淺談高層建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)

陸釗

【摘要】伴隨著城市化程度的加深，越來越多的人口涌入到城市中，成為新興的城市人口，高層建筑的出現(xiàn)不但解決了城市用地緊張的問題，也成為一個城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的象征，高層建筑結(jié)構(gòu)的樣式越來越多，也越來越復(fù)雜，對其結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)提出了更高的要求，本文詳細(xì)闡述了高層建筑結(jié)構(gòu)中概念設(shè)計(jì)的重要性，并分析了高層建筑結(jié)構(gòu)中概念設(shè)計(jì)包含的內(nèi)容，最后提出了結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】高層建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的狂飆式的發(fā)展以及人類對其越來越熟練的掌握程度，在對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面，許多設(shè)計(jì)人員一些設(shè)計(jì)軟件便完成了所有的設(shè)計(jì)。這種單一、簡便的設(shè)計(jì)方式不僅不符合結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計(jì)理念，而且對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)發(fā)展還存在著許多的不利影響。所謂的結(jié)構(gòu)概念，是指一種根據(jù)兩種不同體系之間的復(fù)雜關(guān)系，以及一系列的相關(guān)原理而得出的具體設(shè)計(jì)思路，它是不需要通過對數(shù)據(jù)的分析與計(jì)算，就可以有效地達(dá)到對建筑結(jié)構(gòu)的整體把控力度。

一?高層建筑結(jié)構(gòu)中概念設(shè)計(jì)的重要性

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路中加入結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計(jì)理念，不僅能夠?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面注入新鮮的血液，還有助于一些更加實(shí)際要求的達(dá)成。比如，在建筑物的抗震設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員一般會根據(jù)測得的一些數(shù)據(jù)，來計(jì)算出相應(yīng)的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)，最終完成建筑工程相關(guān)系數(shù)的計(jì)算。根據(jù)實(shí)際的情況，為了能夠有效地避免震動作用的效果，可以采取隔離震動的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，可以在適當(dāng)?shù)牡胤椒胖镁哂腥嵝缘姆勒鹞镔|(zhì)，來達(dá)到對建筑物的抗震效果。結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計(jì)理念不僅僅存在于建筑物抗震這一具體要求中，在建筑的許多方面都有其顯著的應(yīng)用，其在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中還存在著相當(dāng)大的發(fā)展空間，有待于日后的研究發(fā)現(xiàn)。

二?高層建筑結(jié)構(gòu)中概念設(shè)計(jì)包含內(nèi)容

2.1?建筑整體框架結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

工程設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)協(xié)同工作，每一個構(gòu)件都能和其他構(gòu)件配合充分發(fā)揮其自身作用，這要求工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有一定長的使用壽命，同時還需要構(gòu)件所承受的荷載力保持一致，不能出現(xiàn)長期受力不均的現(xiàn)象?？蚣芙Y(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)要遵循：①建筑方案的合理選擇;②結(jié)構(gòu)的類別劃分，計(jì)算模型清楚，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件力學(xué)功能分工，在荷載和作用下，傳力路線直接，其受力薄弱環(huán)節(jié)及抗震性能估計(jì)把握精細(xì)，分析程序可靠;③是剛?cè)徇m度。

2.2?磚混結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

對于磚混結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念應(yīng)當(dāng)注意：①測量磚和混凝土是兩種建筑材料的彈性模量和受力性能等參數(shù)的差，考慮磚墻和局部框架的共同作用符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài);②設(shè)置截面較大或異形構(gòu)造柱，保障這整個結(jié)構(gòu)都是磚混結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一了結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，使結(jié)構(gòu)計(jì)算符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，有章可循;③設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁，加強(qiáng)砌體的整體性，提高砌體的抗震性能。

2.3?高層建筑結(jié)構(gòu)的總體指標(biāo)控制

當(dāng)對建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員要想判斷出建筑物的抗壓或者是抗震等參數(shù)時，就必須要參考一些專業(yè)的數(shù)值，以便使設(shè)計(jì)出來的建筑物的抗震能力更加的強(qiáng)，從而更好的保證住戶的安全。另一方面，可以對建筑物進(jìn)行試驗(yàn)處理，當(dāng)對其施加一定的震動時，觀察其所顯示的結(jié)構(gòu)震動圖像，考量建筑物的一些具體參數(shù)，看它是否處于一個合適的數(shù)值范圍內(nèi)。通常情況下，在對小型的高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，要選擇使用強(qiáng)度比較高，并且不太重的材料，這樣不僅使得建筑物沒有太過笨重，節(jié)省了資源，而且還做到了對材料的有效利用，不會造成不必要的損失。

