高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點及常見問題分析

鄭春雷

江蘇筑森建筑設(shè)計有限公司 江蘇 常州 213000

前言

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系到建筑物的整體形態(tài)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中是非常重要的。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，設(shè)計師需要重視高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題，恰當(dāng)準(zhǔn)確的選擇最佳的設(shè)計方案，確保其相關(guān)計算的準(zhǔn)確性和合理性也是極為必要的。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮到水平和垂直兩個方向的作用。水平方向的作用主要指的是要承受地震和風(fēng)的作用，而垂直方向的作用主要指的是建筑物的自重和使用荷載。與普通建筑相似，高層建筑結(jié)構(gòu)在豎向的荷載多以重力表示，但在水平荷載方面，高層建筑與普通建筑有著極大的不同，高層建筑的自重與荷載在豎向構(gòu)件可以產(chǎn)生一定的軸力與彎矩，在建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面起著決定性的作用。隨著建筑物越來越高，結(jié)構(gòu)側(cè)移和扭轉(zhuǎn)的絕對值也逐漸增加，高層建筑物的側(cè)移如果過大，對在其中活動的人會造成不舒服的感覺，還會影響建筑物的正常使用，即損害該建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。所以為了防止發(fā)生損害，就要盡可能地在設(shè)計時將建筑物的側(cè)移控制在安全的范圍之內(nèi)，使人在建筑物中可以舒適的生活和工作，使建筑物能夠正常使用。因此，只有在對高層建設(shè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，使得建筑同時具有安全、經(jīng)濟(jì)、舒適、舒心以及富有內(nèi)涵等特點，才能夠吸引消費(fèi)者眼球，從而為建筑企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)與社會效益[1]。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計遵循的原則

2.1 根據(jù)要求確定設(shè)計方案

現(xiàn)代任何一個建筑要想順利施工，都必須先制定一個合理有效的設(shè)計和施工方案。綜合分析工程的材料、施工條件、設(shè)計要求、地理環(huán)境等，并且要與水、電、建筑等專業(yè)進(jìn)行充分的協(xié)商，以此為基礎(chǔ)確定結(jié)構(gòu)方案，為結(jié)構(gòu)選型，最好進(jìn)行多方案比較后選用較為優(yōu)秀的。利用綜合分析各種影響因素，保證設(shè)計方案的可行性和實用性。

2.2 精準(zhǔn)進(jìn)行計算結(jié)果分析

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，我們必須要對于計算內(nèi)容重視，并進(jìn)行準(zhǔn)確的計算。對于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中的各因素都要進(jìn)行全方位的考量，并且在此過程當(dāng)中要準(zhǔn)確的進(jìn)行計算簡圖的運(yùn)用，在計算簡圖的選取時，應(yīng)注意正確反映結(jié)構(gòu)的實際受力情況，使計算結(jié)果盡可能與實際相符。最終保證計算的結(jié)果能夠具有良好的準(zhǔn)確度，安全性，經(jīng)濟(jì)性。為了確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確度和增強(qiáng)工作的效率，設(shè)計人員需要選擇科學(xué)的計算機(jī)軟件實施分析，應(yīng)以力學(xué)概念和豐富的工程經(jīng)驗為基礎(chǔ)，從結(jié)構(gòu)整體和局部兩個方面對計算結(jié)果的合理性進(jìn)行判斷，確認(rèn)其可靠性后，方可用于工程設(shè)計。

2.3 保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整性

在針對高層建筑結(jié)構(gòu)實施設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)該確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整性，不同建筑結(jié)構(gòu)的承載力不一樣，造成高層建筑的整體性能也存在差異。 對高層建筑的結(jié)構(gòu)體系選擇時，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)措施的完善性。不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承受的荷載不同，在整個建筑中發(fā)揮的作用也相同。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)從整體出發(fā)，充分分析各類構(gòu)件的材質(zhì)、受力情況以及延展性，保證各類構(gòu)件能夠有效合理的共同工作。并且還應(yīng)該注重氣候等自然因素對于高層建筑的影響，合理有效地進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[2]。

3 提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的對策

3.1 結(jié)構(gòu)方案選擇以及優(yōu)化

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，其核心就是選擇最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，只有這樣，才能夠更加有效地保證建筑設(shè)計的水平，滿足實際的需求。而在選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的時候，應(yīng)該充分考慮存在的問題和一些重要的因素。首先，對相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)定進(jìn)行仔細(xì)的研究，避免最終所選的結(jié)構(gòu)方案與使用要求、與現(xiàn)行規(guī)范和地方標(biāo)準(zhǔn)存在沖突。其次，對于具體結(jié)構(gòu)方案的選擇還應(yīng)該重點針對其施工現(xiàn)場的實際狀況進(jìn)行慎重思考，尤其是對于施工現(xiàn)場的基礎(chǔ)狀況以及工程的規(guī)模大小等進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和勘測，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上選定最佳的結(jié)構(gòu)方案。最后，相關(guān)的設(shè)計人員應(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。

3.2 高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中基礎(chǔ)設(shè)計工作占據(jù)較為重要的地位，而且在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計正式實施時，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)計的依據(jù)。應(yīng)該根據(jù)工程的上部載荷分布和結(jié)構(gòu)類型，地質(zhì)條件，施工條件以及相鄰的建筑物影響等各種因素進(jìn)行綜合性分析，選擇既合理又經(jīng)濟(jì)的方案，必要時要進(jìn)行地基變形演算，在進(jìn)行設(shè)計時要最大限度地發(fā)揮地基的潛力。在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計中，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際分布情況進(jìn)行比對，在對各項科學(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。

3.3 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)計人員在實施高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該對施工位置的地質(zhì)、地震的級別以及頻率實施實地勘察，提供依據(jù)給高層建筑抗震設(shè)計。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)考慮設(shè)計多道抗震防線，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度，用延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接延性較好的分體體系，使各延性分體體系協(xié)同工作，在發(fā)生地震時，結(jié)構(gòu)可以吸收和耗散大量的地震能量，保證結(jié)構(gòu)的安全。對于抗風(fēng)結(jié)構(gòu)問題，設(shè)計人員在實施高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，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)合理地進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計，為高層建筑的建設(shè)以及安全使用提供保障。

3.4 嵌固端的設(shè)置問題

嵌固端是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中較為重要的一個組成部分在高層建筑中嵌固端有可能設(shè)置在人防頂板等位置，也有可能設(shè)置在地下室頂板。為了加強(qiáng)抗震的效果，使高層建筑設(shè)計更具有延長性，進(jìn)行嵌固端的上下層剛度比較，保證上下層剛度比的合理性，要使嵌固端的設(shè)計具有較強(qiáng)的合理性，要多方面考慮嵌固層的各項指標(biāo)的比較和分析，使整棟建筑從上至下都能滿足抗震的要求，在設(shè)計時，還需考慮到抗震縫的設(shè)計問題，使抗震縫不會影響整棟高層建筑的延長性。

4 結(jié)束語

隨著城市高層建筑物不斷增多，對高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題更應(yīng)該提起重視。因此，合理準(zhǔn)確的選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，確保其相關(guān)計算的準(zhǔn)確性和安全性是極為必要的，認(rèn)真按照設(shè)計原則和規(guī)范，才能建造出優(yōu)質(zhì)的高層建筑。