解析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題與解決對策

文/龍長沙 北京藍(lán)圖工程設(shè)計(jì)有限公司 貴州貴陽 550001

在高層建筑設(shè)計(jì)的整個過程中，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是核心內(nèi)容，是非常重要的，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)要保證高層建筑在后期使用的過程中具備安全性與穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，這就要求對高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加重視，不斷提高高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，不斷將先進(jìn)的科技技術(shù)應(yīng)用到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1） 在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起著關(guān)鍵作用的就是建筑水平力的設(shè)計(jì)，同時(shí)建筑結(jié)構(gòu)的動力性也隨著高層建筑層數(shù)的水平荷載能力的變化而變化，一般情況下水平荷載和縱向荷載的數(shù)值存在差異。

（2） 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一就是軸向變形設(shè)計(jì)，高層建筑隨著樓層的增加，剪力墻體系也隨之增大，另外邊柱受力形變與中軸受力形變相比較小，從而引起高層建筑結(jié)構(gòu)受力不平衡的情況出現(xiàn)。

（3）在建筑高層設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該注意對建筑進(jìn)行抗震能力的設(shè)計(jì)，因?yàn)榈卣鸢v向荷載及水平荷載，會導(dǎo)致建筑高層結(jié)構(gòu)的安全性能出現(xiàn)危險(xiǎn)的可能。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則

（1）就高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，應(yīng)按照高層建筑所在的地質(zhì)條件確定科學(xué)合理的基礎(chǔ)方案。設(shè)計(jì)基礎(chǔ)方案時(shí)，設(shè)計(jì)者除研究高層建筑的結(jié)構(gòu)之類與荷載分布等問題，還應(yīng)當(dāng)對建筑的施工條件、干擾因素展開綜合考慮，最后明確設(shè)計(jì)方案。

（2）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)的完成，一定要有科學(xué)的計(jì)算簡圖為保證，如果建筑計(jì)算簡圖的設(shè)計(jì)不合理，很有可能導(dǎo)致整個設(shè)計(jì)工作出錯。所以開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，必須以質(zhì)量與安全為原則，制定科學(xué)的計(jì)算簡圖。

（3）確定構(gòu)造手段是高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的重要組成部分。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了要符合強(qiáng)剪弱彎與強(qiáng)壓弱拉的設(shè)計(jì)要求，還要符合強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)原理，最后使得建筑物的強(qiáng)度與耐力條件符合標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)高層建筑的使用價(jià)值。

（4）根據(jù)上述原則完成設(shè)計(jì)后，要制定出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終方案，同時(shí)要確保該方案的經(jīng)濟(jì)性、可行性與持久性。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題

3.1 建筑結(jié)構(gòu)超高問題

超高問題是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較突出的一個問題。超高主要就是指在一些高層建筑設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)單位無視我國的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，過度地增加高層建筑的高度。出現(xiàn)這樣問題的主要原因就是增加高度可以帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益。但是，從另一個角度來看，這種超高對于建筑的使用會有非常重要的影響，如果遇到地震，那么高層建筑非常容易出現(xiàn)倒塌的情況。這樣最終會危及到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，有的時(shí)候也會存在著扭轉(zhuǎn)的問題。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，會有三心，主要就是指質(zhì)量中心、剛度中心和幾何中心，只有實(shí)現(xiàn)三心合一才可以實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。許多時(shí)候，設(shè)計(jì)難以保證三心合一，所以一旦受到水平力的影響，高層建筑就會容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的問題，嚴(yán)重影響建筑的安全。

3.3 抗震抗風(fēng)結(jié)構(gòu)問題

抗震問題通常表現(xiàn)在高層建筑剛度的選擇上。倘若不能按照建筑區(qū)域地點(diǎn)的地震情況來確定合適的剛度構(gòu)造，就會造成高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不科學(xué)，提高了高層建筑的危險(xiǎn)性。此外，“樹大招風(fēng)”，高層建筑由于較高，非常容易遭受風(fēng)力的影響，但是很多設(shè)計(jì)人員在實(shí)施高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，比較容易忽略這一點(diǎn)，造成高層建筑在遭遇強(qiáng)風(fēng)時(shí)，容易出現(xiàn)倒塌情況。

