城市高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計問題分析

摘 要：近些年來，高層建筑在大城市如雨后春筍成為樓層建筑的主流，高層建筑是利用有限的土地資源，結(jié)合安全性、經(jīng)濟性、合理性等設(shè)計的。本文主要簡單的闡述了高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則，以及在城市高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時要注意的一些問題。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；原則

隨著我國社會的不斷發(fā)展，城市土地的利用率不斷加大，導(dǎo)致越來越多的高層建筑拔地而起。特別是受到國外發(fā)達國家早在上世紀就開始興起的摩天建筑的潛在影響，我國的高層建筑建設(shè)事業(yè)也在不斷取得突破，整體看來，可以說是蒸蒸日上。自古以來，我國在建筑設(shè)計方面就有很多舉世矚目的佳作，有許多建筑設(shè)計在今天看來仍然具有很大的借鑒意義。但是，以往我國的建筑設(shè)計以低層建筑為主，高層建筑的起源時間并不久遠，也是從上世紀末才開始逐漸興盛起來。所以，在高層建筑物的設(shè)計方面，我國的相關(guān)設(shè)計人員可以借鑒的經(jīng)驗并不豐富。高層建筑物的設(shè)計有其自身原則可依，特別是在某些方面，不能將低層建筑物的設(shè)計方法拿來即用，需要完全遵循高層建筑設(shè)計上的某些原則。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要原則

1. 確定合適的基礎(chǔ)方案

在進行總體設(shè)計之前，設(shè)計人員對于基礎(chǔ)設(shè)計方案的選擇，應(yīng)該做好充分的準備工作。通過對施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件、建筑結(jié)構(gòu)類型、荷載分布、周圍建筑以及施工條件等多種影響因素進行全方位掌握，并進行綜合分析，然后確定一種既經(jīng)濟又合理的設(shè)計方案。同時，設(shè)計人員應(yīng)該根據(jù)詳盡的地質(zhì)勘測報告進行基礎(chǔ)設(shè)計，充分發(fā)揮地基潛力，必要情況下可以進行地基變形驗算，以確保基礎(chǔ)設(shè)計既合理又能符合設(shè)計原則。對于同一個結(jié)構(gòu)單元，設(shè)計人員應(yīng)該避免使用兩種不同類型的基礎(chǔ)設(shè)計，以免造成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

2. 選用合適的計算簡圖

由于在建筑設(shè)計中所有的結(jié)構(gòu)計算式是在計算簡圖上展開的，計算簡圖如果選擇不當，就會得到錯誤的計算結(jié)果，最終導(dǎo)致施工方案的錯誤選擇，建筑物的結(jié)構(gòu)安全受到很大影響，嚴重的可能會發(fā)生很多安全事故。所以，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須要保證選擇合適的計算簡圖，這是保證建筑結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定的前提條件，也是重要條件。在設(shè)計中所選用的計算簡圖還應(yīng)該有相應(yīng)的構(gòu)造措施來給予相應(yīng)的保證。理論計算與實際操作總會存在一定誤差，但是不能存在錯誤，并且誤差應(yīng)該在允許范圍之內(nèi)，不能超過最大的限度。在實際結(jié)構(gòu)中，各個部位的節(jié)點不肯能是純粹的某一類型的節(jié)點，所以應(yīng)該將這些差異性充分考慮在內(nèi)，進行設(shè)計。

3. 結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計要合理

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案應(yīng)該進行合理設(shè)計。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案應(yīng)該做到穩(wěn)定、簡捷、經(jīng)濟、規(guī)范，在具體操作中應(yīng)該選擇能夠切實可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。整個結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計應(yīng)該使受力明確，傳力簡捷，避免不必要的累贅的力學(xué)設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，還要充分考慮所選材料性質(zhì)、性價比、用量等方面，通過綜合考量，選擇在各個部位能發(fā)揮最佳作用的材料。在具體的應(yīng)用中還要充分考慮材料之間的力學(xué)穩(wěn)定性和連接性能，以及對地質(zhì)條件的綜合考量等等，將所有方面系統(tǒng)、全面的分析，以便選擇最合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

