高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題及措施

涂永佳

摘 要： 在高層建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項十分重要的內(nèi)容，所以作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計中強(qiáng)化設(shè)計成效。但是從當(dāng)前來看，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中還存在諸多問題，需要我們加強(qiáng)對其的優(yōu)化和完善。因而本文正是基于這一背景，首先提出了強(qiáng)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要性；其次提出了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題及措施；最后對全文進(jìn)行了總結(jié)。旨在與同行強(qiáng)化業(yè)務(wù)之間的交流，以更好地促進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的提升。

關(guān)鍵詞： 建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；措施

結(jié)構(gòu)設(shè)計在整個高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有十分重要的作用，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，我們應(yīng)意識到強(qiáng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要性，認(rèn)真分析和總結(jié)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)采取的技術(shù)措施，才能更好地確保整個設(shè)計的科學(xué)合理性。因此筆者展開以下幾點(diǎn)探究性的分析。

1.強(qiáng)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要性

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的高低源于建筑物自身是否具有較強(qiáng)的抗震性，尤其是高層建筑，其結(jié)構(gòu)的抗震性能直接關(guān)系著整個高層建筑的質(zhì)量。加上當(dāng)代建筑以高層建筑為主，所以在出現(xiàn)地震之后，其帶來的損失往往無法彌補(bǔ)。所以作為新時期背景下的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，就應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，才能在確保建筑工程質(zhì)量的同時促進(jìn)整個建筑行業(yè)的發(fā)展。由此可見，強(qiáng)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計就顯得尤為必要。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題及措施

2.1場地選擇的相關(guān)問題及措施

高層建筑所選的場地應(yīng)盡可能地在具有較強(qiáng)抗震性能的場地進(jìn)行，從根本上確保建筑物自身的抗震性能。這就需要結(jié)合工程實(shí)際需要，對工程所在地的地震情況進(jìn)行科學(xué)全面的分析，切實(shí)掌握工程地質(zhì)資料，從而更好地、綜合地評價其是否對抗震有利和不利。從而盡可能地選擇有利抗震的地段，將不利于抗震的地段避開，若無法避開，也應(yīng)注意在危險地段嚴(yán)禁建設(shè)甲乙丙類高層建筑，并切實(shí)強(qiáng)化對其的控制。這里的有利地段主要包括巖石地基、堅硬土地、中硬土地且開闊平坦而又密實(shí)。而不利地段則主要是指軟土、液化土以及斷層破碎帶等。而危險地段主要是在出現(xiàn)地震之后可能出現(xiàn)崩塌、滑坡、泥石流和地裂以及地陷等災(zāi)害的地段。建筑場地的選擇直接與間結(jié)構(gòu)的抗震系數(shù)有關(guān)，所以必須在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中強(qiáng)化場地的選擇。

2.2建筑結(jié)構(gòu)體系選擇的相關(guān)問題及措施

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，只有確保所選的建筑結(jié)構(gòu)體系的合理性，才能確保所選的結(jié)構(gòu)方案的合理性，從而對整個方案的經(jīng)濟(jì)性和安全性帶來影響。因而在對建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行確定時，應(yīng)盡可能預(yù)防出現(xiàn)由于主要構(gòu)件和結(jié)構(gòu)破壞之后使得結(jié)構(gòu)的抗震性能低下，并考慮重力荷載自身的承載性能。所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡可能地確保其具有一定的贅余度，在地震情況下，即便部分構(gòu)件的作用失去之后，其他的構(gòu)建也能承擔(dān)豎向的荷載，形成多道防線，從而有效的預(yù)防出現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的情況。其次是結(jié)構(gòu)體系的計算簡圖必須明確，同時地震作用的傳力途徑必須合理的設(shè)置，因為所布置的豎向構(gòu)件因豎向重力的荷載而使得其壓應(yīng)力與實(shí)際之間的壓力相當(dāng)，在布置樓屋的蓋梁時，就應(yīng)盡可能地確保垂直的重力荷載始終是最短的路徑將壓力傳遞給豎向的構(gòu)件，同時在布置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時，則應(yīng)確保上部的豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件所傳遞的垂直荷載在轉(zhuǎn)換層的作用下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。而在此基礎(chǔ)上就必須明確抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)體系，利用框架、筒體和剪力墻以及支撐組成整個抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，并盡可能地確保其連續(xù)貫通，當(dāng)其豎向存在變化時，還應(yīng)確保整個變化均勻緩慢。而結(jié)構(gòu)體系自身則應(yīng)具有較強(qiáng)的承載性能和抗變形能力，從而確保地震能量得到有效的消耗。例如鋼筋砼結(jié)構(gòu)，由于其在塑性內(nèi)力分布能力方面較強(qiáng)，所以其在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。最后還應(yīng)確保整個結(jié)構(gòu)體系剛強(qiáng)度合理，尤其是在剛度分布時，應(yīng)預(yù)防由于局部削弱和突變而產(chǎn)生薄弱的部位，導(dǎo)致應(yīng)力集中的情況出現(xiàn)，同時框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計時嚴(yán)禁節(jié)點(diǎn)破壞，若存在薄弱部位還應(yīng)將其抗震性能提升。

