高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不足及解決措施

劉斯 劉焦

摘 要：隨著城市的不斷發(fā)展，城市土地資源變得越來越緊張。為了能充分利用土地資源，高層建筑不斷涌現(xiàn)，并在我國的建筑市場(chǎng)上快速發(fā)展。然而高層建筑由于其本身的高度原因，因此，對(duì)其建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有這更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，一旦高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在較大的缺陷，將可能引發(fā)重大的安全事故。本文針對(duì)目前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的不足進(jìn)行了探討，并對(duì)進(jìn)一步加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，提供了相應(yīng)的措施和建議。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；解決措施

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與設(shè)計(jì)原則

1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

高層建筑與一般的建筑最重要的不同在于其荷載承受力的不同。高層建筑不僅需要承受縱向的重力荷載，還需要承受外界風(fēng)力的橫向荷載。其次，與一般的建筑相比，高層建筑在發(fā)生地震時(shí)，往往不能快速有效的疏散人群。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)需要具備一定的抗震能力，確保在地震時(shí)可以提供給人們更多的疏散時(shí)間。

此外，隨著高層建筑層數(shù)的增加，建筑物的層間位移往往會(huì)變大。而當(dāng)建筑側(cè)移過大的時(shí)，則會(huì)使人感到強(qiáng)烈的不適，還容易造成建筑結(jié)構(gòu)的損壞。因此，在實(shí)際的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了有效的減少建筑的側(cè)移，需要將建筑側(cè)移控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)，確保建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件都能滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。

1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，首先需要遵循的設(shè)計(jì)原則是提高混凝土設(shè)計(jì)的質(zhì)量。提高混凝土設(shè)計(jì)的質(zhì)量，是滿足建筑需要的基本，可以有效的提高建筑的安全性。同時(shí)還需要相應(yīng)的安全理念對(duì)施工進(jìn)行引導(dǎo)，確保施工的安全。其次，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要滿足實(shí)用性功功能原則。隨著現(xiàn)代人生活質(zhì)量的不斷提高，對(duì)美的事物有了進(jìn)一步的追求，也因此對(duì)高層建筑物提出了更高的要求。這就需要設(shè)計(jì)者在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要注入更多的元素，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)調(diào)，從而確保高層建筑的功能可以充分的展現(xiàn)。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的不足

2.1 均衡關(guān)系不合理

一個(gè)具有合理均衡關(guān)系的高層建筑，其裙房和主體之間的尺度空間偏移應(yīng)在合理的數(shù)值內(nèi)。為了使均衡關(guān)系可以達(dá)到合理的狀態(tài)，設(shè)計(jì)師必須對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行充分清楚的規(guī)劃，并對(duì)相應(yīng)的建筑規(guī)模做準(zhǔn)備。然而目前很多設(shè)計(jì)師在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，并沒有對(duì)高層建筑和城市道路進(jìn)行均衡的布置，導(dǎo)致在一定程度上破壞了高層建筑與周圍地理環(huán)境之間的兼容與和諧關(guān)系。

2.2 高層建筑消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)范

高層建筑的內(nèi)部是通過多元化的結(jié)構(gòu)組合而成，其建筑結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，而在其中需要考慮的一個(gè)重點(diǎn)問題就是對(duì)不同建筑材料的使用。比如可燃性的材料往往極易發(fā)生火災(zāi)，如果在高層建筑中不恰當(dāng)?shù)氖褂迷摬牧?，將?huì)帶來嚴(yán)重的后果，并且由于高層建筑本身高層風(fēng)力過大，一旦發(fā)生火災(zāi)，會(huì)使得后果進(jìn)一步的惡劣化。因此，設(shè)計(jì)者在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)具有相應(yīng)的消防意識(shí)，對(duì)高層建筑消防結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)，并要充分考慮對(duì)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵主體的防護(hù)。

2.3 高層建筑結(jié)構(gòu)的高度問題

高層建筑的高度本身就比一般建筑要高出很多，其安全性相比一般的建筑物要弱。但有些企業(yè)一味的追求利益的最大化，往往會(huì)將高層建筑的高度做到相關(guān)規(guī)定的極限，還會(huì)在具體的施工中作假。比如某些開發(fā)商為了不突破所要求的限制高度，往往會(huì)在設(shè)計(jì)稿中壓縮層高，但在實(shí)際建筑過程中卻還是按照壓縮前的高度進(jìn)行施工。這樣的行為會(huì)使得高層結(jié)構(gòu)中，起控制作用的不再是豎向的重力荷載，而要求了更多的橫向下承載力，這對(duì)高層結(jié)構(gòu)的安全埋下了隱患。