4. 構(gòu)造措施要合理選擇

合理的構(gòu)造措施能夠在很大程度上提高結(jié)構(gòu)強度，因此在選擇構(gòu)造措施應(yīng)該充分考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，通過對構(gòu)件的延伸性能、薄弱部位、鋼筋錨固程度等等，來選擇相應(yīng)的構(gòu)造措施。在這一過程中應(yīng)該始終牢記強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉原則，此外還應(yīng)該考慮溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)內(nèi)各部件的影響。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨的主要問題

1. 建筑過高

由于高層建筑物除了需要滿足使用功能外，還涉及到抗震功能的需求，因此，建筑物的高度在設(shè)計中都需要根據(jù)有關(guān)規(guī)定嚴格執(zhí)行。目前，我國有關(guān)部門出臺的關(guān)于建筑物的新規(guī)范中，就建筑物的超高問題，比以往有了更加嚴格的規(guī)定，除了將原來的限高設(shè)定為A級高度以外，又增加了B級高度，并且對于超標準高度的建筑設(shè)計的處理措施和設(shè)計方法要求上都有了不小的變動。在實際建筑設(shè)計中，常有一些結(jié)構(gòu)類型改變而忽略了建筑高度的問題，而導(dǎo)致設(shè)計內(nèi)容矛盾重重，沒有通過審查，這樣給工程的正常進行帶來了嚴重影響。

2. 短肢剪力墻的設(shè)計

剪力墻是指在高層建筑物的設(shè)計中為了提高房屋結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度，在其內(nèi)加置的鋼筋混凝土墻體，短肢剪力墻為墻肢截面高厚比例為5～8 之間的墻。在新規(guī)范中，對短肢剪力墻在高層建筑物中的應(yīng)用增加了更多的限制。所以，短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用并不具有很大優(yōu)勢，不僅耗費人力、物力，還需要其他設(shè)計在很大程度上對其給予配合，所以，為了減少不必要的麻煩，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)該盡可能少采用短肢剪力墻。

3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)則問題

由于我國高層建筑的有關(guān)標準規(guī)范隨著高層建筑的大量施工而逐漸變得更加規(guī)范，所以新規(guī)范中許多內(nèi)容相較于舊規(guī)范都更加細化、完善。特別是對于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)則方面，新規(guī)范中就增加了非常多的要求和限制條件。比如，高層建筑物的平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層的剛度比信息等等，應(yīng)該嚴格遵照新規(guī)范來進行相關(guān)設(shè)計。另外，新規(guī)范中還采用了強制性條文明確規(guī)定，“建筑不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的設(shè)計方案”，這樣一來，就要求設(shè)計人員必須嚴格執(zhí)行新規(guī)范的所有條例，以這些條例為基本準則展開合理的高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作。

4. 嵌固端設(shè)計所面臨的問題

在高層建筑物的具體施工過程中，由于實際情況千差萬別，所以嵌固端的設(shè)置方式也有多種選擇。設(shè)計人員在進行建筑結(jié)構(gòu)分析之前，應(yīng)該先確定結(jié)構(gòu)嵌固端的位置，以免在后期施工中產(chǎn)生不便。高層建筑物的嵌固端可以設(shè)置在人防頂板或者地下室頂板等位置，因為高層建筑物通常都帶有二層或二層以上的地下室和人防設(shè)施。但是在此設(shè)置嵌固端，設(shè)計人員往往會忽略某些相關(guān)問題，因為嵌固端的設(shè)置需要處于一個非常穩(wěn)定的環(huán)境，而如果設(shè)計人員在這些地帶沒有采取合理的外加設(shè)計，非常容易帶來安全隱患，或者為后期設(shè)計帶來大量修改工作。

高層建筑物由于其具有一定特殊性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要總體把握基礎(chǔ)設(shè)計與各部件設(shè)計之間的協(xié)同關(guān)系，使各個階段的設(shè)計工作融為一體，并且能夠呼應(yīng)。在具體的設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)該嚴格按照相關(guān)標準規(guī)范操作，在此基礎(chǔ)上，選擇最佳的設(shè)計方案，以提高高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免一系列問題發(fā)生。

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作者簡介

孫秋苓，女，1979年10月，現(xiàn)工程師聘高級工程師。

（作者單位：中建三局集團有限公司建筑設(shè)計院）