高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題與對策

李華

摘? ? 要：隨著國家可利用的建設(shè)用地越來越少，高層建筑成為了“大興土木”時代的主角，“高”是高層建筑的主要特點，“結(jié)構(gòu)安全合理”是高層建筑的根基，“抗震概念設(shè)計”是高層建筑工程的靈魂，隨著人們生活質(zhì)量提升，在質(zhì)變和量變方面使人們對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高要求。在高層建筑工程建設(shè)過程中，要依據(jù)國家高層建筑設(shè)計相關(guān)規(guī)范、抗震規(guī)范、合理的構(gòu)造措施、完善的施工體系、健全的科學(xué)施工管理模式、以及人們對高層建筑使用要求，對高層建筑設(shè)計進行合理結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文主要針對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題與對策進行簡要分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;問題;對策

1? 簡述高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計基本步驟

1.1? 高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計

在高層建筑綜合設(shè)計過程中，要綜合考慮建筑物周邊區(qū)域的各種地形和地質(zhì)的狀況。與此同時，還要考慮建筑物實際荷載的分布、上部結(jié)構(gòu)的主要類型，主體建筑物附近已有建筑物的影響和現(xiàn)有的施工條件，確定采取的施工技術(shù)上可行、經(jīng)濟合理的方案。在實際設(shè)計工作中，應(yīng)充分利用地基的潛力，必要時應(yīng)通過計算確定地基的變形。當(dāng)進入基礎(chǔ)設(shè)計階段時，表明區(qū)域性地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)已經(jīng)形成。如果沒有提前做相應(yīng)的地質(zhì)報告，需要進入實地考察確認(rèn)。當(dāng)然，在現(xiàn)有建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計過程中形成的數(shù)據(jù)可作為該項目的參考。

1.2? 高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計結(jié)構(gòu)體系時，不僅要明確結(jié)構(gòu)的受力情況，而且要盡可能為傳力提供方便。我們應(yīng)該避免在同一結(jié)構(gòu)單元中使用不同的系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)綜合考慮設(shè)計中的基本設(shè)計要求、原材料的實際施工狀況和實際供應(yīng)情況，并與其他學(xué)科進行良好的聯(lián)系和溝通，為結(jié)構(gòu)選型和形成最佳設(shè)計方案打下良好的基礎(chǔ)。從而確定最終的最經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

1.3? 高層建筑結(jié)構(gòu)的計算簡圖

結(jié)構(gòu)的所有計算都需要以計算簡圖為核心。如果設(shè)計過程中使用的計算簡圖不合理，甚至錯誤，會引起結(jié)構(gòu)安全問題。因此，計算簡圖必須具有良好的力學(xué)模型合理性和適用性，這是從根本上保證安全，避免安全問題的關(guān)鍵。考慮到結(jié)構(gòu)節(jié)點不是一個簡單的剛性結(jié)構(gòu)，應(yīng)通過施工措施保證計算簡圖，但誤差應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)。

2? 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題分析

2.1? 結(jié)構(gòu)體系不合理

雖然當(dāng)前我國建筑領(lǐng)域較之過去得到了長足進步，但同時也存在著一定的不足，尤其是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，其中結(jié)構(gòu)體系不合理是主要問題之一。在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須注重結(jié)構(gòu)體系的合理性。我國國土面積大，地形復(fù)雜多樣，部分地區(qū)時常出現(xiàn)較為嚴(yán)重的自然災(zāi)害，因此建筑物必須具備更強的安全性，但根據(jù)實際情況來看，部分高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性、科學(xué)性不足，且在選擇建筑物結(jié)構(gòu)形式前并未詳細(xì)了解相關(guān)情況，進而造成了結(jié)構(gòu)體系不合理的問題。

2.2? 地基與基礎(chǔ)設(shè)計不科學(xué)

在高層建筑工程項目施工開始后，首要任務(wù)便是加強地基建設(shè)。地基的施工對整體高層建筑的安全穩(wěn)定性有關(guān)鍵性影響作用，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須做好地基設(shè)計，且應(yīng)保障地基與基礎(chǔ)設(shè)計相統(tǒng)一，并符合標(biāo)準(zhǔn)。但當(dāng)前部分高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計時可能存在基礎(chǔ)類型選擇不合理的情況，導(dǎo)致地基與基礎(chǔ)設(shè)計在配合度方面有著極大的不足，同時在施工后建筑物可能會出現(xiàn)傾斜、地基沉陷的情況，會極大影響建筑物的整體安全穩(wěn)定性。

2.3? 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計存在較多缺陷

當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中除存在結(jié)構(gòu)體系不合理、地基與基礎(chǔ)設(shè)計不科學(xué)的問題外，還存在著上部結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷問題。在地基及和基礎(chǔ)設(shè)計達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，上部結(jié)構(gòu)相對較為簡便，但設(shè)計人員也應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進行針對性的設(shè)計。上部結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)中，抗震概念設(shè)計及其抗震構(gòu)造設(shè)計是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對維持高層安全性有重要作用，但個別情況下設(shè)計團隊對上抗震概念設(shè)計，抗震構(gòu)造重視度不高，以致存在著一定的缺陷，使得裂縫、倒塌事故發(fā)生率較高。

