高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題及對(duì)策分析

周 勁

高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，要做好全面的把控，提出高質(zhì)量的設(shè)計(jì)方案，保障建筑結(jié)構(gòu)性能達(dá)標(biāo)。設(shè)計(jì)工作的開展，從多個(gè)方面入手，做好結(jié)構(gòu)水平力和穩(wěn)定性等指標(biāo)的把控，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為建筑施工提供高質(zhì)量方案。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)特征

高層建筑最為明顯的特征就是高度較高，這使得建筑結(jié)構(gòu)會(huì)受到水平、豎直等方向傳來(lái)的荷載，且在抗震等級(jí)上也有著較高要求。對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，中低檔位置受到風(fēng)力和荷載的影響相對(duì)較小，但是隨著高度的增加，其受到風(fēng)力和荷載的影響也將逐漸增大，進(jìn)而產(chǎn)生一定的剪切力，在外界不良因素的影響下，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的位移，降低建筑安全性。所以在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要綜合考量多方面因素，以加強(qiáng)設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循的原則

2.1 結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)良

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求保證建筑設(shè)計(jì)的可行性和經(jīng)濟(jì)性，具體的設(shè)計(jì)方案要合理，同時(shí)結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)形式要更具可行性。在同一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單元中，盡量避免出現(xiàn)多種類型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系，結(jié)構(gòu)體系受力要明確，并深入分析各種可能的影響因素。針對(duì)于結(jié)構(gòu)方案中的一些重要問(wèn)題要加強(qiáng)與專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，以此來(lái)保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性。

2.2 注重設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)性

建筑空間布局與人們的正常使用有著緊密的聯(lián)系，協(xié)調(diào)性是提高建筑使用舒適度的一個(gè)重要話題，如果建筑與房屋立體結(jié)構(gòu)、平面設(shè)計(jì)之間缺乏關(guān)聯(lián)性，那么建筑內(nèi)部構(gòu)造也就變得雜亂無(wú)章，在這種情況下設(shè)計(jì)人員須重視相互之間的影響，提高空間利用效率，在布局上展現(xiàn)更多的功能價(jià)值，實(shí)現(xiàn)全局協(xié)同的效果。如在進(jìn)行墻體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮內(nèi)部空間布局下用戶的生活需求，墻體與立柱位置需進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)，整個(gè)結(jié)構(gòu)給人一種簡(jiǎn)單、舒適的設(shè)計(jì)思想，并實(shí)現(xiàn)立體、平面布局的協(xié)調(diào)性。

2.3 計(jì)算簡(jiǎn)圖的合理性

計(jì)算簡(jiǎn)圖對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)具有極為重要的意義，其直接關(guān)系到高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算公式及結(jié)構(gòu)構(gòu)造方式。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)如果選擇的計(jì)算簡(jiǎn)圖不恰當(dāng)，必然會(huì)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性帶來(lái)較大的影響。因此在針對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證計(jì)算簡(jiǎn)圖的合理性和準(zhǔn)確性，這樣才能確保高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性。在具體選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，需要保證誤差在可控范圍內(nèi)，從而為高層建筑施工質(zhì)量起到重要的保障作用。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

3.1 消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

高層建筑裝修中使用的可燃性材料相對(duì)較多，這為火災(zāi)事故的發(fā)生創(chuàng)造了條件。受到高層建筑自身結(jié)構(gòu)特征的限制，消防結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中存在一定的復(fù)雜性，消防系統(tǒng)的運(yùn)行存在諸多阻礙；高層建筑中隨著層高的增加，受到的風(fēng)力也就越大，空氣流通速度較快，一旦發(fā)生火災(zāi)，上層建筑的火勢(shì)會(huì)快速蔓延，威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全；對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電梯等設(shè)施無(wú)法正常使用，且建筑內(nèi)部人員數(shù)量眾多，這為人員疏散帶來(lái)了困難，再加上很多消防設(shè)施的高度無(wú)法滿足高層建筑需求，救援工作的開展受到阻礙，導(dǎo)致傷亡和損失的增大。

3.2 地基設(shè)計(jì)存在問(wèn)題

地基設(shè)計(jì)需要以所處地形為依據(jù)進(jìn)行，確保地基能夠契合地形[3]?，F(xiàn)階段，很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在地基方面并不合理，與所處地形間差異較大，嚴(yán)重阻礙后續(xù)施工。同時(shí)設(shè)計(jì)無(wú)法契合地形也影響穩(wěn)定性。很多設(shè)計(jì)人員是以勘測(cè)人員提供的地形資料為導(dǎo)向展開結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此相較于實(shí)際地形可能存有誤差，也可能會(huì)忽視與地基相關(guān)的細(xì)節(jié)問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)人員不僅需要以地形資料為基礎(chǔ)加以設(shè)計(jì)，還應(yīng)考慮實(shí)際地形，可以到現(xiàn)場(chǎng)展開考察，從而深入把握地形情況。對(duì)于部分可能對(duì)設(shè)計(jì)造成影響的地形加以重點(diǎn)考察。

3.3 扭轉(zhuǎn)問(wèn)題

扭轉(zhuǎn)問(wèn)題的產(chǎn)生主要是由于高層建筑三心設(shè)計(jì)存在偏離，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)在水平力影響下出現(xiàn)不同程度的扭曲震動(dòng)，降低建筑安全性。高層建筑的三心指的是質(zhì)量中心、剛度中心和幾何中心這三項(xiàng)。所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要對(duì)三心進(jìn)行合理把控和計(jì)算，減少偏差的產(chǎn)生。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決策略

