淺談如何做好高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文/吳中東 深圳市方佳建筑設(shè)計(jì)有限公司　廣東深圳　518038

淺談如何做好高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文/吳中東 深圳市方佳建筑設(shè)計(jì)有限公司廣東深圳518038

隨著科技的發(fā)展以及社會(huì)的進(jìn)步，導(dǎo)致城市中出現(xiàn)大量的高層建筑，高層建筑與普通建筑相比，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上更加的復(fù)雜，對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)存在諸多難點(diǎn)。如何更好的對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)合計(jì)成為大家思考的問題，本文基于這一背景，首先對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行總結(jié)，然后對(duì)當(dāng)前高層建筑設(shè)計(jì)中的重難點(diǎn)進(jìn)行分析，最后針對(duì)這些問題提出相應(yīng)的解決方案。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

近年來，我國(guó)城市化進(jìn)程不斷往前快速推進(jìn)，越來越多的人口進(jìn)入到城市，給城市帶來了越來越多的居住壓力，為了解決這一問題，越來越多的高層建筑開始修建，但是高層建筑在扭轉(zhuǎn)、抗風(fēng)、抗震和消防等方面存在諸多難點(diǎn)，所以我們?cè)诮鹦歉邔咏ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要認(rèn)真分析和解決這些問題。

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.1選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

我們?cè)谶M(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，都需要在計(jì)算簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，如果結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖選取的不合理，那么就容易產(chǎn)生計(jì)算錯(cuò)誤，最終導(dǎo)致高層建筑的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生事故，所以選取合理的建筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖是我么保證建筑結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)。

1.2合理進(jìn)行建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由于高層建筑的上部荷載較大，所以我們要合理進(jìn)行建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，首先我們要對(duì)高層建筑上部的結(jié)構(gòu)和荷載進(jìn)行分析，其次要根據(jù)施工條件以及其它因素的影響制定合理的基礎(chǔ)方案。通常情況下進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)都有完善的地質(zhì)勘查報(bào)告和相應(yīng)的地基變形試驗(yàn)。

1.3選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)方案

對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，一是需要考慮經(jīng)濟(jì)性的因素，因?yàn)楦邔咏ㄖ耐顿Y較大，稍微進(jìn)行優(yōu)化就能節(jié)省大量資金，二是結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系要科學(xué)布置，最簡(jiǎn)單的要求就是傳力要簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)受力要明確。另外結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)還需要與其它專業(yè)如水、暖、電等專業(yè)相協(xié)調(diào)。

1.4對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算分析

如今隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，各種輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算軟件開始在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域運(yùn)用，可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算的軟件有很多，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程的實(shí)際情況，參考軟件的特點(diǎn)選用合適的軟件進(jìn)行計(jì)算，另外得到計(jì)算結(jié)果后，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師還需要根據(jù)計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和校核。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)

2.1扭轉(zhuǎn)問題

建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、結(jié)構(gòu)重心和剛度中心被我們稱為“建筑三心”，我們進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，一定要盡量讓這三心盡可能重合于一點(diǎn)，這讓才能保證建筑不出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問題，否則在建筑物承受水平力的情況下，建筑結(jié)構(gòu)很容易受到破壞。

2.2抗風(fēng)問題

由于高層建筑高度高，所以承受的風(fēng)荷載不容忽略，這種風(fēng)荷載既有靜荷載也有動(dòng)荷載的效果，這種動(dòng)荷載對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)部分都有很大的影響，所以我們?cè)谶M(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮抗風(fēng)的問題。

2.3抗震問題

抗震問題一直是我們進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，困難的原因主要在于高層建筑的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜時(shí)，使得我們當(dāng)前在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算的結(jié)果不精確導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在抗震上不完善，最終引發(fā)高層建筑在地震時(shí)出現(xiàn)破壞。

2.4消防問題

高層建筑的消防設(shè)計(jì)較難的原因是由高層建筑的特性導(dǎo)致的，主要問題有五點(diǎn):一是高層建筑使用了大量的易燃材料；二是高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)很容易蔓延，而且難以救援；三是高層建筑由于結(jié)構(gòu)特性所致，而且高層建筑的人較多，所以發(fā)生火災(zāi)時(shí)疏散能力較差；四是高層建筑的排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度較大。

