高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的若干問題及對策淺析

朱化壘

摘 要：高層建筑在當(dāng)前城市發(fā)展過程中快速發(fā)展起來，其不僅有效的緩解了當(dāng)前城市土地緊張的問題，而且還為人們提供了高品質(zhì)的辦公和住宅場所。在當(dāng)前高層建筑建設(shè)過程中，需要做好結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，利用先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計手段來確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量，使高層建筑設(shè)計能夠更好的滿足大眾的需求，而且風(fēng)格更具多樣化，使高層建筑結(jié)構(gòu)更具穩(wěn)固性。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；設(shè)計特點；常見問題；解決措施

隨著社會的發(fā)展與科技的不斷進步，人們對于建筑的要求不僅僅在建筑的功能性上，同時也體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的藝術(shù)性上。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也因此得到了長足的發(fā)展。作為城市發(fā)展的一個重要標(biāo)志，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計師們通過現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)尋找更為合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。但是隨著建筑高度的不斷增加，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度也大大增加。建筑技術(shù)以及經(jīng)濟效益等問題都對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有很大的影響。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

1.1 側(cè)移成為控制指標(biāo)

高層建筑由于高度較大，這就對其穩(wěn)固性和安全性有了更高的要求。在高層建筑設(shè)計過程中，建筑結(jié)構(gòu)側(cè)移問題需要重要關(guān)注。為了能夠避免高層建筑結(jié)構(gòu)變形的發(fā)生，則需要對位移的限制進行嚴(yán)格要求。特別是頂點位移限制與數(shù)值大小及振動頻率息息相關(guān)，一旦層間相對位移較大時，則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形發(fā)生，使建筑物受到不同程度的損壞。在高層建筑高度不斷增加的情況下，建筑物水平荷載能力也會發(fā)生不同的變化，建筑物側(cè)移幅度會不斷增加，不僅會導(dǎo)致側(cè)移附加內(nèi)力加大，而且還會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)主體裂縫發(fā)生，從而帶來嚴(yán)重的后果。這就需要在高層建筑設(shè)計時，需要控制好結(jié)構(gòu)水平區(qū)域的側(cè)移幅度，將其控制在一定范圍內(nèi)，確保高層建筑物的安全性。

1.2 高度預(yù)防軸向變形

當(dāng)前高層建筑多以框架結(jié)構(gòu)為主，在這種結(jié)構(gòu)形式中，框架的中柱軸壓力會大于邊柱軸的壓力，這也導(dǎo)致中柱軸變形的幾率增加。特別是當(dāng)建筑物高度較大時，這種中柱軸變形數(shù)值會遠遠大于邊柱軸的變形數(shù)值，因此容易出現(xiàn)連續(xù)梁中間下沉及下陷的情況發(fā)生，從而導(dǎo)致跨中正彎矩值和支座兩端負彎矩值增大，給預(yù)制構(gòu)件的下料（主要是鋼筋）帶來較大的影響。由于高層建筑軸向變形的存在，會給構(gòu)件的剪力和側(cè)移力帶來較大的影響，嚴(yán)重危及高層建筑的安全性。

1.3 抗震性要求越來越高

在地震作用下，高層建筑的安全性低于低層建筑，其變形會更加嚴(yán)重。這就需要在高層建筑設(shè)計過程中，需要確保承載力和剛度要自下而上的減小，確保其變化的均勻性。通過合理的對樓體結(jié)構(gòu)中塑性集中變形進行設(shè)計，確保樓層建筑延性能夠增強，從而更好的提升建筑物的變形能力。另外，還需要在設(shè)計時考慮好地基土質(zhì)及水文情況，例如地基基礎(chǔ)設(shè)計在地震作用力下進行計算，使結(jié)構(gòu)抗震性能得到更好的提高。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題分析

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計選型

2.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的不規(guī)則問題。在當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對于結(jié)構(gòu)的規(guī)劃性有了硬性的要求和限制，而且在新規(guī)范中對于嚴(yán)重不符合規(guī)范的設(shè)計方案嚴(yán)禁進行使用。這就需要在設(shè)計過程中，在對結(jié)構(gòu)進行選型時，需要選擇相對較為規(guī)則的結(jié)構(gòu)，這樣可以為后期施工圖設(shè)計階段及各項工作的順利開展奠定良好的基礎(chǔ)。

