高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段存在的問題和措施分析

陳茹 冒圣明

摘要：近年來(lái)，城市人口的數(shù)量正在不斷增加，城市建筑用地緊缺問題日益突出，因此高層建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)在當(dāng)前城市建設(shè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。本文主要分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段存在的問題，并結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)在特征尋找行之有效的解決策略，從而進(jìn)一步促進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);問題;解決措施

高層建筑能夠有效緩解當(dāng)前社會(huì)城市建筑用地緊缺的問題，從而為人們提供更多的生活和娛樂場(chǎng)所。但是在開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作實(shí)踐中，仍然有一些現(xiàn)實(shí)存在的問題，影響了高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。因此相關(guān)部門必須對(duì)當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段存在的問題以及具體的優(yōu)化措施有一個(gè)清晰全面的認(rèn)識(shí)，從而為高層建筑各項(xiàng)性能的有效提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、建筑不規(guī)則問題以及優(yōu)化措施

為了切實(shí)優(yōu)化高層建筑的安全性、合理性、經(jīng)濟(jì)型以及使用性，高層建筑應(yīng)盡可能滿足簡(jiǎn)單規(guī)則、門窗上下沖齊以及豎向受力構(gòu)件上下連續(xù)布置等基本要求。但是在當(dāng)前建筑行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，高層建筑正在呈現(xiàn)出多樣化和個(gè)性化的發(fā)展趨勢(shì)，其建筑平面的復(fù)雜程度正在不斷加大。與此同時(shí)，為了切實(shí)滿足效防要求以及建筑使用要求，工作人員在開展高層建筑設(shè)計(jì)工作的具體實(shí)踐中，其建筑平面會(huì)出現(xiàn)不同程度的凹凸或者不規(guī)則現(xiàn)象。當(dāng)該建筑遭受地震災(zāi)害的侵襲時(shí)，凹口位置以及其他薄弱部位的應(yīng)力就會(huì)相對(duì)集中，因此更容易出現(xiàn)開裂以及倒塌現(xiàn)象。針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)人員在高層建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)盡可能避免凹凸和不規(guī)則的設(shè)計(jì)。如果必須出現(xiàn)凹凸和不規(guī)則設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)切實(shí)優(yōu)化樓板雙層雙向的配筋，并加大樓板雙層雙向配筋的整體面積，同時(shí)增加適宜范圍內(nèi)的樓板厚度，在凹口的位置設(shè)置有效的配筋拉梁，從而進(jìn)一步提高高層建筑的抗震性能[1]。除此之外，當(dāng)前高層建筑的外立面造型也更加豐富多樣。在這種情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)中可能會(huì)存在疊合錯(cuò)洞墻的不良現(xiàn)象。對(duì)于疊合錯(cuò)洞墻而言，它的應(yīng)力計(jì)算、應(yīng)力分布以及整體構(gòu)造均具有較大的復(fù)雜性，并且其傳力途徑也較為混亂，這在很大程度上影響了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和可靠性。針對(duì)這種現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)在特點(diǎn)和使用需求，將疊合錯(cuò)洞墻轉(zhuǎn)換為大洞口剪力墻，切實(shí)提高洞口的規(guī)則程度，并利用加氣混凝土砌塊對(duì)門窗洞口的多余部分進(jìn)行有效填充，從而進(jìn)一步明確墻肢和連梁的傳力路徑，同時(shí)設(shè)計(jì)人員還可以通過(guò)彈性平面有限元的手段開展設(shè)計(jì)工作和校核工作，從而進(jìn)一步優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

