高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題探究

楊光耀 鄭紅波

【摘 要】隨著城市化進程的加快，各式各樣的高樓大廈迅速崛起，高層建筑越來越多，廣泛的出現(xiàn)在人們的生產(chǎn)和生活中。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在高層建筑建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，它直接影響建筑物的建設(shè)以及后期維護。在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要選用科學(xué)、合理的設(shè)計方法，最大限度滿足人們對房屋建筑居住舒適度的功能要求。此外，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計還要能充分確保建筑物的質(zhì)量安全，滿足當?shù)乜拐?、抗風的基本要求，為人們的生活、工作、學(xué)習(xí)提供安全保障。研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的若干問題及對策具有非常重要的意義。

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

引言

高層建筑的出現(xiàn)，一方面是為了緩解城市的用地緊張的情況，提高土地的綜合利用率，使城市規(guī)劃逐漸合理化和科學(xué)化；另一方面原因是高層建筑本身具有美學(xué)方面的重要意義，是一個城市現(xiàn)代發(fā)展的名片，可以作為城市重要的地標建筑。高層建筑作為一個復(fù)雜而又龐大的綜合系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理影響著高層建筑的安全和性能，所以高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計有三個方面的基本要求：不但要滿足抗震、抗風的安全性要求，而且要滿足結(jié)構(gòu)合理、構(gòu)造科學(xué)的專業(yè)性要求，還要滿足建設(shè)成本合理的經(jīng)濟性要求。

一、設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)合理性所遵守的原則

1、保證建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計方案的合理性

一般而言，高層建筑的地質(zhì)條件是選擇高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案的參考依據(jù)，這就要求高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計必須具備相應(yīng)的地質(zhì)勘查報告。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)方案通常應(yīng)確保最大化發(fā)揮地基的潛力，所以在設(shè)計時應(yīng)該對高層建筑的結(jié)構(gòu)類型、施工條件、荷載分布情況、與鄰近既有建筑物的關(guān)聯(lián)性等因素進行綜合考慮，從而提出合理并且高效的高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案。

2、保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的合理性

高層建筑結(jié)構(gòu)方案是否合理是根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案與結(jié)構(gòu)體系和要求方式是否保持一致來判定的，在滿足建筑結(jié)構(gòu)需要的同時還要能夠滿足經(jīng)濟性的需求，對于結(jié)構(gòu)體系的要求則是傳力要簡單化，受力明確化。結(jié)構(gòu)單元相同的高層建筑物，其結(jié)構(gòu)體系也應(yīng)該是相同的。

二、高層建筑設(shè)計常見問題分析

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的高度問題

有些建筑企業(yè)在進行高層建筑的施工時常常一味地追求企業(yè)利潤的最大化，經(jīng)常會隨意地在設(shè)計高度基礎(chǔ)上增加建筑的高度，盲目地將經(jīng)濟利益作為高層建筑施工的目標，最終會使建成的高層建筑高度不符合相關(guān)規(guī)定。同時，建筑高度的加大，勢必使建筑結(jié)構(gòu)所承受的垂向負荷增加，使其大于地基所能承受的最大負荷，建筑物便會出現(xiàn)抗風性弱、無法抵御惡劣天氣及地震災(zāi)害等諸多問題，這會嚴重影響建筑物使用者的安全。所以，國家有關(guān)審查機構(gòu)必須對高層建筑的高度進行嚴格的審查，并在抗震及建筑高度方面制定嚴格的規(guī)定，針對隨意加大建筑高度的行為制定嚴厲的處罰措施，以遏制這種現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2、高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計相關(guān)問題

高層建筑的地基設(shè)計既是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提性工作，也是建筑設(shè)計師非常重視的一個問題。地基設(shè)計的重要性不言而喻，地基設(shè)計的質(zhì)量直接影響著基礎(chǔ)的類型選擇和工程的造價?；A(chǔ)的設(shè)計工作包含了基礎(chǔ)的類型設(shè)計和對地基的處理工作。地基類型的選擇要考慮到上部結(jié)構(gòu)的荷載、地基的承受荷載的能力以及工程的整體造價等因素，其中比較重要的是上部建筑荷載的準確計算和結(jié)構(gòu)選型。另外在地基的設(shè)計和相關(guān)計算中一定要遵守國家規(guī)范和地方性規(guī)范，因為就全國來說，各地的地質(zhì)條件差別很大，國家規(guī)范沒有辦法作出統(tǒng)一全面的規(guī)定，所以在地基的設(shè)計工作中要注意遵守地方性的設(shè)計規(guī)范的問題。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剪力墻設(shè)置問題高層建筑中的剪力墻的數(shù)量要求和位置的設(shè)置問題也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要因素之一。第一，在現(xiàn)行的建筑規(guī)范中，具體描述了短肢剪力墻的定義問題，短肢剪力墻是指截面的高度和厚度的比在5-8的墻體，在具體的建筑應(yīng)用中，短肢剪力墻的使用受到諸多限制，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡量少使用這種墻體結(jié)構(gòu)，避免后續(xù)的設(shè)計上的諸多問題。第二，剪力墻的位置設(shè)置除了在建筑的兩端以外，在建筑的縱向中軸線還應(yīng)該增加剪力墻結(jié)構(gòu)，并調(diào)整剪力墻中心的位置，合理設(shè)置厚度以及截面，使建筑的結(jié)果位移保持在合理的范圍之內(nèi)。