2.3建筑平面布置的相關(guān)問題及措施

在對建筑的平面和平面進(jìn)行布置時，必須確保其與抗震概念和設(shè)計原則相符，所以一般采取規(guī)則的方案進(jìn)行布置，同時結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定，若平面和豎向不規(guī)則，亦或是平面和豎向不規(guī)則，那么此類建筑結(jié)構(gòu)就應(yīng)采取空間結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計算，而如果建筑結(jié)構(gòu)的凹凸不規(guī)則和樓板局部不連續(xù)，則應(yīng)采取與實(shí)際剛度變化相符的模型進(jìn)行計算。而在薄弱部位則應(yīng)將其與內(nèi)力增大系數(shù)相乘，同時根據(jù)有關(guān)規(guī)定分析其彈塑變形。所以為了確保建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則，就應(yīng)確保建筑主體的抗側(cè)力構(gòu)件的主軸剛度較為接近，且變形特性較為相似，但是如果其豎向構(gòu)件斷面變化較為均勻時就嚴(yán)禁出現(xiàn)突變的情況。而在對其進(jìn)行平面布置時，則應(yīng)確保相同方向的主軸的每個抗側(cè)力構(gòu)件的剛度的均勻性，從而更好地確保其周邊結(jié)構(gòu)剛度協(xié)調(diào)的同時其抗扭剛度較大，預(yù)防由于建筑和強(qiáng)風(fēng)的扭矩作用導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形，避免因此導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性的構(gòu)件破壞。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，我們必須確保整個建筑平面規(guī)則的布置。

2.4建筑結(jié)構(gòu)類型選擇的相關(guān)問題及措施

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，常見的結(jié)構(gòu)類型較多，有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、型鋼-混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等。所以我們應(yīng)在實(shí)際中結(jié)合實(shí)際需要和抗震要求對結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行科學(xué)合理的確定。一般而言，由于鋼筋混凝土自身強(qiáng)度高延性也很好，所以此類結(jié)構(gòu)形式的高層建筑物不僅具有較強(qiáng)的抗變形能力，同時具有較強(qiáng)的承載力，所以在抗震能力方面較高。因而對于建筑結(jié)構(gòu)方案的確定，應(yīng)緊密建筑功能發(fā)揮和抗震的需求合理的選擇其類型。而就抗震這一視角來看，在確定結(jié)構(gòu)類型時，必須考慮結(jié)構(gòu)側(cè)移度，尤其是在高層建筑中，對需結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)還應(yīng)加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計，利用轉(zhuǎn)換層將結(jié)構(gòu)上部荷載傳遞到穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到提升。

2.6抗震設(shè)計方面的相關(guān)問題及措施

抗震設(shè)計也是整個高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容之一。在進(jìn)行抗震設(shè)計中，采用的是強(qiáng)柱弱梁的思想，這樣就能更好地滿足抗震的目的，。這一思想的核心是當(dāng)柱遭受破壞時，將導(dǎo)致建筑物傾覆，而梁遭受破壞時，只有部分區(qū)域失效。相較于梁的破壞，柱的破壞帶來的損害更大。所以必須在抗震設(shè)計中注重這一思想的貫徹。特別是豎向構(gòu)件的抗剪切能力，盡量避免在設(shè)計中出現(xiàn)短柱，當(dāng)無法避免時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施，如全長加密箍筋或加型鋼柱等。

2.7設(shè)計人員的相關(guān)問題及措施

作為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)有關(guān)專業(yè)技術(shù)知識的學(xué)習(xí)，在日常工作中認(rèn)真分析和總結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計的不足，并在設(shè)計過程中緊密結(jié)合工程實(shí)際，對建筑結(jié)構(gòu)的類型、建筑物的位置進(jìn)行科學(xué)合理的確定，同時盡可能地強(qiáng)化設(shè)計的質(zhì)量。與此同時，未來我國在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中勢必會遇到更多的困難，因而在實(shí)際設(shè)計中還應(yīng)切實(shí)強(qiáng)化現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，在設(shè)計過程中不斷的提高結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，才能更好地實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)化。此外，未來的建筑更加趨于智能化和低碳化，所以在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中還應(yīng)考慮因此帶來的環(huán)保問題和資源浪費(fèi)等方面的問題，所以我們必須對其進(jìn)行優(yōu)化和完善，才能促進(jìn)整個設(shè)計行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.結(jié)語

綜上所述，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項十分系統(tǒng)而又復(fù)雜的工作。所以在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，作為設(shè)計人員，應(yīng)充分意識到自身在整個設(shè)計中的作用，同時結(jié)合高層建筑工程的特點(diǎn)，在整個建筑工程中不斷的提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，尤其是應(yīng)掌握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)，加強(qiáng)對其問題的處理和優(yōu)化，才能更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計出高水平的高層結(jié)構(gòu)，既具安全性又有經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

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