高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對策探討

錢冬江

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060）

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對策探討

錢冬江

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060）

城鎮(zhèn)一體化建設(shè)的步伐不斷加快，使得建筑行業(yè)獲得了較為快速地發(fā)展。由于建筑用地越來越少，高層建筑逐漸成為建筑的主要趨勢。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為高層建筑的建設(shè)工作中重要的組成部分，直接關(guān)系到建筑的功能以及質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)。但是當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還存在部分不足。本文首先說明高層建筑結(jié)構(gòu)特征及設(shè)計(jì)的基本原則，其次深刻剖析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，最后針對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題提出相應(yīng)有效的解決對策。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題；對策

科學(xué)技術(shù)及市場發(fā)展的需要促進(jìn)了建筑結(jié)構(gòu)的不斷變化，建筑工程逐漸朝著高層化發(fā)現(xiàn)發(fā)展。高層建筑具有施工技術(shù)復(fù)雜，建筑結(jié)構(gòu)承載力要求較高等特點(diǎn)，其中高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為高層建筑工程的重要組成部分，在開展建設(shè)項(xiàng)目時要對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給予高度注意，要保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性，以滿足人們生活的需要，此外建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需要使建筑具有一定的抗震和抗風(fēng)能力，以實(shí)現(xiàn)建筑物安全性的需要。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)的特征

高層建筑結(jié)構(gòu)與普通建筑不同，高層建筑結(jié)構(gòu)需要承載水平和垂直兩個方向較普通建筑結(jié)構(gòu)承受的荷載大。其中外界風(fēng)力產(chǎn)生水平荷載，垂直荷載主要是建筑物的高度引起的荷載。高層建筑結(jié)構(gòu)受外界地震和風(fēng)力的影響較大，同時隨著建筑的層數(shù)逐漸增多建筑物位移的速度將增快，側(cè)移速度的加快會影響住戶的舒適度和建筑的功能性。此外側(cè)移過大還會損害建筑物的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。這就要求設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時將建筑物的側(cè)移控制在合理范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)建筑物功能性和舒適度的要求。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則主要包括3方面的內(nèi)容。第一，計(jì)算簡圖的合理選取。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時首先需要根據(jù)計(jì)算簡圖進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算，計(jì)算簡圖選擇恰當(dāng)極易導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的不合理，從而在施工過程中導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此必須選取合適的計(jì)算簡圖，為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算簡圖安全性的要求，一般會在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，采用相應(yīng)構(gòu)件的方法，以減小計(jì)算誤差，實(shí)現(xiàn)計(jì)算簡圖在相關(guān)規(guī)范的額合理性范圍之內(nèi)。第二，確定合適的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)?；A(chǔ)設(shè)計(jì)要以高層建筑的地質(zhì)條件為選擇依據(jù)，并綜合考慮建筑的荷載分布和結(jié)構(gòu)類型、相鄰建筑物的影響、施工技術(shù)和條件等因素，實(shí)現(xiàn)具體基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的確定。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案確定過程中要充分發(fā)揮地基潛力，必要時還需進(jìn)行地基變形監(jiān)測。第三，確定科學(xué)、合理的結(jié)構(gòu)方案。建筑結(jié)構(gòu)方案必須在滿足建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系和形式的要求下，盡量降低成本費(fèi)用。結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)要求受力準(zhǔn)確、傳力便捷。結(jié)構(gòu)方案的選擇過程中要綜合考慮區(qū)域條件、自然條件、施工材料、施工技術(shù)等因素對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)方案的最優(yōu)化。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

建筑工程項(xiàng)目的增多促進(jìn)了建筑行業(yè)的快速發(fā)展，但是當(dāng)前我國建筑工程在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面還存在部分不足，其中主要表現(xiàn)在短肢剪力墻設(shè)置問題、超高問題、嵌固端設(shè)置問題、其他部位建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題等4個方面，以下針對這4方面問題進(jìn)行具體闡述，通過對問題的分析，采取相應(yīng)的應(yīng)對策略，以提高我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

3.1短肢剪力墻設(shè)置問題

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理會對高層建筑的施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，尤其是損害建筑物的結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻增設(shè)不合理是其中較為典型的一種。在當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，許多設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)過程中增設(shè)短肢剪力墻。根據(jù)眾多建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)例可知，短肢剪力墻的設(shè)置會影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗風(fēng)、抗震和穩(wěn)固性。為了提升建筑工程質(zhì)量，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡量減少短肢剪力墻的使用。

3.2超高問題

超高問題主要是指建筑單位不遵守相關(guān)的制度規(guī)范，過分加高建筑物的高度，以實(shí)現(xiàn)自身的盈利的最大化。當(dāng)前高層建筑的高度已實(shí)現(xiàn)由原來的A級上升到B級，并且相應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)模式也實(shí)現(xiàn)了一定程度的發(fā)展。超高問題作為實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題，嚴(yán)重影響建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，如果遇到強(qiáng)風(fēng)、地震等嚴(yán)重自然災(zāi)害，極易發(fā)生倒塌、斷裂，嚴(yán)重影響了人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

