關于高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的問題與對策探究

易寧湘

摘? 要：高層建筑是我國城市化進程不斷推進的產(chǎn)物，現(xiàn)如今，隨著農(nóng)村人口大量向城市流動，使得城市建筑物與日俱增，高層建筑是城市建設工程中的重要分支，是極其尋常的一種建筑模式。具有結(jié)構(gòu)復雜、建筑高度高、施工難度大等特點，在設計階段必須進行科學地規(guī)劃與安排，優(yōu)化高層建筑工程的結(jié)構(gòu)設計，提高建筑工程的整體性能，有利于順利地開展施工環(huán)節(jié)，推動建筑行業(yè)的健康發(fā)展?；诖?，文章介紹了高層建筑結(jié)構(gòu)設計中常見的問題，提出了幾點應對策略，以期為相關人員提供可靠的參考。

關鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設計;問題;策略

中圖分類號：TU973 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）17-0093-02

Abstract： High-rise building is the product of the continuous progress of urbanization in our country. nowadays， with the massive flow of rural population to the city， urban buildings are growing day by day. High-rise building is an important branch of urban construction project and is also an extremely common building model. With the characteristics of complex structure， high building height and great difficulty in construction， scientific planning and arrangement must be carried out in the design stage， the structural design of the high-rise building project must be optimized， and the overall performance of the building project should be improved. It is conducive to the smooth development of the construction link and promote the healthy development of the construction industry. Based on this， this paper introduces the common problems in the structural design of high-rise buildings， and puts forward several countermeasures， in order to provide reliable reference for relevant personnel.

Keywords： high-rise building; structural design; problem; strategy

在建筑工程中，高層建筑工程的結(jié)構(gòu)在垂直方向的載荷遠超于多層建筑。而垂直載荷指的是高層建筑受到自重的影響在垂直方向產(chǎn)生的載荷量。同時，由于高層建筑工程的結(jié)構(gòu)主體較為龐大，風力的接受面積較大，高層建筑還會受到水平載荷力的影響。此外，高層建筑工程極易產(chǎn)生側(cè)移的問題，側(cè)移程度主要與建筑高度相關。相關的設計師必須在設計階段做好高層建筑的結(jié)構(gòu)設計，最大化地提升高層建筑物的穩(wěn)定性和居住性能。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的突出問題

1.1 超高問題

對高層建筑結(jié)構(gòu)進行設計過程中，必須重視超高問題。充分地考慮樓層的實際高度給整個建筑物的施工質(zhì)量造成的影響，再對建筑結(jié)構(gòu)展開有效地設計。對于高層建筑工程而言，超高問題在設計中是極為常見的。因此，相關工程設計人員有必要根據(jù)建筑物的實際建設要求，全方位地考慮后期使用過程中可能出現(xiàn)的安全問題，確保工程后續(xù)使用的安全性。

1.2 嵌固端設置

嵌固端在我國城市高層建筑結(jié)構(gòu)設計中占據(jù)重要地位，有效地設置嵌固端十分關鍵。然而，在設計中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)有些嵌固端的位置、嵌固端上下層的剛度設計比及處理抗震縫隙方面的問題，大部分設計師會選擇把高層建筑工程的嵌固端設在人防頂板部位/地下室，或者在對嵌固端上、下層剛度比重確定時產(chǎn)生一定的計算誤差。影響了嵌固端自身功能的發(fā)揮，也極易給建筑結(jié)構(gòu)埋下不必要的安全隱患。此外，在設計嵌固端時，有的設計師對抗震縫隙無法進行妥善地處理，使得各個嵌固端之間的協(xié)調(diào)性較差，給高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性均造成不良影響。

