高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)分析

胡錦儀

湖南省長沙市第一中學(xué)

高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)分析

胡錦儀

湖南省長沙市第一中學(xué)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各類高度超限、造型突破傳統(tǒng)的高層和超高層建筑相繼出現(xiàn)，這類建筑的復(fù)雜性表現(xiàn)在三個(gè)方面，即結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則、高度超限、結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則等等，對于設(shè)計(jì)工作提出了更為嚴(yán)格的要求。本文主要針對高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行分析。

高層、超高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 分析

1 引言

科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步有著巨大的推動(dòng)作用，同時(shí)也對建筑行業(yè)帶來了一定的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。高層和超高層建筑在城市內(nèi)數(shù)量越來越多，為解決城市住房緊張和土地資源緊張問題作出了突出貢獻(xiàn)。高層和超高層也成為了城市形象建筑的代表，而這類建筑的可靠性、安全性和持久性也成為建筑人員和使用人員最為關(guān)心的問題。本文針對于在高層超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中存在的一些問題進(jìn)行了分析，并給出了科學(xué)的解決方案，希望能夠給高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者提供有效的理論依據(jù)。

2 復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的制定

在結(jié)構(gòu)材料性能和計(jì)算分析手段的完善下，各類高度超限、造型各異的復(fù)雜高層與超高層建筑出現(xiàn)，這類建筑的復(fù)雜性表現(xiàn)在三個(gè)方面，即結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則、高度超限、結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則等等，為了保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量，在高層和超高層設(shè)計(jì)伊始，就需要和專業(yè)的方案進(jìn)行密切的配合，從可行性和安全性出發(fā)，對建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。這需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：（1）盡最大努力提升建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性和均勻性。（2）充分重視結(jié)構(gòu)的縱向和側(cè)面?zhèn)髁ν緩降脑O(shè)計(jì)，傳力途徑要清晰明了。（3）結(jié)構(gòu)中的耗能機(jī)制要科學(xué)合理。（4）最大限度地發(fā)揮材料的利用率，形成良好的空間承受受力。（5）整體結(jié)構(gòu)科學(xué)合理。

科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，是高層和超高層建筑高質(zhì)量、高效率施工的重要保障。如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不合理，很容易在施工過程中出現(xiàn)問題，問題的糾正不及時(shí)，會(huì)對建筑質(zhì)量造成嚴(yán)重威脅。不僅僅為施工單位造成損失，也會(huì)因?yàn)檩^大的設(shè)計(jì)修改而為設(shè)計(jì)單位帶來巨大的損失。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要緊密結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

3 選擇合適的結(jié)構(gòu)類型，有效降低工程造價(jià)

在高層和超高層建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，充分考慮施工地點(diǎn)的地質(zhì)特征和當(dāng)?shù)氐目拐鹨?。只有對建筑的環(huán)境進(jìn)行科學(xué)合理的綜合性分析，才能夠保證施工的順利進(jìn)行、保證施工質(zhì)量，有效降低工程的造價(jià)。

4 加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)，保障建筑的安全性

要想保證高層、超高層建筑的安全性，必須在抗震設(shè)計(jì)上做好工作?？梢酝ㄟ^以下幾個(gè)方面做好抗震設(shè)計(jì)：（1）選擇正確的建筑抗震性能材料。作為抗震性能材料，要求質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、材質(zhì)均勻。同時(shí)建筑構(gòu)件間需要保持良好的整體性能、具有連續(xù)性及延展性。這樣才能夠在發(fā)生地震的時(shí)候，快速有效地將地震的能量消耗掉，減少對建筑的損害。（2）重視抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。在抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，要注意從結(jié)構(gòu)和構(gòu)件多個(gè)方面的綜合考慮，來提高建筑抗震性能。地震發(fā)生時(shí)，在方向上具有不確定性，所以設(shè)計(jì)者可以設(shè)計(jì)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系來達(dá)到形心和剛心重合，來提高抗震性。（3）加強(qiáng)構(gòu)件強(qiáng)度。通過混凝土結(jié)構(gòu)等剛性強(qiáng)度較大的機(jī)構(gòu)來抵抗地震能量對建筑的沖擊力，減少建筑變形，從而提高建筑的安全性。（4）在建筑物的抗震設(shè)防烈度要進(jìn)行充分考慮，根據(jù)建筑能夠承受的強(qiáng)度，對于高層超高層建筑進(jìn)行安全合理的設(shè)計(jì)。一方面減少誤差，避免局面的生命和財(cái)產(chǎn)受到損失，另外還能夠加強(qiáng)建筑的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

5 做好抗風(fēng)設(shè)計(jì)，減少建筑安全隱患

隨著建筑物高度的增加，風(fēng)力對建筑的危害也越大。其危害性主要體現(xiàn)在隔墻開裂、主體結(jié)構(gòu)受損、高層震動(dòng)使居民的感覺不適等。所以說在對高層、超高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要做好抗風(fēng)設(shè)計(jì)，減少風(fēng)力帶來的安全隱患。主要方式如下：（1）可以利用結(jié)構(gòu)玻璃代替玻璃幕墻維護(hù)，來提高建筑的抗風(fēng)性能，確保建筑在風(fēng)力作用下產(chǎn)生損傷。（2）做好建筑的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，科學(xué)分析其危害，以提高建筑的抗風(fēng)載能力。（3）提高高層建筑的舒適設(shè)計(jì)，限制結(jié)構(gòu)震動(dòng)加速，減輕居民的不適感。

6 選擇合理的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系，提升建筑的安全性和穩(wěn)定性

不同的結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的要求程度有所不同，所以我們在進(jìn)行建筑抗側(cè)力體系設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)具體的要求進(jìn)行合理的選擇。在進(jìn)行抗側(cè)力設(shè)計(jì)的時(shí)候也要考慮整體效果，各抗側(cè)力結(jié)構(gòu)之間要有有效的結(jié)合。目前比較成熟的抗側(cè)力方案有：（1）在墻體的水平方向和垂直方向進(jìn)行筒狀設(shè)計(jì)。（2）利用甚臂桁架把核心筒和框架柱結(jié)合起來，使之成為一個(gè)整體。（3）使框架柱相互交叉形成更大的框架結(jié)構(gòu)。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，復(fù)雜高層和超高層建筑不斷涌現(xiàn)。由于其設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，給建筑設(shè)計(jì)帶來很大的挑戰(zhàn)。為了提高這些建筑的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候就必須從概念設(shè)計(jì)出發(fā)，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)。

[1] 趙昕,丁潔民,孫華華,巢斯.上海中心大廈結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào).2011(07)

[2] 郭懷祥.淺談超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題[J].中華民居(下旬刊).2014(09)

[3] 吳宏磊,丁潔民,崔劍橋,張保.超高層建筑結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層耗能減震技術(shù)及連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào).2014(03)