3.3嵌固端設(shè)置問題

嵌固端即固定端，在進(jìn)行位置設(shè)置的過程中要嚴(yán)格避免構(gòu)件在該位置的位移。嵌固端是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，在實(shí)際位置過程中存在部分不足。第一，嵌固端位置選擇存在問題?，F(xiàn)代高層建筑一般都建設(shè)多層地下室，并且將嵌固端修筑在地下室，這種設(shè)計(jì)存在極大的安全隱患，難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。第二，嵌固端上下層剛度比例設(shè)計(jì)不科學(xué)。上下層剛度比例設(shè)計(jì)是判斷嵌固端設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理的一個重要指標(biāo)。當(dāng)前嵌固端設(shè)計(jì)過程中存在設(shè)計(jì)問題和計(jì)算準(zhǔn)確性不高的問題。第三，嵌固端設(shè)計(jì)和抗震縫隙處理相互矛盾。嵌固端設(shè)計(jì)和抗震縫隙的處理難以實(shí)現(xiàn)良好的銜接，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中存在平衡性不足的問題，降低了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.4其他部位建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

由于高層建筑具有不同于一般建筑的特殊性，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，會涉及多方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)中關(guān)鍵位置的作用的實(shí)現(xiàn)也是設(shè)計(jì)過程中需要解決的主要問題。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題除了以上3種之外，還包括建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、牢固性、抗震性、應(yīng)力處理不足，這一系列設(shè)計(jì)的不合理，會直接降低建筑的質(zhì)量和使用壽命，影響建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的效果。針對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要計(jì)算的設(shè)計(jì)部位來講，計(jì)算的準(zhǔn)確性直接影響設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性。而設(shè)計(jì)資料的完善與否、計(jì)算公式選擇的合適與否、計(jì)算過程中數(shù)據(jù)精確度處理得當(dāng)與否都會影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

4.高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問題的應(yīng)對策略

根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題分析，筆者根據(jù)自身的豐富設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出注重選擇結(jié)構(gòu)方案合理性、合理使用計(jì)算簡圖、在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注重建筑物各種性能的實(shí)現(xiàn)3個方面的應(yīng)對措施，以下進(jìn)行詳細(xì)闡述。

4.1注重選擇結(jié)構(gòu)方案合理性

結(jié)構(gòu)方案選擇的合理與否直接關(guān)系高層建筑工程的建筑質(zhì)量。科學(xué)、合理的建筑結(jié)構(gòu)方案能夠使建筑結(jié)構(gòu)水平設(shè)計(jì)的效果順利實(shí)現(xiàn)，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要對結(jié)構(gòu)方案的選擇給予高度重視。結(jié)構(gòu)方案選擇的過程中，首先要針對結(jié)構(gòu)方案的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范仔細(xì)研究，以防因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沖突影響后續(xù)施工的順利開展。其次，具體結(jié)構(gòu)方案的選擇還需根據(jù)建筑工程的施工區(qū)域和施工現(xiàn)場的實(shí)際情況等綜合考慮。最后，還需要根據(jù)建筑工程的規(guī)模、施工現(xiàn)場的基礎(chǔ)情況進(jìn)行實(shí)地勘察，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案的選擇。

4.2合理使用計(jì)算簡圖

計(jì)算簡圖是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，計(jì)算簡圖中具有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算內(nèi)容，是影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，因此加強(qiáng)計(jì)算簡圖的合理運(yùn)用有助于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全、合理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。由于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有極強(qiáng)的復(fù)雜性，在確定計(jì)算簡圖時存在一定的難度，計(jì)算簡圖的具體確定過程總必須綜合考慮各種因素的影響，以確保后續(xù)計(jì)算工作的準(zhǔn)確性、客觀性。同時在計(jì)算過程中還要加強(qiáng)計(jì)算簡圖的合理使用，以保證計(jì)算的高準(zhǔn)確性。

4.3在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中注重建筑物各種性能的實(shí)現(xiàn)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的就是滿足建筑物的各方面功能性的需要，只有各方面功能性需要良好實(shí)現(xiàn)才能說明該高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理科學(xué)，也才能保證建筑正常使用。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)延展性、水平力、穩(wěn)定性三者。第一，提升建筑結(jié)構(gòu)延展性設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)延展性設(shè)計(jì)主要是針對高層建筑容易出現(xiàn)倒塌、變形等問題而提出的。其中較為常見的建筑物遭受自然災(zāi)害，發(fā)生的結(jié)構(gòu)變形和倒塌。因此提升建筑結(jié)構(gòu)延展性具有現(xiàn)實(shí)意義。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中注重延展性的實(shí)現(xiàn)。第二，注重高層建筑結(jié)構(gòu)水平力。水平力是指高層建筑結(jié)構(gòu)在同一平面內(nèi)受到的各種載荷力的總稱。水平力對于高層建筑結(jié)構(gòu)的影響十分明顯，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程總要做好相關(guān)控制工作。第三，滿足高層建筑對于穩(wěn)定性的要求。建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的最重要的性能指標(biāo)。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)有賴于設(shè)計(jì)過程中合理設(shè)計(jì)各關(guān)鍵點(diǎn)，其中比較典型的應(yīng)用即為短肢剪力墻設(shè)置位置的控制。

結(jié)語

當(dāng)今高層建筑已成為建筑工程發(fā)展的主要趨勢，高層建筑的質(zhì)量成為人們廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為高層建筑的主要工作之一，直接關(guān)系到建筑物的質(zhì)量和使用壽命。當(dāng)前我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在短肢剪力墻設(shè)置不合理、建筑設(shè)計(jì)超高、嵌固端設(shè)計(jì)不合理等問題，設(shè)計(jì)人員要對此問題給予高度注意，采取有效的解決措施，以實(shí)現(xiàn)建筑質(zhì)量的提升。

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