此外，由于高層建筑過高，對(duì)其抗震能力也具有了更高的要求。但目前在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，雖然采取了相應(yīng)的抗震措施，但是卻沒有對(duì)地震所帶給高層建筑的破壞度進(jìn)行預(yù)測(cè)。使得抗震設(shè)計(jì)不完善，在發(fā)生地震時(shí)，其危險(xiǎn)性往往會(huì)超出抗震措施的抵抗性。

2.4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系不合理

目前高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和建造的過程中，往往會(huì)過于追求建筑外表的美觀，而對(duì)忽略建筑內(nèi)部的結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化。這樣的設(shè)計(jì)和建造會(huì)嚴(yán)重的違反高層建筑的規(guī)范要求，影響整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，使得高層建筑在實(shí)際使用的過程中，往往會(huì)受到極大的承受載荷。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不足的解決措施

3.1 對(duì)基礎(chǔ)方案進(jìn)行綜合考慮

基礎(chǔ)方案對(duì)于保證建筑的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能和安全性能具有重要的作用，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要充分的確保其科學(xué)性。在考慮基礎(chǔ)方案的過程中，要合理計(jì)算簡(jiǎn)圖，采取一定的構(gòu)造方法并控制計(jì)算誤差在一定的范圍內(nèi)，確保計(jì)算簡(jiǎn)圖的科學(xué)性以及其經(jīng)濟(jì)上的合理性。

3.2 設(shè)計(jì)相應(yīng)的消防結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)相應(yīng)的消防結(jié)構(gòu)的過程中，設(shè)計(jì)工程師首先應(yīng)減少對(duì)易燃材料的使用，從而降低火災(zāi)發(fā)生的可能性。其次，設(shè)計(jì)工程師的過程中，應(yīng)擴(kuò)大建筑結(jié)構(gòu)之間的距離，避免建筑之間相隔過近，致火災(zāi)危害的加深。此外，設(shè)計(jì)工程師需要建立良好的疏散系統(tǒng)，確保在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人員可以利用疏散系統(tǒng)進(jìn)行逃脫，減少人員的傷亡。

3.3 注重對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)

在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，必須對(duì)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分的重視。尤其是對(duì)于某些地震頻的地區(qū)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算。同時(shí)，在某些非頻發(fā)地震區(qū)的高層建筑，也需要對(duì)抗震結(jié)構(gòu)加以考慮，并采取相應(yīng)的措施手段，確保高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。此外，由于高層建筑隨著樓層的增高，其本身結(jié)構(gòu)的柔性也會(huì)不斷加大，因此，在實(shí)際發(fā)生地震時(shí)，這樣的結(jié)構(gòu)特性會(huì)使其出現(xiàn)較大的變形，從而發(fā)生倒塌事件。為了避免這樣倒塌事故的發(fā)生，在對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中必須采用一些合理的抗震措施，比如確保建筑結(jié)構(gòu)具有較好的延性，使得建筑結(jié)構(gòu)可以抵抗一定的變形，從而提升高層建筑的穩(wěn)定和安全。

3.4 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)分析及計(jì)算

由于目前較常使用的計(jì)算軟件種類較多，其各自的計(jì)算模型與計(jì)算方法也存在著一定的差異，造成各種軟件最終計(jì)算結(jié)果往往各不相同。為了避免不同軟件計(jì)算結(jié)果的不同而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)帶來重大影響，因此，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的過程中必須從建筑本身的類型出發(fā)，根據(jù)其相應(yīng)的類型選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算軟件和模型，并且可以對(duì)不同軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的分析，選擇恰當(dāng)有效的結(jié)果作為實(shí)際建筑的數(shù)據(jù)依據(jù)。

此外，在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)分析及計(jì)算的過程中，必須重視對(duì)設(shè)計(jì)人員綜合素質(zhì)的要求，確保設(shè)計(jì)人員可以有效的使用這些計(jì)算軟件，從而實(shí)現(xiàn)高層建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)性、安全性、規(guī)范性。

4 結(jié)語

高層建筑的增多是目前城市發(fā)展的必然趨勢(shì)，是解決城市人口擁擠的重要方式。但由于高層建筑結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，與其設(shè)計(jì)的高難度性，造成高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在著諸多不足。而對(duì)這些不足加以改善與防范，對(duì)于提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、規(guī)范性具有重要意義。

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