2.1.2 建筑結(jié)構(gòu)的高度問題。當(dāng)前高層建筑超高的現(xiàn)象較為普遍。由于在地震力作用下超高的建筑物發(fā)生變形的幾率較大，這就需要我們要謹(jǐn)慎對待建筑的高度問題。在建筑物高度增加的情況下，會對結(jié)構(gòu)帶來較大的制約影響，特別是一些參數(shù)如果超出了原來的指標(biāo)范圍，這必然會對建筑物結(jié)構(gòu)的安全性和延性帶來較大的影響，所以在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對于高度的確定需要嚴(yán)格按照國家的相關(guān)規(guī)范要求來進行，避免出現(xiàn)超高限的情況發(fā)生。

2.1.3 嵌固端的設(shè)置問題。當(dāng)前高層建筑為了能夠最大限度的確保空間的使用率，通常都會向地下部分延伸，通過建筑一至兩層的地下室和人防使空間使用率達到最大值。在建筑有地下室的高層建筑中，嵌固端會對整體結(jié)構(gòu)某些部件內(nèi)力分配的準(zhǔn)確性帶來較大的影響。通常在地下室的頂板或是人防的頂板位置處來進行嵌固端的設(shè)置。這就需要在設(shè)置嵌固端時準(zhǔn)確進行分析和計算，設(shè)計過程中設(shè)計人員應(yīng)注意不管建筑結(jié)構(gòu)怎么變化，只要概念清晰，就能夠在結(jié)構(gòu)整體計算之前，較準(zhǔn)確的確定嵌固端的位置。

2.2 高層建筑的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)問題

高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性需要確保其幾何形心、剛度中心和結(jié)構(gòu)重心要達合一的標(biāo)準(zhǔn)要求。否則在水平荷載作用下建筑物不可避免的會發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)，從而導(dǎo)致建筑物受到不同程度的破壞。這是我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要重要關(guān)注的問題，通過合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，確保建筑物結(jié)構(gòu)達到三心合一，避免高層建筑扭轉(zhuǎn)問題的發(fā)生。

2.3 高層建筑的地基和基礎(chǔ)設(shè)計問題

在高層建筑設(shè)計過程中，地基和基礎(chǔ)設(shè)計作為其中非常重要的一個環(huán)節(jié)，需要在設(shè)計過程中給予充分的重視。在高層建筑設(shè)計工作中，地基和基礎(chǔ)設(shè)計的好壞不僅關(guān)系到后期結(jié)構(gòu)設(shè)計能否順利進行，而且對工程造價及建筑質(zhì)量都會帶來決定性的影響。所以需要在地基和基礎(chǔ)設(shè)計時注意設(shè)計的合理性和科學(xué)性，避免為工程質(zhì)量留下安全隱患。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題的解決措施

我國地域較為遼闊，各個地區(qū)地質(zhì)情況存在較大的差異，這就使國家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計規(guī)范在具體實施過程中需要與地方的地方性設(shè)計規(guī)范有效進行結(jié)合，確保高層建筑的設(shè)計能夠與當(dāng)?shù)氐木唧w情況相適宜，從而提高施工設(shè)計的準(zhǔn)確性。特別是在地基基礎(chǔ)設(shè)計上，更需要對地方性建筑規(guī)范進行深入的了解，有效的避免可能會對施工帶來不利影響的因素，確保施工設(shè)計的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。常用的高層建筑計算的計算機軟件有SATWE＼TAT＼TBSA等。在開始計算前，設(shè)計人員應(yīng)該根據(jù)規(guī)范要求和工程的實際情況對結(jié)構(gòu)參數(shù)和特殊構(gòu)件進行正確的設(shè)置。不同的結(jié)構(gòu)形式在計算模型上會存在著一定的差異，因此導(dǎo)致各軟件的計算結(jié)果也會有所不同。這個時候就需要工程師根據(jù)軟件的特點來選擇合適的軟件，避免給工程留下安全隱患。

4 結(jié)語

綜上所述，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范要求進行，而且要加強實地考察，多方面的對結(jié)構(gòu)進行深入分析，編制多個設(shè)計方案，通過對各個方案的比較來選擇最適宜的設(shè)計方案，及時對設(shè)計過程中存在的問題進行解決，確保整體設(shè)計的科學(xué)性和合理性，使建筑物的質(zhì)量能夠得到有效的保障。

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