高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題與對策研究

文/蔡勇 昆明市建筑設(shè)計研究院集團有限公司 云南昆明 650000楊德初 云南世紀(jì)陽光建筑設(shè)計有限公司 云南昆明 650000

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題與對策研究

文/蔡勇 昆明市建筑設(shè)計研究院集團有限公司 云南昆明 650000楊德初 云南世紀(jì)陽光建筑設(shè)計有限公司 云南昆明 650000

我國在近幾年的發(fā)展建設(shè)中，建筑行業(yè)的變化最為明顯，不僅是在外形上發(fā)生了重大的變化，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上也得到了進一步的改善，這其中最突出的變化要數(shù)高層建筑甚至超高層建筑的不斷涌現(xiàn)，但是需要注意的是，隨著建筑造型結(jié)構(gòu)的愈發(fā)復(fù)雜，對于結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求就更加嚴(yán)格了，如果僅僅停留在最初的設(shè)計階段而不向前發(fā)展，那么我國建筑的整體水平就無法得到顯著的提高。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題；對策

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

1.1主要原則

首先，制定科學(xué)的基礎(chǔ)方案。在高層建筑中，地質(zhì)條件是其結(jié)構(gòu)設(shè)計的決定性因素。要提高基礎(chǔ)方案的科學(xué)性，需要設(shè)計人員準(zhǔn)確把握其荷載的分布情況和結(jié)構(gòu)類型，對影響其施工的各種因素進行和綜合分析。其次，明確計算簡圖。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，計算簡圖必須包含結(jié)構(gòu)的計算設(shè)計。如果計算簡圖存在問題，就容易導(dǎo)致安全隱患。因此，為了確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性，必須重視這一原則。最后，選擇合適的計算工具。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中被廣泛運用，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮了巨大的作用。

1.2基本要點

在設(shè)計高層建筑結(jié)構(gòu)時，需要注意控制以下幾點:第一，遭遇暴風(fēng)和地震力時，高層建筑的水平側(cè)向力；第二，對高層建筑的長度、寬度和高度比例進行嚴(yán)格控制；第三，確保高層建筑的整體不存在薄弱環(huán)節(jié)，保持其平面、體型、立面質(zhì)量和剛度的對稱性和勻稱性；第四，對地震、風(fēng)力、溫度變化和沉降導(dǎo)致的形變進行合理控制。在上述設(shè)計要點中，抗風(fēng)、抗震結(jié)構(gòu)、消防設(shè)計和扭轉(zhuǎn)問題需要特別注意。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的問題

現(xiàn)如今，我國高層建筑越來越多，設(shè)計人員在設(shè)計高層建筑結(jié)構(gòu)中依然存在很多的問題，設(shè)計人員要及時總結(jié)這些問題，吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，找到最合理的設(shè)計方案，保證建筑的安全使用。下面我們就來具體說下高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的問題都有哪些：

2.1設(shè)備不合理的問題

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中，設(shè)備是非常重要的一部分，是設(shè)計和施工的基本保障。然而，從目前我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計來看，采用的施工設(shè)備非常的不合理，與現(xiàn)場施工環(huán)境很不相稱，設(shè)備比較落后、老舊，這在很大程度上給建筑施工帶來了諸多不便，嚴(yán)重影響了施工的進度。

2.2樓層平面剛度的計算問題

在我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一部分設(shè)計人員的整體設(shè)計觀念比較落后，沒有充分考慮現(xiàn)場實際情況，有的甚至為了節(jié)省經(jīng)費，采用樓板變形的計算程序，給建筑埋下了很大的安全隱患。在樓板變形的計算程序中，經(jīng)常會發(fā)生計算不準(zhǔn)確等問題，最終使得設(shè)計出來的數(shù)據(jù)與實際存在很大的誤差，根據(jù)這樣錯誤的數(shù)據(jù)來設(shè)計建筑，可想而知肯定會影響建筑的質(zhì)量和安全。

2.3縱向框架的問題

在目前我國建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，通常情況下，使用兩個主軸的方向來計算水平地震的作用力。同時，在對整體框架進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，縱向框架的力和橫向框架的力兩者的重要性是相同的。但是，從目前我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中來看，大部分的設(shè)計人員都忽視了地震的縱向作用，從而使得結(jié)構(gòu)設(shè)計存在很大的缺陷，嚴(yán)重影響了高層建筑的質(zhì)量。

