淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

吳立萍

【摘 要】在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要選用科學(xué)、合理設(shè)計(jì)方法，最大限度滿足人們對(duì)建筑居住舒適度的要求。本文對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、注意事項(xiàng)和解決對(duì)策進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；注意事項(xiàng)

前言：

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的工作，而在我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還存在著很多注意事項(xiàng)，基于這些注意事項(xiàng)我們要提出相應(yīng)的解決對(duì)策，以此促進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提高。

1高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，要涉及到很多學(xué)科和領(lǐng)域，是具有較大難度的。高層建筑需要滿足的目標(biāo)是較多的，如功能性、美觀性、實(shí)用性、綜合性、經(jīng)濟(jì)性等，針對(duì)目標(biāo)的差異應(yīng)制定與其最適應(yīng)的建設(shè)方案。并且，進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)工作時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，所以各種不同目標(biāo)所依照的根本設(shè)計(jì)原則卻是大同小異的：第一，要考慮到建筑整體可以承受的最大負(fù)荷，有垂向及橫向負(fù)荷兩類(lèi)，還要考慮可能發(fā)生的強(qiáng)風(fēng)、地震等惡劣自然條件的影響；第二，要把握好高層建筑的高寬比，這樣可以提高高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；第三，要盡可能地使高層建筑的平面或里面的質(zhì)量及剛度對(duì)稱(chēng)和勻稱(chēng)，這是為了保證建筑整體具有較好的穩(wěn)定性；第四，要事先考慮狂風(fēng)、地震、溫差、建筑地基沉降對(duì)建筑產(chǎn)生的不利影響，還要設(shè)計(jì)一系列平衡措施。

2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

2.1短肢剪力墻設(shè)置問(wèn)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(lái)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(jìn)行連接時(shí)可能會(huì)造成梁體的所有寬度不能得到充分利用，從而達(dá)不到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的作用。同時(shí)短肢剪力墻的高度較低不利于停車(chē)場(chǎng)車(chē)輛的通行。

2.2抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震方面的問(wèn)題。因?yàn)榭拐鸾Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是整個(gè)高層建筑設(shè)計(jì)中較難實(shí)施且相對(duì)薄弱的部分，而高層建筑本身具有的復(fù)雜性，使得地震一旦發(fā)生，就會(huì)出現(xiàn)許多不確定因素的影響，和不和估量的破壞，因此建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，絕對(duì)不能忽視地震發(fā)生所帶來(lái)的巨大破壞性，必須掌握一定的減震、避震的原理。不僅如此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須對(duì)抗震參數(shù)進(jìn)行精確的核算分析，確保抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)無(wú)誤。高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如忽略地震結(jié)構(gòu)的重要性，將造成建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)方面失效，并且降低建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，甚至威脅到高層建筑居民的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。

2.3建筑超高問(wèn)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(wèn)題是在抗震、火災(zāi)方面的設(shè)計(jì)。大家眾所周知，建筑物的高度越高，對(duì)于抗震來(lái)說(shuō)要求越高。越高的建筑在受到地震的橫向的作用力時(shí)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(jì)的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。同時(shí)現(xiàn)在對(duì)于高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)抗震的審核一般都是比較嚴(yán)格的，而設(shè)計(jì)的過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)建筑高度的變更，這也就使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，設(shè)計(jì)方案需要不停的進(jìn)行改動(dòng)，耗費(fèi)了設(shè)計(jì)者很多的人力和物力，同時(shí)還可能延誤了建筑施工的工期，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.4抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在高層建筑的設(shè)計(jì)中，自然風(fēng)是不可避免的影響，因此高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不得不重視抗風(fēng)性能。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要了解建筑材料的抗壓性，尤其是風(fēng)壓帶來(lái)的載荷。因?yàn)楦邔咏ㄖ臉菍虞^高，雖然可以起到擋風(fēng)的作用，但當(dāng)建筑周?chē)臍饬靼l(fā)生變化時(shí)，建筑間會(huì)產(chǎn)生風(fēng)洞效應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致旁邊高層建筑的主體結(jié)構(gòu)破壞、玻璃幕墻因強(qiáng)烈振動(dòng)破裂、外部掛件掉落和建筑墻體毀壞的現(xiàn)象。這對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及居住者的人生安全是非常不利的。

2.5高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)問(wèn)題

在建筑設(shè)計(jì)中，有一“建筑三心”的概念?！敖ㄖ摹奔礊閹缀涡涡?、剛度中心和結(jié)構(gòu)重心。設(shè)計(jì)師應(yīng)秉承三心合一的原則設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，就是使這三點(diǎn)歸于一點(diǎn)。如果建筑結(jié)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的問(wèn)題，就說(shuō)明“建筑三心”未能歸一點(diǎn)，使得整體結(jié)構(gòu)承受水平荷載而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)現(xiàn)象。

3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決對(duì)策

為確保建筑居民的人身財(cái)產(chǎn)安全，消防設(shè)計(jì)理念以防為主，也可以設(shè)置消防應(yīng)急措施，確保最大程度的消防安全。消防設(shè)計(jì)中防火間距很重要，一定要根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行合理設(shè)置。還要根據(jù)建筑所在地的地形條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高該高層建筑與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。為了避免火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的人員疏散問(wèn)題，一定要設(shè)置合理的疏散通道、防煙區(qū)和緊急避難場(chǎng)所。一要考慮防火墻、防火門(mén)和防排煙設(shè)備的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)有效合理并且安全可靠的消防結(jié)構(gòu)，以降低高層建筑的破壞程度，保證居住者的人身財(cái)產(chǎn)安全。