3? 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

3.1? 重視軸向變形的問題

隨著當(dāng)前建筑技術(shù)的進步，建筑的層數(shù)越來越多。設(shè)計階段是高層建筑項目正式施工前的關(guān)鍵階段，必須重點關(guān)注結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵點，以確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性、合理性。首先，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計圖團隊必須重視軸向變形問題。高層建筑層數(shù)較高，在施工的不斷進行下，來自垂直方向的載荷會越來越大，若在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面未能重視軸向變形問題，便有較大的可能出現(xiàn)正彎矩值提高、連續(xù)梁支座彎矩值下降等情況，進而導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)變形，降低安全穩(wěn)定性。

3.2? 重視結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)延性問題

高層建筑項目的建設(shè)耗時較長，對設(shè)計人員專業(yè)素質(zhì)的要求較高。設(shè)計團隊在設(shè)計時，必須詳細(xì)了解建筑功能項目的用途、施工區(qū)域周圍情況等多方面情況，進而有針對性地選擇結(jié)構(gòu)形式，一般情況下高層建筑的結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種，其中以鋼筋混凝土的應(yīng)用頻率最高，不僅具有良好的經(jīng)濟性，同時在鋼筋混凝土的支持下，高層建筑物的整體結(jié)構(gòu)耐久性、防火性也會得到較大的提升。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須加強對結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)延性問題的重視度。

3.3? 重視荷載與高度問題

高層建筑物在設(shè)計之初便必須以安全第一為基本建設(shè)原則，而影響建筑物整體安全性的主要影響因素便是荷載與高度，高度越高，所需要的材料質(zhì)量越高，同時荷載也會隨之增加，且在我國部分地區(qū)地震、洪澇等自然災(zāi)害發(fā)生率較高，在保障建筑物安全性的前提下還要考慮防震、抗沖擊、防風(fēng)性能。設(shè)計團隊在拿出相關(guān)設(shè)計方案后，相關(guān)管理部門應(yīng)對設(shè)計方案進行詳細(xì)研討或利用現(xiàn)代化信息技術(shù)模擬抗震、抗沖擊，若未能達(dá)標(biāo)，應(yīng)立即改進。

4? 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的對策

4.1? 科學(xué)結(jié)構(gòu)平面布置

當(dāng)前時代背景下，高層建筑物的應(yīng)用越來越多，關(guān)乎著社會發(fā)展及廣大人民群眾的身體健康。在高層建筑物的建設(shè)過程中，設(shè)計階段非常關(guān)鍵，但是由于在設(shè)計中存在著較大的不足，可能會影響高層建筑物的整體安全穩(wěn)定性，要解決其中存在的問題，首先便要科學(xué)結(jié)構(gòu)平面布置。設(shè)計人員在設(shè)計之初，必須具備整體性觀念，詳細(xì)了解建筑物具體用途、建筑地區(qū)具體情況等，并有針對性地開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。

4.2? 合理計算與應(yīng)用簡圖

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，對簡圖的應(yīng)用頻率較高，一般情況下多采用簡圖來計算配筋率、構(gòu)件尺寸、建筑物高度等。高層建筑物機構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜，不僅需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，同時還應(yīng)結(jié)合實際情況，因此計算量非常大。在計算過程中，要著重圍繞結(jié)構(gòu)載荷能力、抗震能力、穩(wěn)定性、安全性等方面進行重點計算，且還應(yīng)結(jié)合建筑區(qū)域地理環(huán)境，做好簡圖計算工作，確保計算結(jié)果的精確度。

4.3? 科學(xué)設(shè)計結(jié)構(gòu)

在高層建筑機構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員必須遵循科學(xué)化原則。當(dāng)前時代背景下建筑技術(shù)理論發(fā)展較快，但能真正被應(yīng)用到實際中的內(nèi)容相對較少，因此建筑理論的滯后性比較強。如當(dāng)前建筑領(lǐng)域?qū)Ω邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的選擇存在著一定的不足，進而較大程度地影響了設(shè)計的進步。鋼筋、混凝土均是建筑結(jié)構(gòu)常用原材料，均有著不同的特點，因此設(shè)計人員應(yīng)加強對建筑結(jié)構(gòu)材料的深入了解，進而更加科學(xué)地進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

5? 結(jié)束語

綜上所述，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計和其它普通建筑區(qū)別很大，這不僅在于對高層建筑結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，還和高層結(jié)構(gòu)的實際受力等因素息息相關(guān)。所以，在實際的項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計者必須綜合考慮高層建筑結(jié)構(gòu)實際受力的結(jié)構(gòu)特點，參考相關(guān)建筑規(guī)范的規(guī)定及施工要求切實做好結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而保證設(shè)計的合理性與可行性，保障整個建筑物的安全和穩(wěn)固。

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