3、對于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)問題的對策

3.1高層建筑結(jié)構(gòu)計算簡圖的選擇

在對高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候首先要進行結(jié)構(gòu)計算，而結(jié)構(gòu)計算一般需要選擇一種計算簡圖，在選擇的計算簡圖上進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算。如果在一開始的時候就選擇了不合理的簡圖，那么在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候就容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不合理的問題。因此，如果能在一開始就選擇了一個合理的高層建筑結(jié)構(gòu)計算簡圖，那么對于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計會是一個重要的保障，同樣的，合適的構(gòu)造方法應(yīng)該和相應(yīng)的計算簡圖的方法匹配。重要的是，在實際高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，計算簡圖的結(jié)構(gòu)節(jié)點不應(yīng)只是鋼節(jié)點或者鉸節(jié)點，需要保證計算簡圖的誤差在相應(yīng)規(guī)范的規(guī)定范圍內(nèi)。

3.2平面及立面的選擇

在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，“三心合一”是一個重要的概念?！叭暮弦弧敝傅氖歉邔咏ㄖw的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心盡可能地在空間中交匯于一個點。如果不能在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中做到“三心合一”，那么整個高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計就會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問題。扭轉(zhuǎn)問題會在風(fēng)載等水平載荷的作用下對高層建筑的相應(yīng)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重危害，繼而影響到整個高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計。為了防止扭轉(zhuǎn)問題對于整個結(jié)構(gòu)的危害，設(shè)計人員在設(shè)計時應(yīng)該盡可能的使高層建筑整體達到“三心合一”的狀態(tài)，要選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局。因此，在選擇平面和立面形式的時候，對高層建筑的平面要選擇比較簡單的形式，便于設(shè)計人員在進行計算和設(shè)計的時候條理清晰、不易混淆。大量的資料表明，對稱結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，更容易在地震中保持安全，因此，選高層建筑的平面形式時要多選結(jié)構(gòu)簡單、線條規(guī)則、更加對稱的平面形式。

3.3剪力墻的優(yōu)化

在其它建筑中，原來框架結(jié)構(gòu)中起承受水平和豎直兩個方向的力的構(gòu)件是梁柱，而在高層建筑中取代梁柱來承受水平和豎直兩個方向的力的是剪力墻體系結(jié)構(gòu)。剪力墻體系結(jié)構(gòu)是一種混凝土材質(zhì)的土墻結(jié)構(gòu)，不僅可以直接承受水平和豎直的力，對于其它結(jié)構(gòu)的水平載荷也可以起到調(diào)節(jié)作用。因此，不斷優(yōu)化剪力墻的結(jié)構(gòu)對于整個高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的進度和安全性都有著巨大的影響。在進行剪力墻結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化的時候，需要注意剪力墻設(shè)計中的連梁的設(shè)計是很重要的一部分。高層建筑設(shè)計人員可以把連梁之間的各個墻體連接起來而形成聯(lián)肢墻。這種設(shè)計可以使得墻肢的約束條件增加，從而使墻體的各個部分都得到了更多的內(nèi)力，十分有效的提高高層建筑的抗震能力。但是這種做法的缺點在于對于投資商來說造成了不必要的浪費，然而對于整個高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性來說絕對是利大于弊的。

3.4優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案

首先，對抗側(cè)力構(gòu)件進行合理安排。設(shè)計高層建筑結(jié)構(gòu)時，如果能確保水平方向中的對稱性，就可以有效預(yù)防并控制地震對其造成的破壞。通過調(diào)整抗側(cè)力構(gòu)件的位置，能夠促進應(yīng)力分布系統(tǒng)在水平方向上的形成。假如能夠同時增強測力構(gòu)件在垂直方向上的性能，可以形成一套比較良好的應(yīng)力分布系統(tǒng)，提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和連續(xù)性，增強其抗震性能。其次，加強地基的抗震性能。一旦發(fā)生地震，高層建筑結(jié)構(gòu)的地基最容易遭到破壞。為了預(yù)防這一問題，可以在地基的基礎(chǔ)施工中增加樁基的埋深深度，增強它和上部結(jié)構(gòu)的聯(lián)動性。再次，提高剪力墻的性能。采取這一措施的主要目的是為了增強剪力墻在地震中吸收建筑內(nèi)力的功效的功能，這樣就可以通過墻體和樓板剛度的增強來對建筑的移位進行控制，滿足抗震需求。最后，實現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一體化設(shè)計。通過對扶壁、筒口、筒腳的簡單化設(shè)置，達到相應(yīng)建筑物的對稱。另外，可以將相應(yīng)的柱子、樓板進行一體化設(shè)計，有效加強整體結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和剛度，增強建筑物的抗震能力。

結(jié)語：

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項設(shè)計難度大、技術(shù)要求高、設(shè)計工作繁瑣的工作。從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計人員應(yīng)綜合考慮實際施工和相關(guān)技術(shù)要求，不斷提高專業(yè)素質(zhì)，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)合理性，提高對結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量安全問題的辨識能力，多分析不同案例，從不同工程中吸收經(jīng)驗，從而判別出問題所在及選用最優(yōu)的處理方案。

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