高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及解決方案

■杜啟發(fā) ■萍鄉(xiāng)市安源區(qū)建筑設(shè)計(jì)院，江西 萍鄉(xiāng) 337000

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的推廣，給建筑行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力，高層建筑逐漸成為建筑的主要形式。高層建筑的施工是一項(xiàng)規(guī)模龐大且施工復(fù)雜的工程，對(duì)于建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要有專業(yè)的技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際施工制定正確合理的設(shè)計(jì)方案，能夠確保建筑具有滿足良好的抗震、抗風(fēng)等在內(nèi)的安全性要求，促進(jìn)整體質(zhì)量的提高。

1 高層建筑設(shè)計(jì)的原則

1.1 正確的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

在計(jì)算簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，如果計(jì)算簡(jiǎn)圖的選擇不合理，很容易造成結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，誘發(fā)安全事故，因此，要保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全可靠就要對(duì)計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行正確的選擇，而且還要采用與之相應(yīng)的構(gòu)造方法確保安全，實(shí)際應(yīng)用中，高層建筑結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)不僅僅是鋼節(jié)點(diǎn)或餃節(jié)點(diǎn)，確保和計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。

1.2 合理的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要根據(jù)高層建筑的具體地質(zhì)條件進(jìn)行選擇，對(duì)高層建筑的上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型與荷載的分布情況以及施工條件進(jìn)行綜合全面的分析，確保設(shè)計(jì)的合理。此外，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)還要確保地基的潛在能力得到最大化的發(fā)揮，如果施工條件允許要進(jìn)行必要的地基變形檢驗(yàn)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前一定要有較為科學(xué)詳細(xì)的地質(zhì)勘察報(bào)告，通常情況下，具有相同結(jié)構(gòu)單元的可以采取相同的類(lèi)型。

1.3 合理的建筑結(jié)構(gòu)方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不僅僅需要滿足經(jīng)濟(jì)性要求，而且還要滿足結(jié)構(gòu)形式和體系的要求。結(jié)構(gòu)體系的要求就是要保證受力的明確以及傳力的簡(jiǎn)單。在相同結(jié)構(gòu)的單元中，要選擇與之相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，一旦高層建筑的地基處于不穩(wěn)定狀態(tài)，那么應(yīng)力就需要平面和豎向的規(guī)則。在對(duì)建筑的地理狀況、施工條件以及選材等方面綜合分析的基礎(chǔ)上，與結(jié)構(gòu)中供電、供水等的設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)一致?tīng)顩r下，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的合理選擇，進(jìn)而確定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案的科學(xué)性。

1.4 對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行精確的分析

在科技的不斷進(jìn)步和廣泛應(yīng)用下，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)的模式已得到了較為成熟的應(yīng)用。建筑工程量的不斷增多，關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算軟件也層出不窮，眾多的計(jì)算軟件各有各的差異，不同的應(yīng)用有不同的結(jié)果。由于施工的實(shí)際狀況與計(jì)算機(jī)程序之間會(huì)有一定的誤差，難免會(huì)出現(xiàn)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，因此，操作人員在得到計(jì)算結(jié)果后需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行多次的檢驗(yàn)復(fù)核，最后得出準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

2 當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

2.1 扭轉(zhuǎn)問(wèn)題

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑的三心非常重要。建筑的三心主要是指建筑結(jié)構(gòu)的中心、幾何形心以及剛度中心，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)要確保三心的匯聚，保證三心集中于一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)三心合一。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)問(wèn)題的出現(xiàn)會(huì)嚴(yán)重影響到三心順利的集中在一起，高層建筑的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題主要是受到水平壓力作用造成的。

2.2 受力性能問(wèn)題

建筑設(shè)計(jì)者在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中要把建筑的空間組合特征作為重點(diǎn)內(nèi)容來(lái)抓，進(jìn)行建筑方案的確定時(shí)還要考慮到建筑的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，制定出正確的與之相適應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，保證建筑的重力方向始終與地面呈向下作用。

