多層大跨超長混合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

丁超

摘要：本文具體分析了大跨度超長建筑結(jié)構(gòu)的特征和優(yōu)勢，并對其設(shè)計中涉及的具體問題進行分析和總結(jié)，為項目設(shè)計和施工提供資料參考。

關(guān)鍵詞：多層大跨度;超長;混合建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計

對建筑進行研究，我們很容易發(fā)現(xiàn)梁、柱承重結(jié)構(gòu)的身影。雖然這些承重結(jié)構(gòu)能夠提升建筑穩(wěn)定性和可靠性，但在一些特殊場合中，這些梁和柱子就會十分礙事。比如說在飛機航站樓、火車站候車廳、大型的工廠、大型倉庫等場所，過多的梁和柱子，就會影響空間的使用率，并且在視覺效果上也比較差。超長結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，解決了這一問題，這種結(jié)構(gòu)的建筑能夠保證結(jié)構(gòu)空間的完整性，視覺效果也十分優(yōu)越，但在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計上需要關(guān)注很多問題。

一、結(jié)構(gòu)解析

（一）結(jié)構(gòu)解析

這種結(jié)構(gòu)的建筑，為何在傳統(tǒng)建筑技術(shù)的背景下沒有呢，關(guān)鍵就在于現(xiàn)代的材料科學(xué)和建筑技術(shù)，給該技術(shù)的實現(xiàn)提供了可能。比如說鋁合金結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，不僅穩(wěn)定性得到了保證，并且其更輕、強度更高的結(jié)構(gòu)也極大的降低了整體重量，保證了結(jié)構(gòu)安全。只是有材料也不行，只憑借人力，是無法完成此類大型結(jié)構(gòu)的安裝工作的，還必須有相應(yīng)的安裝設(shè)備。中國建設(shè)工程機械安裝技術(shù)發(fā)展也十分迅猛，很多大型、重型的安裝設(shè)備都投入了使用，這使得人們可以將這些大型結(jié)構(gòu)預(yù)先制作，現(xiàn)場進行拼接組裝，就好似拼積木一樣的將他們拼接在一起。

（二）技術(shù)難點

該結(jié)構(gòu)雖然在空間利用上面有很大優(yōu)勢，但由于跨度比較大，因而設(shè)計難度較高。設(shè)計難度最大的就是對受力，不僅要考量材料，還需要對其形狀、形變和可能帶來的結(jié)構(gòu)改變來精準(zhǔn)計算。除此之外，施工同樣需要考慮，因為無論什么樣的設(shè)計，都需要具體的施工才能實現(xiàn)，如果在現(xiàn)有的設(shè)備和施工技術(shù)下無法完成的工程，那設(shè)計再精美再精巧也等于無用功。

二、結(jié)構(gòu)特點

（一）結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定

由于該結(jié)構(gòu)跨度大，因而就要對材料和結(jié)構(gòu)進行優(yōu)選，只有確保所有的結(jié)構(gòu)都符合要求，才能保證建筑的最終成功。因此相比于傳統(tǒng)的普通結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由于設(shè)計難度大，對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和計算的準(zhǔn)確性有更精準(zhǔn)的要求，而普通結(jié)構(gòu)難度低，不會進行那么精密的計算，因此從成果上來說，此類結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都比較好。

（二）更高的剛度

剛度是衡量結(jié)構(gòu)在形變作用下抵抗能力的要素，由于此類結(jié)構(gòu)受力十分復(fù)雜，因而對材料和形狀的要求十分具體，要求建筑不僅能夠承載，并能夠具有一定剛度，只有這樣才能在使用中不會產(chǎn)生形變。因此，此類結(jié)構(gòu)在施工中一般會用構(gòu)件進行穩(wěn)定性的固定。

（三）安全要求

越是龐大的建筑結(jié)構(gòu)，越要對地震、風(fēng)等安全影響因素進行綜合性考量和設(shè)計，所以在建筑設(shè)計階段，不僅要對其抗震性能進行整體化設(shè)計。在設(shè)計中要考慮到變形集中的問題，也就是說這種建筑很容易出現(xiàn)穹頂破壞嚴(yán)重的現(xiàn)象，尤其是多層結(jié)構(gòu)中，很容易出現(xiàn)受力的薄弱樓層，這也是地震中受害最嚴(yán)重的地方。

