探析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對(duì)策

夏兵 王雪蓮

摘? ? 要：隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高層建筑數(shù)量越來越多，建筑造型新穎獨(dú)特，建筑高度與規(guī)模不斷增加。在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，會(huì)遇到很多問題和難題，針對(duì)這些問題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合實(shí)際，采取有針對(duì)性的措施對(duì)這些問題進(jìn)行妥善處理。制定科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、實(shí)現(xiàn)計(jì)算簡圖的合理利用、滿足各個(gè)性能的實(shí)際要求等，這樣不僅能夠從根本上為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平提升提供有效保障，而且還能夠延長建筑物的使用壽命。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);問題;對(duì)策

1? 引言

在高層建筑的整個(gè)實(shí)施過程中有很多重要階段，其中以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為最重要的階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中居于核心位置，是保障高層建筑后期使用安全及穩(wěn)定性最關(guān)鍵性因素之一。因此，研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2? 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題

高層建筑在設(shè)計(jì)施工的過程中要嚴(yán)格按照預(yù)先的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，后續(xù)施工的準(zhǔn)行證是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其在整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中有著重要的作用。不難發(fā)現(xiàn)，一個(gè)好的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠顯著提高高層建筑的抗震、抗風(fēng)等能力，這有利于消防安全。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中仍存在一些問題，下面就其進(jìn)行分析。

2.1? 結(jié)構(gòu)體系不合理

當(dāng)前，在高層建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)中存在很多不合理地方，特別是結(jié)構(gòu)力學(xué)體系設(shè)計(jì)方面，導(dǎo)致其自身受力形態(tài)出現(xiàn)問題，最終影響建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗震性能。在高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不同地區(qū)抗震等級(jí)要求有所不同，設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)乜拐鸬燃?jí)要求，合理選擇結(jié)構(gòu)形式，例如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等，此外，還要考慮高層建筑的荷載分布情況。如果在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員沒有對(duì)當(dāng)?shù)鼐唧w情況進(jìn)行分析，盲目照搬照抄其他工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)，沒有對(duì)動(dòng)態(tài)荷載變化情況進(jìn)行分析考慮，將會(huì)直接影響高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效果。

2.2? 高層建筑超高問題

隨著建筑物高度的增加，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)降低，同時(shí)，受到水平荷載和豎向荷載影響較大，抗震性能也會(huì)降低?！犊挂?guī)》及《高規(guī)》都對(duì)高層建筑的高度有著嚴(yán)格要求和限制，高層建筑分為A類和B類，二者的設(shè)計(jì)方法和處理措施都存在較大差異，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，往往會(huì)出現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)層高的變更而忽略高層建筑類別變化的情況，從而導(dǎo)致施工圖審查未能通過，這時(shí)就得重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或者召開專家會(huì)議對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證，這些情況勢(shì)必會(huì)對(duì)建筑工程造價(jià)、工期、成本等造成較大的影響。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須對(duì)高層建筑的超高問題予以重視，并按相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3? 軸壓比與短柱問題

由于高層建筑的整體結(jié)構(gòu)具有塑性特點(diǎn)，假如柱（墻）的塑性變形能力較小，那么整體結(jié)構(gòu)的延性就差，在遇到地震等情況時(shí)，就無法有效的緩解地震作用力，進(jìn)而導(dǎo)致建筑物的整體質(zhì)量受到影響，因此限制柱（墻）軸壓比是保證柱（墻）延性的主要措施。在高層建筑特別是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為滿足規(guī)范對(duì)軸壓比限值的要求，柱截面往往較大，在結(jié)構(gòu)底部常常形成短柱甚至超短柱。眾所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區(qū)設(shè)防烈度或高于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，很容易發(fā)生剪切破壞而造成結(jié)構(gòu)破壞甚至倒塌。為了避免短柱脆性破壞問題在高層建筑中發(fā)生，首先要正確判定短柱，然后對(duì)短柱采取一些構(gòu)造措施，提高短柱的延性和抗震性能。

