(shè)計(jì)過(guò)程中可以通過(guò)比較“整片筏基”與“板式筏基+獨(dú)立柱基”[6]兩組方式的工程造價(jià)，得出經(jīng)濟(jì)效益更加顯著的方案。如果地質(zhì)勘探的結(jié)果顯示地層分布不均勻，上部結(jié)構(gòu)荷載在筏板上分布不均勻，是筏板基礎(chǔ)各部分的沉降差異較明顯的話，那么就可以進(jìn)行以下調(diào)整：調(diào)整建筑地表以上結(jié)構(gòu)荷載或者調(diào)整網(wǎng)住間距，以達(dá)到減少基層壓力差的效果；調(diào)整筏板的形狀和面積，均衡壓力差；對(duì)底板的強(qiáng)度與剛度予以加強(qiáng)，并且在跨度較大的間柱體之間設(shè)置加強(qiáng)板或者暗梁，提高基礎(chǔ)筏板的整體抗壓性能。

4結(jié)束語(yǔ)

高層建筑是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，影響因素多，綜合技術(shù)要求高，需要設(shè)計(jì)者和施工人員共同配合。在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，還需結(jié)構(gòu)工程本身的相關(guān)地質(zhì)因素和工程條件，充分考慮抗風(fēng)、抗震、消防結(jié)構(gòu)等要素，依據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的相關(guān)原則和注意事項(xiàng)，最終設(shè)計(jì)出最科學(xué)合理、同時(shí)又符合工程造價(jià)預(yù)算的建筑工程。

參考資料

[1]王允. 淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題[J]. 中華民居(下旬刊),2013,12∶57+60.

[2]李蘭. 高層建筑結(jié)構(gòu)筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2008.

[3]范麗佳. 上部結(jié)構(gòu)—筏板—地基相互作用的有限元分析[D].湘潭大學(xué),2013.

[4]廖勇. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題探討[J]. 科技致富向?qū)?2012,15∶386.

[5]張睿,王偉力. 對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)筏板設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題的探析[J]. 中國(guó)科技投資,2013,09∶119.

[6]何俊旭.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)選型探討[J]. 價(jià)值工程,2010(2)∶214.

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1007-6344（2015）06-0087-01