二、設(shè)計施工要點

（一）結(jié)構(gòu)類型選擇

常見的大跨度多層超長結(jié)構(gòu)主要有連接式和并列式兩種結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用中都取得了很好的成績。連接式多應(yīng)用于功能復(fù)雜的建筑設(shè)計中，這是由于連接式的設(shè)計能夠最大的保證實際的建設(shè)和安全要求。并列式則更適用于結(jié)構(gòu)簡單些的對稱式的設(shè)計，因為該類型在受力下其結(jié)構(gòu)能夠進行自我的力學(xué)釋放，所以設(shè)計難度稍小些。另外還有一種支撐式的設(shè)計方案，該結(jié)構(gòu)對材料的要求比較高，剛性比較強大，并且抗震性能會更好一些，防風(fēng)性能也比較優(yōu)越，因此在一些風(fēng)害比較嚴(yán)重，抗震要求高的地方有一定的應(yīng)用。

（二）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)是該建筑的主要受力和荷載系統(tǒng)，因此在設(shè)計的時候?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)的設(shè)計一定要慎重。設(shè)計的關(guān)鍵點就是要做好材料的選擇，并做好受力結(jié)構(gòu)的設(shè)計。除此之外還需要考慮到和基礎(chǔ)的配型，并且將抗震和防風(fēng)設(shè)計都綜合在一起。除此之外，還需要對鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)安裝進行綜合性的全盤考量，確保結(jié)構(gòu)的整體性和連貫性。鋼結(jié)構(gòu)是需要與混凝土結(jié)構(gòu)相連接的，因此連接點的力學(xué)特征也需要細(xì)致的計算。因此其鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計并不是單一的設(shè)計，而是一項綜合性較強的工程。

（三）混凝土設(shè)計

混凝土在該結(jié)構(gòu)中主要承擔(dān)著基礎(chǔ)、連接件的作用，由于該結(jié)構(gòu)整體性比較強，因此混凝土結(jié)構(gòu)也承擔(dān)著比較大的力學(xué)作用。如果混凝土設(shè)計不可靠，出現(xiàn)變形、裂縫等問題，那混凝土出問題的部位的局部受力就會改變，整體力學(xué)的穩(wěn)定性就會受到影響。除此之外，混凝土的剛度、強度和韌性也需要達到標(biāo)準(zhǔn)，因此在混凝土設(shè)計的時候，對于關(guān)鍵的連接部位和受力結(jié)構(gòu)，混凝土的強度、韌性設(shè)計要強于其他未知。除此之外，為了減少混凝土產(chǎn)生裂縫從而影響安全的概率，混凝土設(shè)計還需要考慮到預(yù)應(yīng)力作用。雖然混凝土設(shè)計難度較大，但優(yōu)秀的設(shè)計不僅不會影響整體的安全性和穩(wěn)定性，反而會通過力學(xué)作用從而應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)形變來提升強度。但是對于一些力學(xué)特征不明顯的位置的混凝土，也需要對其無縫設(shè)計進行考量，因為所有的混凝土結(jié)構(gòu)都影響著整體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

（四）溫差分析

對于室內(nèi)外溫差比較大地區(qū)，超長混合結(jié)構(gòu)設(shè)計難度就更大，因為需要考慮內(nèi)外溫差對結(jié)構(gòu)的影響。溫差不僅會影響鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征和剛性，對混凝土的形變量和裂縫問題還有重大影響。對于此類結(jié)構(gòu)，要考慮到溫度作用下的框架內(nèi)力，因為越是大規(guī)模的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力聚集的問題就越嚴(yán)重，對建筑結(jié)構(gòu)安全影響就越大。為了解決這一問題，可以通過在受力位置添加強縱筋或者梁配筋的方式，防治拉伸力給整體結(jié)構(gòu)的影響。對于一些容易產(chǎn)生形變和裂縫的溫差下的混凝土，可以通過增加配筋量來解決問題。而頂板混凝土應(yīng)力形變的問題，則可以通過計算機進行建模分析，對溫差工況進行細(xì)致分析，從而找到最適合的配筋和混凝土配比，提升整體的抗溫差能力。

綜上所述，我國大跨度多層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計能力已經(jīng)比較強大，這得益于我國材料科學(xué)、機械設(shè)備的進步和經(jīng)驗的積累，但作為一種大型的綜合性項目，其設(shè)計仍然是整個項目能否實施的重點，相信隨著技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，該技術(shù)將在國內(nèi)得到更廣泛的應(yīng)用。

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