3.4 受力以及承載問題

高層建筑在施工的過程中必然會使用很多機(jī)器設(shè)備，樓層越高，機(jī)器設(shè)備的數(shù)量就越多，會增加高層建筑的壓力。如果設(shè)計(jì)的時(shí)候沒有考慮周全，或者使用的建筑材料不達(dá)標(biāo)，將會導(dǎo)致高層建筑的受力與承載力出現(xiàn)問題。

4、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的對策

4.1 結(jié)構(gòu)方案選擇以及優(yōu)化

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其核心就是選擇最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，只有這樣，才能夠更加有效地保證建筑設(shè)計(jì)的水平，滿足實(shí)際的需求。而在選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的時(shí)候，應(yīng)該充分考慮存在的問題和一些重要的因素。①應(yīng)該按照相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇，避免與規(guī)范出現(xiàn)沖突的情況。②應(yīng)該注重結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行思考，詳細(xì)勘測施工現(xiàn)場，確保施工的有效性。③相關(guān)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合數(shù)據(jù)進(jìn)行測算，選擇最適合的方案，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)超高問題控制

我國針對高層建筑結(jié)構(gòu)的高度做出了明確的規(guī)定，在原先實(shí)施的規(guī)章制度規(guī)定的A 級高度的限制條件下，又增加了B 級高度，也實(shí)施了對高層建筑的高度實(shí)施限制的目的。因此，在不斷優(yōu)化調(diào)整高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式的過程中，研究嶄新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法十分重要。比如說在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作實(shí)施時(shí)如果忽略了超高問題，那么必然會從最直接的層面上對建筑結(jié)構(gòu)類型的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，非常不利于高層建筑的未來發(fā)展。

4.3 高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作占據(jù)較為重要的地位，而且在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)正式實(shí)施時(shí)，應(yīng)該把施工現(xiàn)場地質(zhì)水文情況包括高層建筑功能要求當(dāng)中設(shè)計(jì)的依據(jù)。在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該針對建筑上部結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行分析，并將分析工作得到的結(jié)果和高層建筑物荷載實(shí)際分布情況進(jìn)行比對，在對各項(xiàng)科學(xué)、有效的措施加以一定程度的應(yīng)用的基礎(chǔ)上將高層建筑物基礎(chǔ)類型、深度等層面上行的參數(shù)確定下來。

4.4 抗震抗風(fēng)結(jié)構(gòu)問題控制

為了科學(xué)地提升高層建筑的抗震性能，設(shè)計(jì)人員在實(shí)施高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對施工位置的地質(zhì)、地震的級別以及頻率實(shí)施實(shí)地勘察，提供依據(jù)給高層建筑抗震設(shè)計(jì)。還應(yīng)該按照具體情況確定合適的建筑材料，確保建材的質(zhì)量，并針對施工過程實(shí)施監(jiān)督。對于抗風(fēng)結(jié)構(gòu)問題，設(shè)計(jì)人員在實(shí)施高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須重視風(fēng)力對于高層建筑的影響。對施工地的風(fēng)向和風(fēng)力進(jìn)行分析，科學(xué)合理的進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，為高層建筑的建設(shè)以及安全使用提供保障。

4.5 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)

為了更好地應(yīng)對自然災(zāi)害，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該選擇科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)形式和平面的布局，盡可能實(shí)現(xiàn)三心合一。在一些情況下，為了更好地符合城市規(guī)劃和建筑場地的要求，高層建筑應(yīng)該避免使用簡單的平面形式，應(yīng)該采取一些復(fù)雜的替代形式，把凸出部分的長度與寬度的比值控制在合理的范圍之內(nèi)。

結(jié)語：

綜上所述，隨著我國的城市化發(fā)展腳步的加快，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越受到人們的關(guān)注，所以應(yīng)及時(shí)指出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的存在的問題，找出最佳對策并落實(shí)，從而推動我國高層建筑行業(yè)的發(fā)展，提升我國高層建筑的各方面性能。

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