4.1 合理計(jì)算與應(yīng)用計(jì)算簡(jiǎn)圖

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要以計(jì)算簡(jiǎn)圖的計(jì)算作為重要依據(jù)。由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會(huì)涉及到配筋率、構(gòu)件尺寸及建筑物高度等問(wèn)題，這些問(wèn)題都離不開準(zhǔn)確的計(jì)算，在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中還需要合理選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖，以此來(lái)保證計(jì)算模型或是計(jì)算簡(jiǎn)圖能夠與實(shí)際工程狀況相符。對(duì)于高層建筑而言，其對(duì)于結(jié)構(gòu)荷載承受力、抗震能力及其他功能、性能等都具有較高的要求，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員會(huì)受到諸多因素的影響，特別是需要合理計(jì)算和應(yīng)用計(jì)算簡(jiǎn)圖，從而保證計(jì)算過(guò)程和計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度。

4.2 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化可以從四方面來(lái)實(shí)現(xiàn)，一是科學(xué)選址。高層建筑的選址需要做好前期勘察作業(yè)，了解區(qū)域的地質(zhì)情況，地殼運(yùn)行狀態(tài)以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征等內(nèi)容，保證建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少沉降等問(wèn)題的產(chǎn)生。二是建立有限元模型。該模型的建立主要是幫助設(shè)計(jì)人員分析高層建筑的抗震性能，加強(qiáng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)的準(zhǔn)確性，從而提升建筑的抗震等級(jí)，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)承載能力。三是合理應(yīng)用減隔震設(shè)計(jì)。在對(duì)重要建筑、超高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可通過(guò)減隔震設(shè)計(jì)來(lái)提升抗震水平。利用減隔震支座、阻尼器等設(shè)備，完善結(jié)構(gòu)的橫向抗震性能，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期，避免與地震災(zāi)害產(chǎn)生共振現(xiàn)象。四是選擇合適的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)建筑功能性合理選擇結(jié)構(gòu)形式，增強(qiáng)其穩(wěn)定性，增大抗扭能力。

4.3 施工前需要針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)做到嚴(yán)密設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)單位需要將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)置于所有設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的首要位置。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能夠有效指導(dǎo)建筑施工，對(duì)于建筑質(zhì)量也有著較大影響。因此設(shè)計(jì)單位需要以實(shí)地情況為導(dǎo)向組建專業(yè)設(shè)計(jì)隊(duì)伍，在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)之前做好周密計(jì)劃。由于我國(guó)地質(zhì)條件有著較強(qiáng)的復(fù)雜性，因此設(shè)計(jì)隊(duì)伍必須結(jié)合相關(guān)資料與實(shí)地考察來(lái)明確自然環(huán)境，并對(duì)地質(zhì)災(zāi)害等進(jìn)行重點(diǎn)考察。對(duì)于可能的地質(zhì)災(zāi)害需要于圖紙上重點(diǎn)標(biāo)出。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要摒棄掉以往“經(jīng)驗(yàn)型”的理念，建筑施工各環(huán)節(jié)均需要根據(jù)相關(guān)圖紙開展，并預(yù)防可能的施工誤差。

4.4 高層鋼筋混凝土建筑上部結(jié)構(gòu)的合理選擇

在高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)提高對(duì)建筑上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視程度，嚴(yán)格遵守結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，合理確定建筑剪力墻結(jié)構(gòu)布局，同時(shí)要對(duì)建筑梁柱節(jié)點(diǎn)的具體剪力強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算分析，從而對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案加以優(yōu)化。同時(shí)設(shè)計(jì)人員要充分考慮高層建筑工程的具體功能和用途，既要保證高層建筑上部結(jié)構(gòu)荷載以及連接的穩(wěn)定性和安全性，又要滿足其功能發(fā)揮的實(shí)際需要，從而提高高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

4.5 合理設(shè)計(jì)地基與基礎(chǔ)

地基的設(shè)計(jì)必須要與施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、地理環(huán)境緊密地結(jié)合在一起。地基設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮基礎(chǔ)拉梁結(jié)構(gòu)，如通過(guò)增加基礎(chǔ)配筋促進(jìn)拉梁結(jié)構(gòu)與整個(gè)地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提高。地下室設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可以采用褥墊處理方法來(lái)提升地下室的穩(wěn)定性，防止地下室出現(xiàn)大面積裂縫。隨著建筑高度不斷增加、高層建筑物不斷增多，地基設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性顯得越來(lái)越重要。地基建設(shè)過(guò)程中，除了需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件進(jìn)行綜合考慮外，還必須充分考慮地下水對(duì)地基的影響，要根據(jù)地下水位的實(shí)際情況，優(yōu)化地基設(shè)計(jì)。只有這樣才能保證地基設(shè)計(jì)的合理性，提高鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，城建進(jìn)程不斷深入推進(jìn)了建筑業(yè)發(fā)展。高層建筑需要重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于建筑整體的重要意義。設(shè)計(jì)單位應(yīng)明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)伴有的地基、結(jié)構(gòu)搭配、結(jié)構(gòu)縫設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題，并針對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題總結(jié)相關(guān)對(duì)策。設(shè)計(jì)單位基于實(shí)地情況、建筑要求組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在保證質(zhì)量的前提下，契合多方需求，為推進(jìn)房屋建設(shè)、提升建筑質(zhì)量夯實(shí)基礎(chǔ)。