高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題及對(duì)策探討

龔良娟

(江西科信建設(shè)有限公司，江西 南昌 330017)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快促進(jìn)了高層建筑的發(fā)展,但目前高層建筑技術(shù)無(wú)論是在設(shè)計(jì)上,還是在建筑技術(shù)上,都有許多技術(shù)問(wèn)題需要考慮和解決。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

目前,我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)材料包括鋼筋混凝土和鋼,由于它們的不同特點(diǎn),在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。另外,這兩種材料都有一定的局限性。如施工不便,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自動(dòng)化程度大,耐火性能差,鋼結(jié)構(gòu)價(jià)格高。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1 設(shè)計(jì)的合理性

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選擇合理的計(jì)算草圖應(yīng)注意設(shè)計(jì)的合理性,選擇更合理的計(jì)算草圖,進(jìn)而提高設(shè)計(jì)效率,確保后期施工標(biāo)準(zhǔn)化。在計(jì)算草圖的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)人員應(yīng)計(jì)算高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一旦數(shù)據(jù)采集不合理,容易導(dǎo)致最終結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,影響后期施工。為保證以后建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全和規(guī)范,設(shè)計(jì)者必須選擇更合理的設(shè)計(jì)方案,并采取相應(yīng)的有效施工方法。在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡量減小誤差,使計(jì)算圖盡可能控制在規(guī)范的范圍內(nèi)。

2.2 科學(xué)確定基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)者需要根據(jù)高層建筑的實(shí)際地質(zhì)條件和其他客觀條件進(jìn)行設(shè)計(jì),科學(xué)地實(shí)現(xiàn)高層建筑的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和荷載分布的綜合分析,以供參考。根據(jù)現(xiàn)有施工條件和周邊環(huán)境,選擇較為科學(xué)合理的基本方案。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化在設(shè)計(jì)中暴露出來(lái)的幾點(diǎn)問(wèn)題

3.1 抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題

抗震設(shè)防目標(biāo)已在抗震規(guī)范中得到證實(shí)。在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,必須根據(jù)不同的地質(zhì)條件合理地考慮和分類(lèi)建筑物的地質(zhì)環(huán)境。此外,高層建筑的設(shè)計(jì)還需滿(mǎn)足設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的延性要求。另外,嚴(yán)格遵守多道設(shè)防的設(shè)計(jì)原則,這種多道設(shè)防原則是為了保證建筑物的穩(wěn)定性,當(dāng)?shù)谝坏婪谰€(xiàn)被破壞時(shí),第二道防線(xiàn)可以發(fā)揮作用,使建筑物不會(huì)倒塌。一次強(qiáng)烈地震發(fā)生了。當(dāng)高層建筑遇到地震時(shí),自身重力的聯(lián)合荷載是高層建筑倒塌的主要原因。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,高層建筑在材料選擇上追求高質(zhì)量、高強(qiáng)度,在充分考慮強(qiáng)度和穩(wěn)定性的前提下,選擇低成本的材料。同時(shí),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)能跟上時(shí)代的步伐,采用現(xiàn)代科技產(chǎn)品,提高自己的設(shè)計(jì)水平,為建設(shè)高質(zhì)量的工程貢獻(xiàn)自己的力量。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

目前,中國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先,我國(guó)主要城市高層建筑的數(shù)量不斷增加,消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)會(huì)在一定程度上造成就業(yè)的復(fù)雜性。同時(shí),這些建筑材料具有一定的可燃性,如果發(fā)生火災(zāi)隱患,高層建筑會(huì)大大降低火災(zāi)控制程度,甚至導(dǎo)致火災(zāi)蔓延危及生命。二是高層建筑抗震結(jié)構(gòu)不合理。在目前我國(guó)大型建筑工程中,高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很容易被忽視。由于抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要一些非常復(fù)雜的步驟,而且施工難度大,造價(jià)高,因此需要考慮很多施工環(huán)節(jié),因此抗震結(jié)構(gòu)正在進(jìn)行中。施工工作量大。目前,我國(guó)高層建筑抗震結(jié)構(gòu)不完善,其主要原因不僅是設(shè)計(jì)水平不到位,而且工作量大,會(huì)使混凝土施工人員產(chǎn)生松弛的心理。最后,我國(guó)高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計(jì)是不合理的。對(duì)于我們以前的多層建筑的設(shè)計(jì),沒(méi)有進(jìn)行更多的防風(fēng)設(shè)計(jì)。但在高層建筑中采用抗風(fēng)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。抗風(fēng)設(shè)計(jì)不僅可以保護(hù)高層墻體蒙皮,防止和控制脫落,而且對(duì)穩(wěn)定性起到一定的作用。

