高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的若干問題研究

張懿

【摘 要】本文主要針對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題分析以及高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中問題的解決方案分析進行簡要分析，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題；措施

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

現(xiàn)在高層建筑結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式己經(jīng)種類繁多，以應(yīng)對現(xiàn)代人們的個性化需求，這也就要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計從業(yè)者的設(shè)計理念逐步提升。完美的建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)局限于內(nèi)部的細致描繪，而應(yīng)兼顧到外部所能給人們呈現(xiàn)的美感。

1、選用適宜的結(jié)構(gòu)體系和合理的計算簡圖

高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)建筑物的使用要求、房屋高度和高寬比、抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場地類別、結(jié)構(gòu)材料和施工技術(shù)條件等因素綜合考慮，選用適宜的結(jié)構(gòu)體系。目前我國用于高層建筑的結(jié)構(gòu)體系主要有剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)和板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)。

在進行高層建筑的結(jié)構(gòu)計算時，需要用到相關(guān)的計算簡圖。進行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析之前，應(yīng)首先將實際結(jié)構(gòu)進行抽象和簡化，使之既能反映實際的主要受力特征，同時又能使計算大大簡化。這種經(jīng)合理抽象和簡化，用來代替實際結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型叫做結(jié)構(gòu)的計算簡圖。計算簡圖的選取在結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析中占有相當重要的地位，它直接影響著計算工作量的大小和分析結(jié)構(gòu)與實際間的差異。在計算簡圖的選取時，應(yīng)注意正確反映結(jié)構(gòu)的實際受力情況，使計算結(jié)果盡可能與實際相符。對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形影響較小的次要因素，可以較大地簡化甚至忽略，使計算大大簡化。

2、合理的抗震設(shè)計

高層建筑的抗震設(shè)計是整個設(shè)計過程中較為重要的環(huán)節(jié)，在進行抗震設(shè)計時應(yīng)充分結(jié)合建筑物的基本體型以及建筑物所處的抗震設(shè)防烈度要求。抗震設(shè)計在重視“計算設(shè)計”的同時，還應(yīng)當.非常重視結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計。建筑體型和布置依據(jù)抗震概念設(shè)計原則劃分為規(guī)則和不規(guī)則兩大類，一般在地震多發(fā)地段宜選用規(guī)則結(jié)構(gòu)，即平面和立面規(guī)則，結(jié)構(gòu)平面布置均勻、對稱并具有較好的抗扭剛度；結(jié)構(gòu)豎向布置均勻，結(jié)構(gòu)剛度、承載力和質(zhì)量分布均勻。而在應(yīng)對城市中由于街道以及土地的限制，需要根據(jù)場地的實際情況對建筑進行設(shè)計時，也可采用不規(guī)則平面的方式。對于結(jié)構(gòu)不規(guī)則的高層建筑，需根據(jù)其不規(guī)則程度和不規(guī)則類型按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010相關(guān)要求進行地震作用計算和內(nèi)力調(diào)整，并對薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施，以保證建筑的抗震可靠性，避免采用抗震性能差的嚴重不規(guī)則結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、穩(wěn)定性、延性等方面的性能。

3、完善結(jié)構(gòu)措施

對高層建筑的結(jié)構(gòu)體系選擇時，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)措施的完善性。不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承受的荷載不同，在整個建筑中發(fā)揮的作用也相同。因此，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)從整體出發(fā)，充分分析各類構(gòu)件的材質(zhì)、受力情況以及延展性，保證各類構(gòu)件能夠有效合理的共同工作。此外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，還需注重外部溫度以及天氣對建筑的影響，保證構(gòu)件面對不同環(huán)境變化時均能達到其相應(yīng)的強度要求。在構(gòu)件設(shè)計時應(yīng)當遵循“強柱弱梁、強剪弱彎以及強壓弱拉”的原則，保證各類構(gòu)件的統(tǒng)一性和整體性。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題分析

1、扭轉(zhuǎn)問題

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮的建筑三心，三心分別是結(jié)構(gòu)中心、幾何型心、剛度中心。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時要盡可能的保證三心合一，使這三個中心處于同一個位置。要是三個中心不處于同一位置，很有可能因為自身的因素造成造成建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)對與建筑本身的損失非常大，且容易造成建筑物坍塌的災(zāi)難。

2、受力問題

高層建筑設(shè)計需要考慮高層建筑的空間問題。在設(shè)計時要盡量保證高層建筑的重力始終保持垂直地面，并且與承重墻面平行。

3、短肢剪力墻設(shè)置問題

短肢剪力墻是一種新的建筑定義，是指墻截面高度和厚度比為五到八的墻體成為短肢剪力墻。在現(xiàn)在的建筑中使用短肢剪力墻的部位越來越多，但是建筑中也有很多限制性的因素。由于短肢剪力墻的墻壁厚度較薄，在墻體與梁進行連接時可能會造成梁體的所有寬度不能得到充分利用，從而達不到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時的作用。同時短肢剪力墻的高度較低不利于停車場車輛的通行。

