基于高層建筑工程設(shè)計(jì)的研究

白新密

基于高層建筑工程設(shè)計(jì)的研究

白新密

（煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 河南鄭州 450000）

近些年以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速與持續(xù)發(fā)展，我國(guó)城市有關(guān)高層建筑結(jié)構(gòu)的建設(shè)數(shù)量不斷增加，本文重點(diǎn)探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行分析，并研究解決這些問題的有效對(duì)策，以便提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體質(zhì)量水平。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題；對(duì)策

1.引言

新時(shí)期城市高層建筑隨著高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)水平逐漸涌現(xiàn)出來(lái)，因而人們?cè)絹?lái)越重視高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)土建施工與設(shè)計(jì)問題，并且隨著逐漸加大的城市建筑密度，高層建筑工程數(shù)量不斷增多，良好的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作可以有效保證建筑工程的整體質(zhì)量。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的存在問題

2.1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的變形扭曲問題

依照建筑相關(guān)的力學(xué)理論可知，一般高層建筑結(jié)構(gòu)都是底端固定懸臂梁結(jié)構(gòu)，但是該種建筑結(jié)構(gòu)具備的穩(wěn)定性不高，而解決高層建筑結(jié)構(gòu)低穩(wěn)定性的主要措施就是提高懸臂梁結(jié)構(gòu)的剛度，在提高建筑懸臂梁結(jié)構(gòu)剛度的同時(shí)還要確保建筑結(jié)構(gòu)的幾何中心、剛度中心以及結(jié)構(gòu)中心一致并重合，以便有效提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗彎水平。但是在實(shí)際高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)這三個(gè)中心的重合，受到外加荷載的影響導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)會(huì)呈現(xiàn)一定的變形與扭曲，甚至在沖擊荷載的影響下還會(huì)導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部的變形與彎曲，極大的影響到整體建筑的安全與穩(wěn)定性。

2.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的受力性能問題

高層建筑隨著不斷升高的層數(shù)，會(huì)逐漸降低受力性能。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，相關(guān)人員還要對(duì)施工場(chǎng)地的水文、地質(zhì)條件等進(jìn)行全面勘測(cè)，依照這些地質(zhì)水文資料來(lái)準(zhǔn)確并詳細(xì)的討論與推斷，以便確定最終高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。在方案設(shè)計(jì)之后，審核人員與設(shè)計(jì)人員還要對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)空間特征進(jìn)行分析，并結(jié)合模擬仿真軟件來(lái)模擬分析高層建筑結(jié)構(gòu)的受力性能，以確保整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的超高問題

伴隨著建筑層數(shù)與高度的逐漸增大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中還需要考慮到高層建筑的抗震性能。一般高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)嚴(yán)格規(guī)定建筑物的高度，在滿足基礎(chǔ)抗震性能的前提下，高層建筑超高范圍不斷增加，因而要求更規(guī)范的高層建筑結(jié)構(gòu)。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要強(qiáng)化細(xì)分高層建筑范圍，以便完善高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案與過(guò)程。在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候要關(guān)注好結(jié)構(gòu)范圍的變化，并注重超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震性能設(shè)計(jì)。

2.4高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的設(shè)置短肢剪力墻問題

建筑結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)剛度大、變形性小以及完整性良好等特點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)在水平力的作用影響下會(huì)產(chǎn)生較小的側(cè)向變形，因而具有較高的抗震性能。而所謂短肢剪力墻實(shí)際上就是墻肢截面厚度與高度為8:5的剪力墻結(jié)構(gòu)。設(shè)置短肢剪力墻的過(guò)程比較復(fù)雜，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中還要綜合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及具體工程設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)置。高層建筑結(jié)構(gòu)在施工中大多數(shù)剪力墻的墻肢厚度都為2.5厘米，這就造成支撐梁與墻肢之間不具備足夠的有效寬度，再受到其他結(jié)構(gòu)施工的影響，會(huì)導(dǎo)致支撐梁強(qiáng)度不足以支撐整體結(jié)構(gòu)，使得剪力墻截面的抗扭能力較低。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)原則

3.1要合理設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)模型

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)就是建筑結(jié)構(gòu)模型，而想要提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全與合理性，就需要依照實(shí)際情況選擇正確的建筑結(jié)構(gòu)模型。高層建筑一般施工方法都為懸臂分階段施工，多次并分段的施工方法會(huì)使得整體施工可靠性與設(shè)計(jì)計(jì)算值存在較大偏差，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在分析整體建筑施工質(zhì)量的時(shí)候要計(jì)算并分析分段施工的應(yīng)力應(yīng)變，但是所需要的計(jì)算量與計(jì)算方法比較復(fù)雜，因而一般會(huì)結(jié)合仿真模擬軟件來(lái)計(jì)算施工過(guò)程中的變形情況與受力情況，以便對(duì)各階段施工質(zhì)量進(jìn)行有效監(jiān)控。

3.2要合理設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)