3.3 嵌固端設(shè)置問(wèn)題

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,埋入式端部是一種非常重要的構(gòu)件。目前嵌入式終端設(shè)計(jì)中存在若干問(wèn)題：(1)嵌入式終端位置的選擇存在一些問(wèn)題。一些項(xiàng)目將在地下室或人防工程的屋頂位置設(shè)置嵌入式端。這種設(shè)計(jì)具有一定的安全性問(wèn)題。(2)埋入端的上、下層剛度比設(shè)計(jì)不合理。一旦相應(yīng)的數(shù)據(jù)出錯(cuò),很容易在以后的施工中引起問(wèn)題。(3)細(xì)節(jié)不到位。目前,在實(shí)際的嵌入式設(shè)計(jì)中可以看到,在嵌入式端部的設(shè)計(jì)中存在一些突出的問(wèn)題,而在實(shí)際處理中出現(xiàn)的裂縫的沖突,整體平衡不強(qiáng),影響了整個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)策

4.1 提高建筑物的抗震載荷設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中明確了抗震設(shè)計(jì)目標(biāo),并根據(jù)不同區(qū)域?qū)ㄖ锏目拐鸷奢d設(shè)計(jì)進(jìn)行了合理分類(lèi)。高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要滿(mǎn)足延性要求。此外,建筑物的抗震荷載設(shè)計(jì)遵循設(shè)防原則,而多道防線(xiàn)設(shè)計(jì)則防止建筑物倒塌。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先選擇輕質(zhì)高強(qiáng)度材料,以滿(mǎn)足強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)變形的要求,綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素,選擇質(zhì)量較輕的材料。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)應(yīng)用控制裝置加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)減震的控制,通過(guò)安裝隔振裝置系統(tǒng)形成隔震層,使結(jié)構(gòu)有效延伸,使主體的震動(dòng)反射。建筑物應(yīng)減少,建筑物應(yīng)避免嚴(yán)重?fù)p壞。

4.2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

我國(guó)高層建筑要想提高自身的設(shè)計(jì)水平,促進(jìn)自身企業(yè)的發(fā)展,就必須對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。首先,為了合理地優(yōu)化防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)人員不僅要合理地控制防火結(jié)構(gòu)之間的距離,而且要減少易燃易爆建筑材料的具體使用,從而有效地避免火災(zāi)的發(fā)生。同時(shí),設(shè)計(jì)者還需要在每個(gè)樓層設(shè)置防煙區(qū)和疏散系統(tǒng),一旦高層建筑發(fā)生火災(zāi)等危險(xiǎn),就可以有安全通道和防煙區(qū)等保護(hù)。其次,為了合理地優(yōu)化高層建筑的抗震設(shè)計(jì),需要設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格設(shè)置側(cè)向力分量,以減少地震對(duì)高層建筑的不利影響,提高高層建筑的抗震性能。

缺陷體積的估算：

如果缺陷呈圓球狀,根據(jù)聲波沿著缺陷邊緣傳播,可以估算出圓球 的半徑 r。測(cè)試距離為 l,測(cè)線(xiàn)通過(guò)缺陷中心,聲波傳播時(shí)間為 tm,缺陷附近正常傳播時(shí)間為 tm ,缺陷中心距 構(gòu)件一端為 lh。

令 tf-tm=△t；△t/tm=X(%)；lh/l=Y；r/l=Z

可推導(dǎo)出

根據(jù) X、Y、Z 值可繪出曲線(xiàn),根據(jù)已知的 X、Y 值可查出 Z 值。 規(guī)程中已制成表格供查,由查到的 Z 值計(jì)算缺陷半徑 r=l×Z。如果缺陷 中心在 AB 線(xiàn)中心,則缺陷半徑可由下式計(jì)算：

當(dāng)球形模型位于兩個(gè)聲管之間的連接的中心時(shí),將測(cè)量的聲學(xué)年齡加到公式中,并計(jì)算球的體積。 可以看出,缺陷體積減小,計(jì)算的球直徑和測(cè)量直徑之間的誤差逐漸增加。

4.3 有效滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各類(lèi)性能需求

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中,主要目標(biāo)之一是盡可能滿(mǎn)足各方面的性能要求。只有保證滿(mǎn)足性能要求,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能合理,從而有助于高層建筑后期的穩(wěn)定和長(zhǎng)期使用。現(xiàn)階段,高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)著重滿(mǎn)足以下性能要求：(1)結(jié)構(gòu)延性升級(jí),高層建筑在后期使用中易發(fā)生變形等實(shí)際問(wèn)題,在地震等地質(zhì)災(zāi)害的影響下,高層建筑甚至可能倒塌,因此建筑延展性對(duì)于確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性非常重要。和諧可以提高建筑的整體性能。(2)注意結(jié)構(gòu)水平力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中,應(yīng)充分注意結(jié)構(gòu)的水平力。水平力是實(shí)際設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素,它對(duì)結(jié)構(gòu)的最終影響是直接和多方面的。(3)注意結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。穩(wěn)定性指標(biāo)是評(píng)價(jià)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)置短肢剪力墻等有效措施,將有助于提高高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,確保高層建筑的安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)難度大、技術(shù)要求高、繁瑣的工作。從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮實(shí)際施工及相關(guān)技術(shù)要求,不斷提高自身專(zhuān)業(yè)素質(zhì),確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性,提高識(shí)別質(zhì)量的能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和安全性,分析不同案例,吸取不同項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn),區(qū)分問(wèn)題。選擇最佳治療方案。