高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對策探討

張鳳良　肖攀

（中機(jī)國際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司　湖南　長沙　410000）

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對策探討

張鳳良肖攀

（中機(jī)國際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司湖南長沙410000）

在現(xiàn)今高層建筑建設(shè)的過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其中非常重要的一項(xiàng)工作，需要我們能夠?qū)ζ湟鸪浞值闹匾?。在本文中，我們對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中易忽略的問題進(jìn)行了一定的分析，而在我們實(shí)際工作開展的過程中，也需要能夠細(xì)心地注重每一個細(xì)節(jié)，并以良好設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用保障設(shè)計(jì)效果。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；常見問題；建議對策

引言

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以說是一個與實(shí)際緊密結(jié)合的過程，決不能脫離實(shí)際而進(jìn)行，在設(shè)計(jì)過程中，要綜合考慮建筑工程所在地的地理環(huán)境、水文土質(zhì)、抗震等級等，在參考規(guī)范的基礎(chǔ)之上，通過借鑒其他成功案例的經(jīng)驗(yàn)，合理安排建筑體從地下到地上，從主體到部分的結(jié)構(gòu)，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既符合外觀的視覺享受，又達(dá)到主體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1　現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的常見問題

1.1基礎(chǔ)以及地基設(shè)計(jì)缺乏合理性

建筑的基礎(chǔ)包括獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)以及箱形基礎(chǔ)等，不同基礎(chǔ)所承受荷載的形式不同，使用的環(huán)境就不同，獨(dú)立基礎(chǔ)所承受荷載的形式為點(diǎn)荷載，適用于一般承載能力較好的土壤，箱形基礎(chǔ)承受荷載能力的形式為面荷載，適用于濕陷性土壤等比較惡劣的地表環(huán)境下，不同類別的基礎(chǔ)形式之間所存在的差別絕不只是一個名稱的不同那么簡單。但是在目前的部分高層建筑基礎(chǔ)選型過程中，往往不是特別科學(xué)，導(dǎo)致了建筑體下層的地基土壤根本無法有效地承受基礎(chǔ)所傳來的上部建筑的荷載，基礎(chǔ)容易發(fā)生不均勻沉降，如果在這樣的地基上進(jìn)行建筑物的建造，但不采取有效的處理措施，基礎(chǔ)選型不合理，那么所成型的建筑質(zhì)量就會嚴(yán)重偏離安全標(biāo)準(zhǔn)，建筑的壽命會大大減小，同時對所居住的居民的生命安全也是一個威脅。

1.2建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的問題

關(guān)于房屋建筑框架結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，主要存在以下兩個方面的問題：①縱向框架設(shè)計(jì)缺乏合理性。房屋建筑框架結(jié)構(gòu)中不管是橫向還是縱向框架都處于同等重要的地位。然而有的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中往往會存在“重橫向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，忽略縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的觀念，常常會出現(xiàn)跨中配筋不均勻、箍筋配置不均等現(xiàn)象。②承重柱截面高度設(shè)計(jì)缺乏合理性。有的設(shè)計(jì)人員在房屋建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中為了便于進(jìn)行受力分析，往往在承重柱截面高度方面的設(shè)計(jì)較小，這樣會對房屋建設(shè)埋下質(zhì)量安全隱患。

1.3屋面梁配筋設(shè)計(jì)問題

有的設(shè)計(jì)人員在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，為了自己的方便常常會根據(jù)下層梁尺寸直接計(jì)算屋面梁尺寸和配筋，這樣可能會造成建筑屋面梁荷載偏小，從而會導(dǎo)致屋面梁的配筋大量減少，這樣的后果是在溫度應(yīng)力、混凝土收縮等各方面因素的作用下，建筑屋面梁會出現(xiàn)裂縫的情況，這在很大程度上會影響建筑結(jié)構(gòu)外觀的美感以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性。

2　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建議對策

2.1建筑高寬比

建筑的高寬比是我們建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程的一個重要環(huán)節(jié)，其能夠直接對建筑結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力、承載能力、整體剛度以及穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，可以說我們在該項(xiàng)設(shè)計(jì)工作中更多的是依靠我們的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。在我國現(xiàn)行的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中，都對建筑的高寬比以及高度等參數(shù)進(jìn)行了明確的規(guī)范，且給出了最大的高寬比以及高度限制。而在我們建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作實(shí)際開展的過程中，對于高寬比、高度等情況超出現(xiàn)行規(guī)范的建筑則應(yīng)當(dāng)根據(jù)建筑的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，建筑所具有的使用高度除了同抗震設(shè)防烈度以及結(jié)構(gòu)體系類型具有較為密切的聯(lián)系之外，還同場地結(jié)構(gòu)以及類別的規(guī)則情況等具有影響。對此，當(dāng)建筑的高寬比超過限制時，就需要設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行細(xì)致、全面的受力狀態(tài)分析，并在對荷載取值、安全指標(biāo)以及材料性能等認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上幫助我們設(shè)計(jì)出更好的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