二、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理問題以及優(yōu)化措施

在正常情況下，高層建筑會(huì)采用具有良好整體性的基礎(chǔ)形式，該基礎(chǔ)形式主要包括樁基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)以及處理地基家筏板基礎(chǔ)。科學(xué)合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，不僅能夠切實(shí)提高上部結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，同時(shí)還能進(jìn)一步優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)的傳力途徑。工作人員在開展高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的具體實(shí)踐中，要對(duì)地基的整體情況進(jìn)行全面勘察，并綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和可行性等各種因素的影響。在當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展過(guò)程中，建筑用地較為緊缺，因此在開發(fā)高層建筑的具體實(shí)踐中，一些抗震性能一般或者不利于抗震的土地仍然被用于高層建筑開發(fā)建設(shè)，軟土、液化土、濕陷性黃土、地下水位較高以及塌陷區(qū)等不良地基的應(yīng)用比例不斷加大，這在很大程度上影響了高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的后續(xù)施工以及正常使用均有非常不利的影響[2]。因此工作人員在開展高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要對(duì)地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行全面分析，并結(jié)合自身的施工經(jīng)驗(yàn)以及當(dāng)?shù)氐脑牧瞎?yīng)，切實(shí)優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性、安全性以及經(jīng)濟(jì)性，有效避免基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理造成的各種不良現(xiàn)象。與此同時(shí)，工作人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中也要切實(shí)考慮高層建筑的抗震性能，并根據(jù)液化土層的實(shí)際情況采取行之有效的措施。

三、上部結(jié)構(gòu)模型不合理問題以及優(yōu)化措施

在開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作實(shí)踐中，上部結(jié)構(gòu)模型扮演著非常重要的角色，該模型的準(zhǔn)確性直接影響著高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。高層建筑具有一定的系統(tǒng)性和復(fù)雜性，如果設(shè)計(jì)人員對(duì)高層建筑的工藝流程缺乏全面的了解，或者設(shè)計(jì)人員在工作過(guò)程中出現(xiàn)一些人為失誤，那么就會(huì)導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)模型的科學(xué)性和合理性，這在很大程度上影響了高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。與此同時(shí)，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件操作的過(guò)程中，如果設(shè)計(jì)人員對(duì)模型參數(shù)缺乏清晰的認(rèn)識(shí)，那么其模型參數(shù)可能就會(huì)出現(xiàn)輸入錯(cuò)誤的不良現(xiàn)象。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，設(shè)計(jì)人員在開展同一高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可能會(huì)使用到多個(gè)軟件系統(tǒng)，這些軟件系統(tǒng)的參數(shù)規(guī)定可能會(huì)存在差異，這對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)水平和綜合素養(yǎng)提出了更高層次的要求。比如YJK和PKPM兩種軟件在嵌固端參數(shù)填寫上就存在著較大的差異，當(dāng)嵌固端都在基礎(chǔ)頂面上，YJK嵌固端躲在層號(hào)填寫為0，PKPM嵌固端所在層號(hào)填寫為1，其嵌固部位的選擇存在著不合理現(xiàn)象[3]。在這種情況下，設(shè)計(jì)人員要將地下室的頂板設(shè)置為結(jié)構(gòu)嵌固端，并且其約束邊緣的構(gòu)件也沒有必要延伸到基礎(chǔ)頂面上。在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)高層建筑上部結(jié)構(gòu)模型的實(shí)際情況，準(zhǔn)確判斷地下室頂板是否可以被設(shè)置為結(jié)構(gòu)嵌固端。