3.1短肢剪力墻問(wèn)題的解決

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工的過(guò)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(huì)產(chǎn)生不必要的剪應(yīng)力。同時(shí)在抗震需求較高時(shí)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(shí)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(jìn)行連接。

3.2對(duì)于地震方面的設(shè)計(jì)

主要是要優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)?？拐饐?wèn)題，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的地位是不可小覷的。高層建筑本身的高度，使得其建筑要求較高，要優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件位置，使得結(jié)構(gòu)壓力均勻分給每個(gè)構(gòu)件，不會(huì)出現(xiàn)承壓不均而導(dǎo)致地震時(shí)的嚴(yán)重破壞。對(duì)于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件也要考慮其材料的安全性能。高層建筑的地震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最重要的是對(duì)地基的選擇與設(shè)計(jì)，地基是建筑的根本，一旦發(fā)生破壞，上部結(jié)構(gòu)將無(wú)所依靠。因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須重視地基的設(shè)計(jì)，優(yōu)化其抗震能力，設(shè)計(jì)出既節(jié)省材料又安全可靠的地基。以確保建筑物有足夠的強(qiáng)度和剛度抵抗地震的危害。在確保地基的強(qiáng)度后，還要考慮剪應(yīng)力的問(wèn)題，采取強(qiáng)柱弱梁、加強(qiáng)梁柱節(jié)點(diǎn)抗震構(gòu)造措施、設(shè)置抗震墻等措施來(lái)抵抗水平剪力。建筑物在此基礎(chǔ)上還要考慮對(duì)稱(chēng)性和穩(wěn)定性，盡量減少地震災(zāi)難的影響。

3.3建筑物超高問(wèn)題的解決

高層建筑物的建筑初期，在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前就要確定好建筑物的高度，控制建筑的高寬比，以此進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這樣就可以避免多次對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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。

3.4優(yōu)化抗風(fēng)結(jié)構(gòu)

抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要綜合考慮多種因素，確保建筑物的抗風(fēng)能力?？癸L(fēng)結(jié)構(gòu)中對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)要保證在風(fēng)荷載作用下的穩(wěn)定性。確保地基穩(wěn)固的重要性不僅在抗震中有所體現(xiàn)，對(duì)抗風(fēng)載也起到重要作用。減振體系在高層建筑中的應(yīng)用受到廣泛歡迎，減震系統(tǒng)可以減少風(fēng)荷載對(duì)建筑物的影響，減振系統(tǒng)的選材將起到巨大作用，因?yàn)橛行┳枘岵牧系膽?yīng)用將大大提高高層建筑的抗風(fēng)能力。

要嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計(jì)抗風(fēng)結(jié)構(gòu)，采取措施減小風(fēng)力在建筑物上的疊加和增強(qiáng)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以減小普遍且危害頗多的風(fēng)壓破壞，為建筑物的安全性能提供安全保證。

3.5高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)問(wèn)題

水平荷載能使建筑物產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)破壞現(xiàn)象。設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，為規(guī)避這一現(xiàn)象，必須按“三心合一”的原則對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)、平面布局進(jìn)行周密的布置。水平荷載的質(zhì)量分布在一定程度上決定了它對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)造成的扭轉(zhuǎn)破壞程度。為了確保水平荷載沿樓層平面均勻分布，最大限度規(guī)避扭轉(zhuǎn)振動(dòng)破壞，建議多使用矩形、方形等平面設(shè)計(jì)。當(dāng)然，必須兼顧城市道路景觀規(guī)劃。因此，高層建筑不可能全部是方方正正的平面構(gòu)造，也要根據(jù)城市規(guī)劃和道路景觀布局適當(dāng)采用十字形、T形或L形等復(fù)雜建筑形式。但至少要明確一點(diǎn)，就是凸出部分的厚度與寬度的比值不得超限，并且盡量采用對(duì)稱(chēng)的平面結(jié)構(gòu)。

3.6提高設(shè)計(jì)師的素質(zhì)能力

高層建筑結(jié)構(gòu)的初期設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)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(jì)中要注意的問(wèn)題有很多，上面提到的扭轉(zhuǎn)力、嵌固端設(shè)計(jì)、短肢剪力墻、整體受力等都要在設(shè)計(jì)中進(jìn)行思考并作出合理的設(shè)計(jì)方案。這也就要求設(shè)計(jì)者具有很高的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和能力。

設(shè)計(jì)者不光要有在學(xué)校里學(xué)習(xí)到的設(shè)計(jì)知識(shí)，還要有長(zhǎng)期參與工程設(shè)計(jì)與施工的經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)者還可以參考國(guó)外的各種高層建筑的設(shè)計(jì)方案，從中學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家在高層設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)。畢竟發(fā)達(dá)國(guó)家高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工發(fā)展時(shí)間要比我國(guó)長(zhǎng)很多，其中有很多設(shè)計(jì)師長(zhǎng)期怠結(jié)下來(lái)的多酚值得我們講行學(xué)習(xí)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，要做好高層建筑的設(shè)計(jì)，要以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，使高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足功能和質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶在安全方面的滿足，從而確保建筑行業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益實(shí)現(xiàn)最大化。對(duì)于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題仍有待探究，科學(xué)合理的按照相關(guān)要求進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定實(shí)際意義。

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