高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題及對策探討

【摘要】隨著城市的不斷發(fā)展，高層、超高層建筑越來越普遍，而建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計直接決定著建筑物的安全使用性能及其壽命。隨著業(yè)主對建筑的需求不斷地增加，這就對設(shè)計人員提出更復(fù)雜的要求。因此，必須把高層建筑設(shè)計過程中容易出現(xiàn)的問題逐步解決，才能保證建筑的正常交付與使用。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題；對策

1、高層建筑設(shè)計特點分析

1.1 結(jié)構(gòu)變形特點

由于高層建筑的豎向構(gòu)件會對各個方位的應(yīng)力環(huán)節(jié)造成壓縮狀況，但是由于各個點受力力度的不同，所以產(chǎn)生的壓縮變形情況也是不一樣的，對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說，內(nèi)部受到不同的壓力，與地基受壓迫程度相結(jié)合，也會引發(fā)整體樓面結(jié)構(gòu)的變形；而主樓與裙樓之間的關(guān)系在不同外力的催促壓制下，還會有不均勻沉降的現(xiàn)象發(fā)生，在相應(yīng)的外力控制下，由于水平荷載作用，使結(jié)構(gòu)定點與高層建筑總高度發(fā)生不協(xié)調(diào)關(guān)系，產(chǎn)生側(cè)移。在設(shè)計圖紙上，應(yīng)該將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與相關(guān)的外力呈現(xiàn)力度相結(jié)合起來，才能更好地控制這一事項的發(fā)生。

1.2 結(jié)構(gòu)假定分析

高層建筑結(jié)構(gòu)在豎向抗側(cè)力構(gòu)件的調(diào)整下，形成一個完備的空間結(jié)構(gòu)，而其三維空間結(jié)構(gòu)的精確分析又是比較難的，因為現(xiàn)實數(shù)據(jù)與圖紙的相關(guān)事項的呈現(xiàn)還是有一定差距的，基于對相關(guān)技術(shù)分析的認識，我們在其框架、剪力墻等結(jié)構(gòu)控制的相關(guān)研究中，設(shè)定結(jié)構(gòu)基本假定：（1）彈性假定。將垂直荷載與相應(yīng)的實際工作測定數(shù)據(jù)進行比較，提出彌補其出現(xiàn)裂縫等不良現(xiàn)象的彈塑性辦法，對其內(nèi)力與高層建筑位移的相應(yīng)關(guān)系認識清楚，使其防震、防強風(fēng)的效果能夠呈現(xiàn)出優(yōu)良的可調(diào)控性效果；（2）小變形假定。將圖紙中的幾何非線性控制辦法呈現(xiàn)出來，對頂點水平位移與相應(yīng)的建筑高度相比較，在真實的工作調(diào)整狀況的實現(xiàn)中，體現(xiàn)對比數(shù)據(jù)的融合性，為其相應(yīng)的調(diào)整做好提升準備。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題分析

2.1 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

由于我國不是地震高發(fā)國家，一直以來設(shè)計人員對建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計也不怎么重視，所以能夠勝任高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計工作人員十分有限。通常，在高層建筑抗震結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，設(shè)計人員都是簡單的對建筑抗震數(shù)據(jù)進行計算和分析，得出了模糊的結(jié)果之后就開始進行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，導(dǎo)致高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計缺乏有效性和靈活性，無法保證建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計達到建筑抗震設(shè)計規(guī)范的標準要求，留下安全隱患。

2.2 抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

跟低層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中比較重要的一個設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)該對其引起足夠重視。高層建筑抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計主要表現(xiàn)在兩個方面，一個是通過抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計對建筑物的墻體、裝飾物以及玻璃等形成有效保護，避免因為受風(fēng)力影響過大對這些東西造成破壞。另一個是通過抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計減輕高層建筑的晃動，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。但是，在當(dāng)前高層建筑抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計師多重視對外在的墻體、裝飾物和玻璃的保護，卻沒有重視對建筑主體結(jié)構(gòu)的保護。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化對策