2.2受力性能

在我們對建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的開始階段，設(shè)計(jì)人員最需要考慮的就是此建筑物所具有的空間組成特點(diǎn)，而并不是對建筑的結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行確定。對于建筑來說，其在空間以及地面形式上的水平、豎向穩(wěn)定情況對于整個建筑物具有著較為重要的影響，通常而言，建筑都是由規(guī)模較大、較重的構(gòu)件所組成的，對此，建筑所具有的結(jié)構(gòu)就應(yīng)當(dāng)能夠?qū)⑵渥陨硭哂械闹亓客孛孢M(jìn)行良好的傳遞。而我們在對建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，就需要能夠?qū)ㄖ蛳伦饔昧ν鼗休d力間的關(guān)系進(jìn)行理順，并使我們在建筑方案確定時能夠做好建筑承重柱以及承重墻的數(shù)量以及位置分布的確定工作。

2.3箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板

從建筑的結(jié)構(gòu)方面來看，如果跨底板鋼筋在設(shè)置時不會由于出現(xiàn)跨鋼筋的情況而使整個底板的通長筋得到加大，就能夠獲得較為節(jié)約的設(shè)計(jì)效果。而在出挑板之后，則能夠使地基所具有的附加應(yīng)力得到降低，并且當(dāng)建筑基礎(chǔ)形式在人工地基以及天然地基坎上時，以加挑板的方式就能夠?qū)μ烊坏鼗M(jìn)行應(yīng)用。同時，其還能夠降低整體沉降，當(dāng)荷載偏心時，在特定部位設(shè)挑板，還可調(diào)整沉降差和整體傾斜。當(dāng)然，對于此項(xiàng)問題來說，也不是絕對的，當(dāng)建筑地下室層數(shù)較多、且窗井橫隔墻較為密集時則可以根據(jù)實(shí)際情況以靈活的方式對其進(jìn)行考慮。另外，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，出基礎(chǔ)挑板也能夠幫助我們更好的對抗浮問題進(jìn)行解決。

2.4承重柱截面大小

在對抗震設(shè)防區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，部分建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員往往會貪圖受力設(shè)計(jì)的方便性而沒有將柱的截面高度設(shè)計(jì)到足夠的高度、將梁簡化成鉸支梁、使梁柱的線剛度比加大。對于這種設(shè)計(jì)方式來說，雖然其能夠在一定程度上簡化我們的結(jié)構(gòu)受力分析任務(wù)，但是卻會對整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成一定的隱患。另一方面，對于高層建筑底部柱來說，為了能夠使其滿足軸壓比限制的需求，我們往往會將柱子的截面取一個較大的值。但是，由于建筑高度的影響，就很可能會使框架柱成為短柱。對此，選擇較大的柱截面還是較小的柱截面則成為了我們實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需要商榷的一個問題。另外，在建筑底層框架方面，梁所具有的抗彎剛度也會大于柱的抗彎剛度，且梁板對于柱子所具有的約束能力也相對較小。對此，就需要我們在實(shí)際設(shè)計(jì)時能夠嚴(yán)格地遵循強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁的原則，并在建筑的同一樓層中盡量保證不同柱子所具有的同等剛度，避免出現(xiàn)過大的截面差異。

2.5梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，經(jīng)常會有主次梁交叉的情況，而設(shè)計(jì)人員在面對這種情況時也會在對主梁配筋圖進(jìn)行繪制時將次梁、板在主梁的位置以涂黑的方式對其進(jìn)行表示，而在對次梁配筋圖進(jìn)行繪制時，也會將板以及主梁以涂黑的方式進(jìn)行表示。但是對于這種方式來說，就很可能使建筑的建設(shè)人員在對屋蓋、現(xiàn)澆樓進(jìn)行施工時對次梁、主梁以及板的相互位置存在較大的困惑，不是出現(xiàn)主次梁板設(shè)計(jì)截面同實(shí)際截面不相符的情況，就是板的厚度超出了設(shè)計(jì)范圍。同時，如果我們將第一排設(shè)為板負(fù)筋、第二排為主梁負(fù)筋、第三排為次梁負(fù)筋，就會使建筑所具有的保護(hù)層成為一種：板的保護(hù)層高度+板負(fù)筋直徑+主梁箍筋直徑+主梁負(fù)筋直徑的情況。對于該種排法來說，如果主梁、板的負(fù)筋直徑越大、排數(shù)越多，就會使次梁保護(hù)層的厚度越厚，并導(dǎo)致在施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)當(dāng)次梁負(fù)筋穿過主梁負(fù)筋下面后，再向上翻至板負(fù)筋下面，進(jìn)而使次梁有效高度得到一定的減小，很可能出現(xiàn)裂縫問題。對此，就需要我們在對該環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)時能夠適當(dāng)?shù)亟档土喉敇?biāo)高，從而以這種方式保證次梁任意截面都能夠保持有效、合理的高度。

3　結(jié)束語

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代房屋建筑設(shè)計(jì)中的核心內(nèi)容，是確保建筑物整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及安全性的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)師在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)注意一些常見設(shè)計(jì)通病，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性、經(jīng)濟(jì)性、安全性，避免后期出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更或者其他質(zhì)量安全問題，從而提高房屋建筑的安全。

[1]馬樹然，主寶皆.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提高建筑的安全性的具體方法研究[J].科技傳播，2014（04）：55～57.

[2]劉曉群，鄒欣，范虹.基于并行云計(jì)算模式的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2011（10）：123～125.

[3]李浩，劉東甲.淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題[J].工程與建設(shè)，2012（01）：101～102.

TU318

A

1673-0038（2015）04-0032-02

2015-1-8

張鳳良（1982-），男，工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

肖攀（1983-），男，工程師，碩士研究生，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。