3、如何更好的做好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1合理平面布局

合理平面布局的目的在于減少扭轉(zhuǎn)問題，而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)問題的原因在于高層建筑的三心沒有合一，所以我們?cè)谶M(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選擇規(guī)則的平面圖形，如長(zhǎng)方形、圓形或正多邊形等，另外在滿足高層建筑使用需求的基礎(chǔ)上盡量讓建筑的結(jié)構(gòu)對(duì)稱，不要出現(xiàn)過多的突出部分。

3.2優(yōu)化抗風(fēng)結(jié)構(gòu)

針對(duì)高層建筑的抗風(fēng)問題，我們可以從四個(gè)方面來進(jìn)行優(yōu)化:一是基礎(chǔ)優(yōu)化，高層建筑只有具有牢固的基礎(chǔ)，才能保證高層建筑的抗風(fēng)性，在進(jìn)行基礎(chǔ)持力層設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)?shù)脑O(shè)立抗拔錨桿增；二是要減小風(fēng)荷載對(duì)高層建筑的影響，盡可能控制水平力對(duì)建筑物的影響；三是增大結(jié)構(gòu)的承載力和抗風(fēng)力，可以在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)?shù)脑O(shè)定一個(gè)放大系數(shù)來保證結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。

3.3優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)在對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)多個(gè)高層建筑設(shè)計(jì)實(shí)例研究來看，可以采用以下四種方式來進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化：一是合理布置抗側(cè)力構(gòu)件，讓建筑物在水平方向保持對(duì)稱能夠有效的提高建筑物的抗震能力；二是要增強(qiáng)高層建筑的地基抗震能力，通過對(duì)高層建筑遭遇地震破壞的特性來看，很多都是在地基處發(fā)生破壞，所以可以適當(dāng)?shù)脑龃髽痘裆钜源藖碓鰪?qiáng)樁基與上部結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)性；三是增強(qiáng)剪力墻的性能，這樣在發(fā)生地震時(shí)，剪力墻可以吸收地震在建筑物內(nèi)部產(chǎn)生的力，具體措施可以增強(qiáng)樓板或墻體的剛度；四是對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化，保證結(jié)構(gòu)的對(duì)稱，同時(shí)讓柱子和樓板進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，這樣可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和抗震能力。

3.4消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

隨著高層建筑不斷出現(xiàn)火災(zāi)和恐怖襲擊事件，而且?guī)砭薮蟮膫龊拓?cái)產(chǎn)損失，使得高層建筑的消防設(shè)計(jì)越來越重要。對(duì)消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方式主要有三點(diǎn)：一是控制好防火結(jié)構(gòu)間距控制，在不影響建筑使用的情況下盡可能加大防火結(jié)構(gòu)間距；二是控制好材料使用，盡量少使用易燃材料，多使用耐火材料；三是做好高層建筑的疏散系統(tǒng)，由于高層建筑為垂直疏散系統(tǒng)，所以很容易出現(xiàn)疏散效率低下的情況，針對(duì)這種情況，可以通過設(shè)立雙通道疏散，另外對(duì)增設(shè)耐火區(qū)、防煙區(qū)和避難層，增強(qiáng)高層建筑的消防能力。

結(jié)論：

高層建筑是今后修建建筑的趨勢(shì)，未來將會(huì)修建更多的高層建筑，但是現(xiàn)在高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還存在各種不足，所以搞清楚如何優(yōu)化高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。隨著我國(guó)在高層建筑上的不斷發(fā)展，高層建筑對(duì)結(jié)構(gòu)的要求也會(huì)越來越高，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)也將越來越多，但是我們可以從扭轉(zhuǎn)、抗風(fēng)、抗震和消防等方面來對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來進(jìn)行優(yōu)化，這樣有助于提高我們高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

[1]柳郁.對(duì)小高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干問題的探討[J].建筑知識(shí)：學(xué)術(shù)刊，2013（B01）:57-58.

[2]胡小青.小議高層建筑結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)和施工技術(shù)[J].中國(guó)房地產(chǎn)業(yè).2015.11