3.1 合理的抗震設(shè)計

高層建筑的抗震設(shè)計是整個設(shè)計過程中較為重要的環(huán)節(jié)，在進行抗震設(shè)計時應(yīng)充分結(jié)合建筑的基本體型以及建筑所處的抗震設(shè)防烈度要求進行設(shè)計?？拐鹪O(shè)計是在重視"計算設(shè)計"的同時，要著重從結(jié)構(gòu)的整體出發(fā)，在抗震設(shè)計中具有主導(dǎo)作用，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計過程中，應(yīng)從結(jié)構(gòu)的剛度、強度、延度和軸壓比方面加強結(jié)構(gòu)的"概念設(shè)計。建筑的結(jié)構(gòu)主要為簡單平面和不規(guī)則平面兩種，一般而言在地震多發(fā)地段會采用簡單平面，如方形、圓形、矩形等，用于抵抗地震發(fā)生時較強的水平作用力。而不規(guī)則平面則是應(yīng)對城市中由于街道以及土地的限制，需要根據(jù)場地的實際情況對建筑進行設(shè)計，可以采用不規(guī)則平面的方式。對于不同類別的高層建筑，需要采取不同的抗震措施，對結(jié)構(gòu)進行精確的地震反應(yīng)分析，保證建筑的抗震可靠性。

3.2 合理選擇計算簡圖及結(jié)構(gòu)方案

在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時，要在計算簡圖基礎(chǔ)上進行計算，所以在計算簡圖選擇時必須合理選擇，若計算簡圖不合理，極容易造成結(jié)構(gòu)參數(shù)不準，影響正常施工，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生，合理選擇計算簡圖是保障高層建筑結(jié)構(gòu)安全設(shè)計的前提條件。在構(gòu)建方法選擇時應(yīng)采用與計算簡圖相對的方法，設(shè)計構(gòu)件結(jié)構(gòu)節(jié)點時，要保障計算簡圖誤差在規(guī)定范圍內(nèi)。另一方面，在選擇結(jié)構(gòu)方案時不僅要考慮外觀造型，更要考慮方案經(jīng)濟性和可行性，方案必須滿足結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系要求。尤其對荷載以及受力性能考慮時，必須遵循傳力簡單、受力明確均勻原則，避免受力過于集中影響建筑整體結(jié)構(gòu)剛度。

3.3 合理設(shè)計抗風(fēng)結(jié)構(gòu)

為使高層建筑抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求，在高層建筑抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)做好以下優(yōu)化設(shè)計工作：

（1）基礎(chǔ)優(yōu)化。高層建筑基礎(chǔ)牢固，上部結(jié)構(gòu)才能牢固可靠。為此，高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計中要合理確定混凝土級配，最好使用級配高的砂石，增加基礎(chǔ)持力層的厚度，增設(shè)抗拔錨桿，提高建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。（2）適當(dāng)增加高層建筑耗能構(gòu)件。增加高層建筑結(jié)構(gòu)中的承重構(gòu)件，如剪力墻、樓板等，一定程度上可抵消風(fēng)能對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。（3）盡可能減少風(fēng)的水平荷載和風(fēng)力疊加對高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響。在風(fēng)力作用下，高層建筑可能出現(xiàn)水平方向的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，與風(fēng)的水平荷載疊加后，對高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生更嚴重的破壞。為此，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)使用高性能的混凝土材料，盡量防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)力。（4）根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)牢固可靠要求，對高層建筑結(jié)構(gòu)的承載力和抗風(fēng)能力進行科學(xué)驗算，確定承載力和抗風(fēng)力后，在原有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上適當(dāng)加大，以增強高層建筑結(jié)構(gòu)的承載力和抗風(fēng)能力。

結(jié)語：

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性的技術(shù)工作，是建造建筑物的基礎(chǔ)工，結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣對建筑物的安全性、經(jīng)濟性、實用性有著重要的意義。因此工程技術(shù)人員要結(jié)合專業(yè)知識、施工技術(shù)要求、地質(zhì)情況、開發(fā)商設(shè)計要求等，合理設(shè)計建筑物高度和建筑結(jié)構(gòu)。

參考文獻：

[1]王榮強.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點及問題探討[J].中外企業(yè)家，2013（19）：187，188.

[2]粱本亮，劉建新，李文婷.基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的一種新型的結(jié)構(gòu)選型方法研究（I）[J].四川建筑科學(xué)研究，2010（9）.

作者簡介：

楊海燕，青海省建筑勘察設(shè)計研究院有限公司，青海西寧。