2.3 短肢剪力墻的設(shè)置問(wèn)題

根據(jù)近些年來(lái)國(guó)家對(duì)建筑行業(yè)出臺(tái)的新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來(lái)看，對(duì)于短肢剪力墻的定義是墻肢截面的高度和厚度比為5～8。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要根據(jù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與施工經(jīng)驗(yàn)要求來(lái)進(jìn)行，從目前的短肢剪力墻現(xiàn)狀來(lái)看，主要是使用和增加存在很多的限制性因素。因?yàn)閴χ穸容^薄，一般是200mm左右范圍，在梁和墻的連接處，有很多的暗柱、端柱的影響，造成相連接的梁不能達(dá)到規(guī)定的寬度，給梁的強(qiáng)度帶來(lái)不利影響。

在現(xiàn)代社會(huì)飛速發(fā)展的環(huán)境下，高層建筑中對(duì)于地下空間的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，這對(duì)于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，很多落地的墻肢直接影響了地下空間的正常有效使用，因此，需要有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)立。

2.4 高度超標(biāo)問(wèn)題

高層建筑的抗震、防火、防水結(jié)構(gòu)具有規(guī)范化的體系要求。當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中都對(duì)高度有嚴(yán)格的限制，但是，在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中往往會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，施工的設(shè)計(jì)圖也會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)類(lèi)型的變化而不能及時(shí)審查通過(guò)，這就增加了建筑工程的總體造價(jià)成本，延誤了工期，從而不利于整體規(guī)劃。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)策略

3.1 扭轉(zhuǎn)問(wèn)題的解決

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于扭轉(zhuǎn)問(wèn)題要重點(diǎn)關(guān)注。建筑物要最大程度的降低水平荷載作用的影響，減少扭轉(zhuǎn)性破壞，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)就必須要對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，在其平面布局上要保證整體的協(xié)調(diào)性，盡可能的實(shí)現(xiàn)三心合一。

3.2 受力性能方面

進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首要的工作就是要保證設(shè)計(jì)師對(duì)建筑環(huán)境的地基荷載量有明確的把握，同時(shí)處理好其與向下作用力之間的關(guān)系。基于此，在對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的初始選擇階段，一定要考慮到所涉及到的各種方面的影響，對(duì)總體結(jié)構(gòu)中承重墻、承重柱的數(shù)量和具體位置設(shè)置都有合理的設(shè)計(jì)。

3.3 短肢剪力墻設(shè)置方面

保證短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)置的正確合理，就要考慮到以下幾方面內(nèi)容:對(duì)于短肢墻的具體數(shù)量確定要按照抗側(cè)力和豎向荷載量的需求來(lái)選擇，要盡可能的均勻分布，軸心應(yīng)力的差異范圍不能過(guò)大;如果平面的凹凸較多、風(fēng)力較大，則為了滿足整體的抗震性要求就需要在凸出的部位或者是平面外的邊緣設(shè)置短肢墻，這樣可以有效確保平面剛性和整體性符合既定要求;此外，還要對(duì)各個(gè)短肢墻進(jìn)行對(duì)齊和拉直，保證它和連梁形成連續(xù)跨數(shù)多且規(guī)整的抗側(cè)力片，如果不能完全的實(shí)現(xiàn)則可以在局部范圍內(nèi)錯(cuò)開(kāi)進(jìn)行，在對(duì)短肢墻和兩方向的梁進(jìn)行連結(jié)的過(guò)程中，要把連梁盡可能的設(shè)置與墻肢平面內(nèi)，同時(shí)保證連梁的寬度和墻肢厚度相一致。

3.4 超高問(wèn)題方面

高層建筑的一個(gè)鮮明特征就是高度較高，因此，對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初始階段就要把高層建筑的高度予以確定，有一個(gè)明確的高度限制，確保其不能影響到建筑類(lèi)型的變化，把可能影響施工的成本和工期因素降為最少。

4 結(jié)語(yǔ)

高層建筑在現(xiàn)代建筑行業(yè)中是一種較為全面而又系統(tǒng)的工程，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要專業(yè)人員綜合考慮施工的各方面狀況，根據(jù)規(guī)范化原則進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，針對(duì)于當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的初始階段考慮到各方面影響因素，保證各個(gè)施工環(huán)節(jié)都有很好的銜接協(xié)調(diào)，采取積極的應(yīng)對(duì)措施合理解決并總結(jié)問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，減少類(lèi)似問(wèn)題的發(fā)生，從而確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理。

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