高層建筑結(jié)構(gòu)具備的整體力學(xué)特征主要包括：抗應(yīng)力較??；壓應(yīng)力較大；支撐梁強(qiáng)度低于支撐柱強(qiáng)度；彎曲應(yīng)力較??；剪切應(yīng)力較大。所以在對(duì)高層建建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候要綜合以上幾方面的力學(xué)特征，并與具體建筑工程實(shí)際相結(jié)合，加強(qiáng)分析建筑連接構(gòu)件部位的應(yīng)力應(yīng)變，并綜合考慮到構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)變特征與材料溫度特性來(lái)完成設(shè)計(jì)工作。

3.3要優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

科學(xué)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不僅要滿足經(jīng)濟(jì)性要求，還要具備高技術(shù)條件，因此在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候要遵循優(yōu)化并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)原則，在高層建筑相同單元結(jié)構(gòu)中最好使用一種設(shè)計(jì)方案，在達(dá)到結(jié)構(gòu)力學(xué)要求的基礎(chǔ)上，最好選用簡(jiǎn)單的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。比如若是高層建筑施工區(qū)域存在頻繁的地質(zhì)活動(dòng)，并且其地下土質(zhì)比較松軟，那么在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的時(shí)候還要綜合豎向與平面規(guī)則。在擬定高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中要協(xié)調(diào)好其他專業(yè)的設(shè)計(jì)與施工，并結(jié)合先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法與優(yōu)秀的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提高整體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。在確定好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案之后，不可以隨意的變更施工設(shè)計(jì)方案，若是需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整與更改，還需要結(jié)合建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位與施工單位的共同審核與研討。另外還要控制好整體工程的質(zhì)量，依照技術(shù)規(guī)范要求與設(shè)計(jì)要求來(lái)進(jìn)行建筑的施工建設(shè)，同時(shí)還要由專業(yè)技術(shù)與監(jiān)督人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡查，一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患與施工問題就需要立即上報(bào)單位，以便及時(shí)采取措施處理。

4.應(yīng)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中問題的解決措施

4.1要對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的高度進(jìn)行有效限制

新時(shí)期為了應(yīng)對(duì)時(shí)下建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)與需求，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高度范圍已經(jīng)增加到了B級(jí)建筑高度，有效對(duì)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)范。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)施工方案的過(guò)程中要根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)高度標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，在審核方案的過(guò)程中一經(jīng)發(fā)現(xiàn)違反設(shè)計(jì)高度規(guī)定的方案要立即否決，若是需要變更高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高度，還要結(jié)合技術(shù)人員與專家來(lái)研究與探討。

如今我國(guó)超高層建筑結(jié)構(gòu)類型大多為剪力墻與框架結(jié)構(gòu)。剪力墻與框架結(jié)構(gòu)既具有框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間大、立面結(jié)構(gòu)處理方便、平面布置靈活特點(diǎn)，還具有剪力墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高與剛度大特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)剪力墻與框架結(jié)構(gòu)的時(shí)候要按照基本設(shè)計(jì)要求與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

4.2要設(shè)置好高層建筑結(jié)構(gòu)的嵌固端

高層建筑在施工設(shè)計(jì)時(shí)一般都會(huì)包含至少2層的地下室結(jié)構(gòu)，存在地下室結(jié)構(gòu)就會(huì)縮減并降低建筑結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能，所以地下室結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要相應(yīng)的設(shè)置一些嵌固端，以便提高整體建筑的安全與穩(wěn)定性。嵌固端可設(shè)置在地下室底端與頂端部位，技術(shù)人員要在設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合嵌固端可能給整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響，以便將地下室頂板剛度與嵌固端整地剛度比例控制在科學(xué)范圍內(nèi)，并與建筑結(jié)構(gòu)抗震縫隙的設(shè)置進(jìn)行充分協(xié)調(diào)與配合，提高整體建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

4.3要按照高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則來(lái)實(shí)施

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則就是規(guī)則性，建筑的規(guī)則性越高則其具備的力學(xué)性能也就越高。我國(guó)針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新規(guī)范表明，不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不予施工采用，另外還對(duì)建筑施工工序、建筑基準(zhǔn)平面剛度、地下室結(jié)構(gòu)嵌固端下層與上層剛度比等會(huì)影響到建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性的相關(guān)因素進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，因此要根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)要求與規(guī)則來(lái)科學(xué)設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)。

結(jié)論：

總而言之，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量會(huì)影響著后期施工建設(shè)的質(zhì)量，因而我們要正確面對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中所存在的一些關(guān)鍵性問題，采取有效措施處理好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題，以便提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性與穩(wěn)定性，促進(jìn)建筑行業(yè)的健康與持續(xù)發(fā)展。

[1] 沈洋. 淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對(duì)策探討[J]. 城市建設(shè)理論研究:電子版.2015，04（7）：12-13

[2] 徐勝堅(jiān). 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)初探[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì).2015,02（12）：27-28

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1007-6344（2017）03-0088-01