1.3 短肢剪力墻設置

短肢剪力墻設置存在問題，會嚴重損害高層建筑工程的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，相關設計人員在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設計的時候，經(jīng)常會增設短肢剪力墻，這一問題既會削弱高層建筑物中短肢剪力墻的抗震性能，又會影響建筑物后期投入使用中的穩(wěn)定性，給高層建筑結(jié)構(gòu)造成極大的安全隱患。一旦受到外界自然災害的襲擾，極易引發(fā)建筑物的安全事故，造成不必要的經(jīng)濟損失及人員傷害。

1.4 扭轉(zhuǎn)問題

在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，扭轉(zhuǎn)問題也是其中不可或缺的問題，該問題目前已上升到全球范圍高層建筑結(jié)構(gòu)設計的核心問題，事關整個建筑物的整個抗風、抗震性能。受到自然地理環(huán)境及條件的影響，在對高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，部分設計人員難以有效地確保建筑物完全對稱，進而易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)問題。設計人員在展開設計工作中，需竭力滿足建筑物的對稱性，提高建筑物的施工質(zhì)量與建筑高度，最大化地規(guī)避扭轉(zhuǎn)問題的發(fā)生。

1.5 受力問題

在對高層建筑施工期間，往往會使用各種類型的大型機械設備，尤其是超高層的建筑物，需要使用的機械設備越多，無形中加大了高層建筑物垂直方向的載荷。若在前期設計中，相關設計人員未能有效地考慮機械設備因素，或使用不達標的施工材料，則極易使高層建筑的主體結(jié)構(gòu)承載力、受力產(chǎn)生問題。

1.6 基礎埋深問題

我國相關部門對高層建筑物的設計標準與建筑規(guī)范已作出詳細地規(guī)定，指出建筑物的埋置深度可為建筑總體高度的1/15-1/18，然而，在實際建筑工程現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，有的承建單位為了最大化地利用土地資源，很多高層建筑的地下部分均為車庫/地下商場，影響了高層建筑主體結(jié)構(gòu)的抗震、抗風性能。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設計問題的應對策略

2.1 選擇科學的建筑結(jié)構(gòu)設計方案

科學地選擇建筑結(jié)構(gòu)設計方案是我國高層建筑結(jié)構(gòu)設計的重要前提。為了確保高層建筑結(jié)構(gòu)設計符合相關的應用要求，相關設計師需根據(jù)實際情況，選擇最佳的結(jié)構(gòu)設計方案，綜合分析各個影響因素。第一，確保高層建筑結(jié)構(gòu)設計方案與國家相關建筑設計文件制度、標準規(guī)范，盡可能規(guī)避對高層建筑予以超高建設;第二，設計師在設計高層建筑結(jié)構(gòu)過程中，還要認真勘察施工現(xiàn)場附近的環(huán)境，并綜合分析現(xiàn)場的實際條件，特別對工程涉及的地下水位、地質(zhì)條件、基礎土層、周邊建筑、風雪荷載等因素予以充分地考慮，結(jié)合現(xiàn)場情況，選擇最合適的建筑結(jié)構(gòu)設計方案，為工程后期投入施工環(huán)節(jié)打下良好的基礎。

2.2 有效地利用計算簡圖

計算簡圖是高層建筑結(jié)構(gòu)設計中有力的數(shù)據(jù)依據(jù)，設計人員在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設計過程中，往往涉及構(gòu)件尺寸、配筋率、建筑高度的確定等實際問題，以上問題的解決必須依靠準確的計算。而計算相關的內(nèi)容，需要有效地選擇、利用計算簡圖，保證相關的計算模型，或者計算簡圖與工程實際情況相符。因高層建筑物對結(jié)構(gòu)的抗震能力、荷載承受力及其他功能與功能提出較高的要求，結(jié)構(gòu)設計也是一項極為繁瑣、細致的工程，設計師在選擇計算簡圖的時候是很困難的，一定要全面考慮高層建筑結(jié)構(gòu)的制約因素，合理地選擇計算簡圖，進而全方位、立體化地確保計算流程及數(shù)據(jù)結(jié)果的精度。