4、高層建筑的高度超高問題

高層建筑的高度一般都是二十四米與一百米之間，高層建筑的主要問題是在抗震、火災(zāi)方面的設(shè)計。大家眾所周知，建筑物的高度越高，對于抗震來說要求越高。越高的建筑在受到地震的橫向的作用力時越容易產(chǎn)生倒塌。所以高層建筑的抗震一直是高層建筑設(shè)計的一個重點問題。同時現(xiàn)在對于高層建筑進行設(shè)計時，對抗震的審核一般都是比較嚴格的，而設(shè)計的過程中往往會出現(xiàn)建筑高度的變更，這也就使得結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)很多問題，設(shè)計方案需要不停的進行改動，耗費了設(shè)計者很多的人力和物力，同時還可能延誤了建筑施工的工期，造成了巨大的經(jīng)濟損失。

5、嵌固端的設(shè)計施工問題

在進行高層建筑設(shè)計施工時，通常會留有兩層的地下室，一般的嵌固端都設(shè)置在第二層的頂板的位置，而高層建筑中很多設(shè)計施工人員都只是關(guān)注了上部高層結(jié)構(gòu)的問題而忽略了嵌固端的設(shè)計及施工問題。但也就是這一個細節(jié)很有可能在以后造成巨大的危害。所以在高層建筑施工過程中任何一個小的細節(jié)都不能忽略。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中問題的解決方案分析

1、扭轉(zhuǎn)問題的解決

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要求設(shè)計師要盡可能的保證結(jié)構(gòu)中心、幾何型心、剛度中心三心處于同一位置。三心處于同一位置可以盡可能的是減少水平載荷的影響，盡量減少或避免扭轉(zhuǎn)力的產(chǎn)生。

2、受力問題的解決

受力問題主要是在是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時要做到保證高層建筑的重力始終保持與稱重墻體保持平行，避免重力傾斜于承重墻體而造成承重墻無法正常的承受住高層建筑的重量而導(dǎo)致建筑的坍塌。

3、短肢剪力墻問題的解決

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計施工的過程要合理的使用短肢剪力墻，保持短肢剪力墻的分布合理，以保證高層建筑結(jié)構(gòu)主體的不會產(chǎn)生不必要的剪應(yīng)力。同時在抗震需求較高時可以較多的使用短肢墻，以提高建筑物整體的抗震能力。另外在墻體與梁部連接時要控制好梁部的寬度與短肢剪力墻的寬度盡量相同，以免造成梁部不能很好的與墻體進行連接。

4、建筑物超高問題的解決

高層建筑物的建筑初期，在進行設(shè)計之前就要確定好建筑物的高度，控制建筑的高寬比，以此進行高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，這樣就可以避免多次對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的修改，很大程度生節(jié)省了人力和物力。減少了建筑初期的成本。

5、嵌固端問題的解決

高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計建造過程中雖然有很多重要的問題需要去注意，但是也不能因此忽略了建筑物嵌固端的問題，這個小小的問題如果不去注意的話往往會造成很多的災(zāi)難，特別是越高的建筑造成的危害也就越大。

6、提高設(shè)計師的素質(zhì)能力

高層建筑結(jié)構(gòu)的初期設(shè)計在高層建筑結(jié)構(gòu)的實際施工中具有關(guān)鍵性的作用。高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中要注意的問題有很多，上面提到的扭轉(zhuǎn)力、嵌固端設(shè)計、短肢剪力墻、整體受力等都要在設(shè)計中進行思考并作出合理的設(shè)計方案。這也就要求設(shè)計者具有很高的專業(yè)素質(zhì)和能力。設(shè)計者不光要有在學(xué)校里學(xué)習(xí)到的設(shè)計知識，還要有長期參與工程設(shè)計與施工的經(jīng)驗。

設(shè)計者還可以參考國外的各種高層建筑的設(shè)計方案，從中學(xué)習(xí)發(fā)達國家在高層設(shè)計中的經(jīng)驗。畢竟發(fā)達國家高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計施工發(fā)展時間要比我國長很多，其中有很多設(shè)計師長期總結(jié)下來的經(jīng)驗值得我們進行學(xué)習(xí)。

四、結(jié)束語

綜上所述，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項技術(shù)含量較高、綜合性較強的工作，而我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中還存在很多問題。本文針對結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，有針對性地提出了解決問題的辦法。目前，建筑行業(yè)仍在快速發(fā)展，高層建筑業(yè)也在發(fā)生著日新月異的變化，對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求越來越高。研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的若干問題及對策有助于為提高我國高層建筑設(shè)計水平提供參考，不斷完善和發(fā)展高層建筑。

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