四、安全隱患問題以及優(yōu)化措施

高層建筑往往會(huì)帶有地下車庫(kù)，但是由于各種因素的影響，近年來(lái)高層建筑地下車庫(kù)垮塌事故頻繁發(fā)生，這對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了巨大的威脅。在開展高層建筑結(jié)構(gòu)施工的具體實(shí)踐中，部分使用人員卻大良好的安全意識(shí)，將大量的建筑砂土堆積在地下室頂板上，加之部分地區(qū)在開展高層建筑施工的過(guò)程中會(huì)遭遇雨季，導(dǎo)致地下室頂板的實(shí)際荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)荷載，這在一定程度上增加了高層建筑施工的安全隱患。因此設(shè)計(jì)人員在開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作實(shí)踐中，一定要對(duì)地下室頂板的堆載荷載進(jìn)行明確規(guī)定，將嚴(yán)禁超載進(jìn)行特別注明，充分考慮綠化消防車施工荷載并設(shè)置一定的賦予空間，在施工圖紙上將綠化消防查進(jìn)行明確標(biāo)注，同時(shí)在技術(shù)交底的過(guò)程中對(duì)這些安全隱患進(jìn)行再次強(qiáng)調(diào)[4]。除此之外，部分甲方單位為了降低高層建筑的施工成本，將地下室的層高進(jìn)行壓縮，因此該高層建筑地下室的上部并沒有主樓部分，目前這種無(wú)梁樓蓋的結(jié)構(gòu)形式深受甲方單位的喜歡和青睞。但是對(duì)于這種高層建筑結(jié)構(gòu)而言，它的冗余度相對(duì)較低，大量的堆土對(duì)導(dǎo)致較大的面外變形，并且該高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能相對(duì)較差，當(dāng)嵌固端位于地下頂板的位置時(shí)，水平方向的地震波會(huì)在很大和層度上增加面外變形，從而使其遭受非常嚴(yán)重的破壞，進(jìn)而造成地下車庫(kù)垮塌的不良現(xiàn)象。針對(duì)這種情況，工作人員在開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體實(shí)踐中，要在主樓的適宜范圍內(nèi)應(yīng)用梁板式結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用無(wú)梁樓蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)全面落實(shí)各項(xiàng)驗(yàn)算工作，并根據(jù)實(shí)際情況做好強(qiáng)化措施。當(dāng)高層建筑施工現(xiàn)場(chǎng)地下水位相對(duì)較高時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行必要的抗浮設(shè)計(jì)，并合理抗拔樁、抗浮錨桿以及加大配重等方式。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員要對(duì)停止降水的時(shí)間進(jìn)行明確標(biāo)注。比如設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行抗浮計(jì)算的過(guò)程中，要切實(shí)考慮地下室頂板覆土的影響，并在設(shè)計(jì)中明確標(biāo)磚必須在地下室頂板覆土施工后應(yīng)立即停止降水操作，同時(shí)設(shè)計(jì)人員還要在交底過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行再次強(qiáng)調(diào)，從而有效減少施工人員工作疏忽造成的安全隱患[5]。

五、平面系統(tǒng)圖內(nèi)容不全面問題以及優(yōu)化措施

在開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體實(shí)踐中，平面系統(tǒng)內(nèi)容不全面主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：其一，部分立管未能有效設(shè)置編號(hào)，而是用建筑軸線號(hào)來(lái)代替編號(hào)。其二，部分供暖平臺(tái)圖未能標(biāo)注水平干管的管徑以及定位尺寸。其三，部分通風(fēng)空調(diào)平面圖未能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備編號(hào)和定位尺寸。其四，部分公共建筑設(shè)計(jì)未能完成廚房通風(fēng)以及供暖工作。針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)人員必須結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)的使用需求，切實(shí)提高自身的專業(yè)水平和職業(yè)素養(yǎng)，不斷完善平面系統(tǒng)圖的相關(guān)內(nèi)容，從而進(jìn)一步優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)，為后續(xù)施工的高效開展提供良好的先決條件。

結(jié)語(yǔ)：

目前，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段存在的問題主要包括建筑不規(guī)則問題、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理問題、上部結(jié)構(gòu)模型不合理問題、安全隱患問題以及平面系統(tǒng)圖內(nèi)容不全面問題等多個(gè)方面，這些問題在很大程度上影響了高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，并且還可能會(huì)降低高層建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此設(shè)計(jì)人員在開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要對(duì)這些問題進(jìn)行深入分析，并根據(jù)分析結(jié)果尋找行之有效的解決措施，從而將高層建筑結(jié)構(gòu)的隱患問題扼殺在萌芽狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

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