2.3 完善建筑結(jié)構(gòu)設計的性能

第一，應確保高層建筑結(jié)構(gòu)設計的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是所有建筑物最關鍵的性能指標，為了提升高層建筑物的穩(wěn)定性，需考慮很多注意事項，其中，有效地進行嵌固端、短肢剪力墻的設置非常重要;第二，有效地控制建筑結(jié)構(gòu)的水平力，對于高層建筑而言，在某一平面的水平方向，建筑結(jié)構(gòu)受風荷載、地震荷載以及各荷載之間的組合作用影響，易導致建筑物在水平方向發(fā)生很大的位移，所以，在設計的時候，設計師需科學地進行建筑物高度的設置，更好地對高層建筑結(jié)構(gòu)的水平力加以控制;第三，重視高層建筑結(jié)構(gòu)的延性設計。很多高層建筑均帶有防空設置及地下室。以上設置對于建筑工程整體的抗震性、穩(wěn)定性產(chǎn)生不同程度的影響，為了做好高層建筑的延性設計，設計師應有效地把控高層建筑物的嵌固端上下剛性及抗震等級的比例，結(jié)構(gòu)剛度要保持在變形限值區(qū)域內(nèi)，為了控制高層建筑結(jié)構(gòu)的共振現(xiàn)象，在進行結(jié)構(gòu)剛度設置時，要盡可能小，以增強建筑物的抗震性。第四，設計師還要對不同地震水準下構(gòu)件的承載力、變形、剛度結(jié)構(gòu)情況進行考慮。為了提高高層建筑的性能設計水平，增強結(jié)構(gòu)的承載力，僅需準確地找到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和變形能力二者的平衡點，然后展開計算及設計即可。

2.4 扭轉(zhuǎn)問題的處理

高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的扭轉(zhuǎn)問題已成為世界地震工程領域的一項重要課題。通常狀況下，在基礎設計中，要求遵循“規(guī)則、簡單、對稱”的工作原則，盡量促進結(jié)構(gòu)剛度中心和質(zhì)量中心重合。在對施工方案進行設計的過程中，結(jié)構(gòu)專業(yè)要協(xié)同建筑專業(yè)，引用抗震概念設計理念，特別遇到不規(guī)則的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象時，要考慮扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的影響，且在規(guī)定的水平地震力影響下，最大化地維持高層建筑主體結(jié)構(gòu)的對稱性。

2.5 受力問題的處理

設計單位在對高層建筑進行結(jié)構(gòu)設計過程中，要計算高層建筑具體的地基承載力、高度及各個樓層的承載力等，做好地梁承載力的設計工作。特別在施工中各個機械設備的使用數(shù)量。嚴格控制承重柱、承重墻的質(zhì)量結(jié)構(gòu)，保證各個樓層均勻受力。

2.6 基礎埋深的處理

在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，基礎埋深的問題常被忽略，影響了建筑物的整體性能。在進行概念設計的時候，可選擇大底盤多塔結(jié)構(gòu)的計算及設計，把主樓和裙樓視為一個整體，然后，采用后澆施工，降低溫度應力、沉降差異帶來的影響，把地下超高的、地下車庫的剛度折算成覆土厚土，依據(jù)國家有關規(guī)定對埋置深度進行精準計算。

3 結(jié)束語

總之，高層建筑結(jié)構(gòu)需要承受的荷載大，若其穩(wěn)定性、抗震性能未能達到國家相關建筑設計標準，則極易引發(fā)建筑物坍塌、位移等安全問題，給人們的正常生活帶來不便。高層建筑的結(jié)構(gòu)設計是確保建筑整體結(jié)構(gòu)性能、功能穩(wěn)定的重要基礎，設計師應科學地選擇建筑結(jié)構(gòu)的設計方案，根據(jù)實際情況，綜合考慮各方面因素，合理地規(guī)避可能出現(xiàn)的問題，提升建筑物的抗震性、穩(wěn)定性能，提高建筑物的利用價值。

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