3? 針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題提出的解決對(duì)策

3.1? 結(jié)構(gòu)方案要合理

在針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的時(shí)候，最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是要與實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合，制定出符合實(shí)際要求，并且具有全面性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，將該方案落實(shí)到實(shí)處，體現(xiàn)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的制定和落實(shí)，不僅能夠?yàn)楹笃谑┕ご蛳铝己没A(chǔ)，而且還能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化狀態(tài)提供有效保障。在多個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中選擇最優(yōu)化方案時(shí)，需要對(duì)各方面因素條件進(jìn)行綜合考量。首先，在針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行制定和落實(shí)時(shí)，必須要保證方案本身能夠達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)的各種標(biāo)準(zhǔn)化要求。盡可能避免設(shè)計(jì)方案與這些標(biāo)準(zhǔn)或者是規(guī)范要求存在沖突;其次，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的制定必須要與實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合，這樣才能夠保證方案的針對(duì)性和有效性，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有效保障。因此，在針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有效落實(shí)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行重點(diǎn)考量。特別是在其中會(huì)涉及到一些施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、地下水位等，這些因素都需要被綜合考量，這樣才能夠最大限度保證設(shè)計(jì)方案的最優(yōu)化。

3.2? 計(jì)算簡圖要準(zhǔn)確

高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)涉及到很多構(gòu)件，這些構(gòu)件本身的尺寸大小、配筋問題等，都會(huì)涉及到相對(duì)應(yīng)的計(jì)算問題。這些計(jì)算數(shù)據(jù)和相對(duì)應(yīng)的信息，具有非常重要的作用，一旦在某一個(gè)計(jì)算環(huán)節(jié)當(dāng)中出現(xiàn)偏差，必然會(huì)直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果受到影響。在針對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行具體計(jì)算時(shí)，會(huì)涉及到計(jì)算簡圖的選擇和利用，因此，在針對(duì)計(jì)算簡圖或者是計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算和具體選擇的時(shí)候，一定要保證簡圖、模型與實(shí)際情況相符和。但是由于現(xiàn)階段在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，其整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程具有一定的復(fù)雜性，所以在很多環(huán)節(jié)和方面，想要真正保證計(jì)算簡圖的合理性和有效性，都具有一定難度。針對(duì)這一現(xiàn)象，需要從各個(gè)方面的條件因素出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行綜合分析，這樣才能夠保證計(jì)算簡圖在選擇過程中的合理性。

3.3? 各種性能要滿足

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終目的是為了滿足高層建筑在后期使用過程中各個(gè)性能的基本需求。只有保證設(shè)計(jì)效果能夠滿足相對(duì)應(yīng)的要求，才可以將其稱之為具有一定科學(xué)性和合理性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)為高層建筑在后期使用過程中的安全性和穩(wěn)定性提供有效保障。在保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)，能夠最大限度延長高層建筑的使用壽命，為人們的日常生活質(zhì)量和水平提升提供有效保障。首先，必須要對(duì)結(jié)構(gòu)本身的延性特征給予一定的重視。延性這一指標(biāo)在制定和具體落實(shí)過程中，其主要是針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和使用過程中出現(xiàn)的變形、倒塌等問題。特別是高層建筑如果遭遇到嚴(yán)重的地震時(shí)，這一特性就顯得尤為重要。其次，高層建筑結(jié)構(gòu)所受的水平力也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的非常重要的一部分。高層建筑結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，即使是在某一個(gè)平面水平方向上，也會(huì)受到各種不同類型的荷載作用影響。

3.4? 構(gòu)造措施要到位

始終牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”設(shè)計(jì)原則;注意構(gòu)件的延性性能;注意對(duì)薄弱部位和薄弱層進(jìn)行加強(qiáng);注意各構(gòu)件內(nèi)鋼筋的錨固長度;考慮溫度應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。除此之外，還應(yīng)注意按均勻、對(duì)稱、規(guī)整原則考慮建筑平面和立面的布置;綜合考慮結(jié)構(gòu)抗震的多道設(shè)防防線;盡量避免結(jié)構(gòu)薄弱層的出現(xiàn);注意結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)下的各項(xiàng)指標(biāo)驗(yàn)算等等都需要結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)作指導(dǎo)，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是保證結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良抗震性能的一種方法。

4? 結(jié)束語

本文通過對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問題及對(duì)策研究和分析，從中可以總結(jié)出高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屬于一種全面性、系統(tǒng)性以及相對(duì)復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員來講，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮到的問題點(diǎn)非常多，這就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不斷的提高自身知識(shí)和業(yè)務(wù)能力，結(jié)合高層建筑工程的具體狀況，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的各種問題進(jìn)行合理分析和科學(xué)判斷，并運(yùn)用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行處理和完善，保證高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李秋嫻.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題及對(duì)策探討[J].居舍，2017（36）：73.

[2] 李春娜.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題與對(duì)策研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（34）：80～81.