4、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剪力墻設(shè)置問題

高層建筑中的剪力墻的數(shù)量要求和位置的設(shè)置問題也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要因素之一。第一，在現(xiàn)行的建筑規(guī)范中，具體描述了短肢剪力墻的定義問題，短肢剪力墻是指截面的高度和厚度的比在5-8的墻體，在具體的建筑應(yīng)用中，短肢剪力墻的使用受到諸多限制，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡量少使用這種墻體結(jié)構(gòu)，避免后續(xù)的設(shè)計上的諸多問題。第二，剪力墻的位置設(shè)置除了在建筑的兩端以外，在建筑的縱向中軸線還應(yīng)該增加剪力墻結(jié)構(gòu)，并調(diào)整剪力墻中心的位置，合理設(shè)置厚度以及截面，使建筑的結(jié)果位移保持在合理的范圍之內(nèi)。

5、抗震設(shè)計問題

抗震設(shè)計規(guī)范明確規(guī)定了抗震設(shè)計目標，并針對不同地區(qū)、不同重要性的建筑對抗震設(shè)防進行了合理分類。因此，在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須要使結(jié)構(gòu)能夠滿足延性要求。同時，在抗震設(shè)防中應(yīng)當遵循多道設(shè)防原則。當?shù)谝坏婪谰€的抗側(cè)力構(gòu)件在遭遇地震被破壞后，要能夠有第二道，甚至是第三道防線立即接替，使建筑物不至于倒塌。當高層建筑物在遭受地震后，重力荷載是導(dǎo)致建筑倒塌的直接原因。因此在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須優(yōu)先選擇輕質(zhì)高強的原材料。在滿足強度和結(jié)構(gòu)變形要求的前提下，綜合考慮經(jīng)濟性因素，盡可能選用質(zhì)量較輕的材料。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師要能夠與時俱進，積極應(yīng)用成熟、可靠的現(xiàn)代化技術(shù)和新產(chǎn)品，不斷提高自身設(shè)計水平，為建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程貢獻自己的一份力量，為企業(yè)爭取良好的經(jīng)濟利益。

6、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題

建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡單平面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡單平面形式，當需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時，在結(jié)構(gòu)平面布置時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。

7、高層建筑防火安全問題

現(xiàn)今我國高層建筑的高度日益加大，萬一出現(xiàn)火災(zāi)事故，則會影響相當大的區(qū)域，甚至危害整體建筑，帶來嚴重的經(jīng)濟損失，還可能影響工作人員的安全，因此解決好高層建筑建設(shè)中的防火問題也是極其重要的。

（1）增強高層建筑墻體防火材料的耐火性及阻燃性。建設(shè)高層建筑墻體所使用的材料只有一定耐火性及阻燃性，這樣才能使高層建筑整體有較好的抗火性能，并使其具有抗火分期的作用，將火災(zāi)帶來的惡劣影響降到最低。

（2）要保證整個建筑的通暢性、安全性。建設(shè)高層建筑時必須設(shè)置數(shù)量合理的人流量樓梯，這樣可以在火災(zāi)發(fā)生、電梯故障時，樓梯內(nèi)的工作人員能夠迅速地從救生步梯中逃生。此外，樓道中還要安裝一定數(shù)量的照明設(shè)備和逃生指示圖，這樣能避免逃生過程中發(fā)生踩踏等意外，保證所有人員都能安全撤離。

結(jié)束語

結(jié)構(gòu)設(shè)計是現(xiàn)代房屋建筑設(shè)計中的核心內(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)計師在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意一些常見設(shè)計通病，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性、合理性、經(jīng)濟性、安全性，避免后期出現(xiàn)設(shè)計變更或者其他質(zhì)量安全問題，從而提高房屋建筑建設(shè)的效益。

參考文獻

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