2.4?建筑結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)的選擇

眾所周知，建筑的地基是其最基本的組成部分，對建筑物的穩(wěn)固起到了奠基作用，也成了目前迫在眉睫、亟待解決的問題。一方面，在設(shè)計(jì)中還必須要考慮到筏板以及地下室等的使用情況，另一方面，還可以吸取以前傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的缺點(diǎn)，采用一些新型的設(shè)計(jì)理念與方法來解決常規(guī)的縫隙等問題，以逐步完善建筑結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。例如，在湖南省常德市的芙蓉大廈的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和地基處理設(shè)計(jì)中，考慮到施工地點(diǎn)為卵石地基，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上選擇了大直徑鉆孔灌注樁，直接選用卵石層作為受力層。同時考慮到常德市的地下水位較高，江河枯水期的水面都高于建筑的地下水位，因此，采用筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，并增加支撐梁柱的數(shù)目和分布密度，在受力較大的位置點(diǎn)進(jìn)行加固。另外，為保證建筑基礎(chǔ)的牢固性，采用混凝土澆灌方式對地基進(jìn)行處理。

2.5?剪力墻的設(shè)計(jì)工作

在對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，其中對剪力墻的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要而又難度比較大的程序。由于大部分的剪力墻存在著橫截面積較大和對房梁跨度卻很小的缺陷，在對其進(jìn)行震動實(shí)驗(yàn)的過程中，會給建筑物造成相當(dāng)不利的影響。因此，在對剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時，還需要采取結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計(jì)理念來完成暗梁和配筋等工作，以實(shí)現(xiàn)對剪力墻的正確設(shè)計(jì)和使用。

三?高層建筑結(jié)構(gòu)中概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是將專業(yè)知識與實(shí)踐相結(jié)合的一種新型建筑方式，它是當(dāng)下在建筑行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的一種設(shè)計(jì)理念。在建筑行業(yè)中，設(shè)計(jì)師要結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)出建筑的整體結(jié)構(gòu)，完成一個統(tǒng)一的規(guī)劃和布局。

3.1?高層建筑結(jié)構(gòu)中概念設(shè)計(jì)要點(diǎn)

首先是軸向變形，高層建筑中，豎向載荷往往很大，會引起柱體的軸向變形，對建筑的連續(xù)梁體產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁承重支座的連續(xù)梁彎矩的變化;這就會對承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算產(chǎn)生偏差，對整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響。再者是樓體結(jié)構(gòu)延展性，高層建筑的結(jié)構(gòu)延性是重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，超高層建筑的結(jié)構(gòu)相對于底層應(yīng)該更柔性一些，增強(qiáng)建筑的塑形形變能力、抗風(fēng)力擾動能力、抗地震振動能力。為了使建筑結(jié)構(gòu)在塑形形變后依然有較強(qiáng)的變形能力，需要選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，以防止由于外力的作用導(dǎo)致的樓體的損傷，保證結(jié)構(gòu)的延展性符合樓體的形變變化。最后是水平荷載，水平荷載也是建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵考慮因素，對于固定高度的超高層建筑來說，豎向負(fù)載大約是個固定值，而水平負(fù)載的負(fù)載值和抗震指標(biāo)，是隨著結(jié)構(gòu)動力學(xué)特征的不同而不同的，而且在建筑中，很難準(zhǔn)確測定其數(shù)值。

3.2?結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計(jì)有助于建筑場地的建設(shè)

對于建筑場地的選擇必須要考慮到地段的形態(tài)、通氣日照、噪音污染等各個環(huán)節(jié)，此外還需要考量場地的抗壓和抗震能力。在結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計(jì)理念中，不僅要注重考慮到以上的各個環(huán)節(jié)，還需要對不利的地形條件提出相應(yīng)的控制辦法。具體的應(yīng)對方法仍然有待于相關(guān)設(shè)計(jì)人員的進(jìn)一步研究和分析。

3.3?結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)有利于選取適當(dāng)?shù)慕ㄖA(chǔ)

采用結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計(jì)理念，對建筑物基礎(chǔ)的選取是相當(dāng)有利的?，F(xiàn)如今，建筑行業(yè)通常采取的建筑基礎(chǔ)包括有樁基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)以及筏形基礎(chǔ)。針對不同的建筑基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)理念都有相應(yīng)的設(shè)計(jì)思路以及出現(xiàn)問題的應(yīng)對策略。例如，在對樁基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，首先要清楚地認(rèn)識到它主要是適合于地質(zhì)較軟以及抗壓和抗震能力較強(qiáng)的大型建筑物的設(shè)計(jì)中，它的優(yōu)勢在于能夠?qū)⒔ㄖ锸┘拥膲毫ζ骄丶釉谶@一地基上，緩解了建筑物抗壓和抗震能力弱的劣勢問題。

四?總結(jié)

總之，結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計(jì)給建筑結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展帶來了新的生機(jī)，其在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的，其重要作用也是不可忽視的。在今后的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一方面要考慮到建筑設(shè)計(jì)的表面特性，另一方面要構(gòu)建出恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)體制。

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