高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析探討

韓玲

摘要：在高層建筑設(shè)計工作中，結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項重要內(nèi)容，該項工作的合理性會直接對整個建筑物的安全效果和質(zhì)量產(chǎn)生影響。在新形勢下，隨著人們對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求越來越高，結(jié)構(gòu)設(shè)計也成為了高層建筑項目建設(shè)中的一項重點工作。鑒于此，本文就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析展開探討，以期為相關(guān)工作起到參考作用。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;控制思路

1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則分析

組成高層建筑的結(jié)構(gòu)種類比較多，不同的構(gòu)造發(fā)揮的效果也不同，結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的具體落實，應(yīng)該嚴(yán)格遵循以下原則：（1）多道防線原則。安全性問題是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作重點關(guān)注的一項問題，因此，在實際落實結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的過程中，需要嚴(yán)格遵循多道防線原則，也就是在高層建筑受到外部作用而出現(xiàn)損壞的時候，其他構(gòu)件仍然能夠發(fā)揮支撐作用，這樣一來就能夠有效緩解高層建筑損壞可能對內(nèi)部人員產(chǎn)生的傷害。（2）剛?cè)岵瓌t。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剛性原則主要強調(diào)的是建筑結(jié)構(gòu)的剛度，剛度越強其穩(wěn)定性越高。柔性原則是要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與現(xiàn)代社會居民的審美一致[1]。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作要點

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計計算工作

（1）計算建筑荷載。建筑荷載主要包含了內(nèi)部荷載和外部荷載這兩個部分，其中，外部荷載主要有地下水荷載、施工荷載、人防荷載、地震荷載以及風(fēng)荷載等。然而，內(nèi)部荷載指的是建筑結(jié)構(gòu)自身的裝修荷載、自重荷載以及使用荷載等。在計算建筑結(jié)構(gòu)荷載的時候，必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求，使用不同的總永久系數(shù)以及組合值系數(shù)，準(zhǔn)確計算不同情況下的荷載組合情況。（2）構(gòu)件的試算。計算完荷載之后，需要計算建筑構(gòu)造，該項工作的開展應(yīng)該嚴(yán)格按照計算標(biāo)準(zhǔn)以及施工要求來試算構(gòu)件面積。（3）計算內(nèi)力。在確定了構(gòu)件的荷載值以及截面之后，就需要計算建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力主要包含扭距、彎矩、拉力以及軸心壓力等。（4）計算構(gòu)件。構(gòu)件的計算，需要充分結(jié)合規(guī)范性要求以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力，限制構(gòu)件的生產(chǎn)，比如，要充分考慮到跨高比、剪跨比、撓度以及裂縫等影響因素[2]。同時，還需要進(jìn)一步復(fù)核構(gòu)件的試算，確保其與相關(guān)規(guī)范要求一致。如果不滿足要求，就需要重新布置或者適當(dāng)調(diào)整構(gòu)件的截面，直到其滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2各個階段的設(shè)計方法

對于結(jié)構(gòu)的計算，需要嚴(yán)格按照施工方案階段的結(jié)構(gòu)體系以及結(jié)構(gòu)形式來確定，結(jié)構(gòu)的計算方法也需要選用相關(guān)規(guī)范規(guī)定的方法。根據(jù)工程項目的實際情況選擇合適的計算方法，能夠全面保障計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。比如，對于樓板的計算，會涉及到塑性計算法、彈性計算法以及彈塑性計算法，因此，需要相關(guān)工作人員根據(jù)實際情況來選擇相應(yīng)的計算方法，只有這樣才能夠全面保障計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和合理性。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計控制思路

3.1抗震設(shè)計控制思路

我國城鎮(zhèn)化的建設(shè)發(fā)展，為了能夠有效緩解城市中的用地壓力，出現(xiàn)了越來越多的高層建筑物，而且高層建筑的建設(shè)規(guī)模也在逐漸擴大。在實際落實高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的過程中，必須充分結(jié)合高層建筑自身所在區(qū)域，如果是地震頻發(fā)區(qū)，就會對建筑投入使用之后的牢固性以及安全性產(chǎn)生威脅。因此，對于高層建筑的設(shè)計，必須根據(jù)高層建筑的抗震要求進(jìn)行。如果再實施結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的過程中，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)了問題，一旦有地震發(fā)生，就會對建筑的安全性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，從而很容易造成巨大的生命財產(chǎn)損失[3]。因此，對于高層建筑抗震性能的設(shè)計，必須嚴(yán)格按照建筑物的結(jié)構(gòu)要求采取避震以及減震措施，并且還需要準(zhǔn)確核算抗震參數(shù)，保障建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計的合理性和科學(xué)性。

3.2抗風(fēng)設(shè)計控制思路

顧名思義，高層建筑的樓層多，對風(fēng)力的震動比較敏感，因此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的開展，必須充分結(jié)合建筑物自身的抗風(fēng)要求。在高空中，高層建筑的層數(shù)很容易形成風(fēng)力干擾，對自然界風(fēng)向的自然流動產(chǎn)生影響，而且，隨著樓層逐漸增高，其承擔(dān)的風(fēng)力也會越來越大，危險系數(shù)也會隨之增加。高層建筑會影響到自然界的風(fēng)向流動，從而改變風(fēng)的動力效應(yīng)以及流動效應(yīng)，進(jìn)而對高層建筑產(chǎn)生動力荷載。因此，設(shè)計人員必須明確高層建筑的抗風(fēng)性能。首先，需要掌握構(gòu)成建筑物的施工材料自身的抗壓性能，尤其是材料對風(fēng)荷載的承受能力。其次，高層建筑除了具有樓層阻擋自然風(fēng)向而產(chǎn)生的動力荷載之外，一旦建筑物周邊的氣流發(fā)生變化，也會由于受到相鄰建筑物高度數(shù)量以及樓間距的影響，從而產(chǎn)生狹管效應(yīng)，最終破壞建筑物的外部結(jié)構(gòu)。因此，設(shè)計人員設(shè)計工作的開展必須充分考慮到這一點[5]。要結(jié)合樓頂?shù)淖畲箫L(fēng)力進(jìn)行考慮，通常情況下，城市中的風(fēng)力在6～7級的時候，由于受到狹管效應(yīng)的影響，高樓之間的瞬間風(fēng)力能夠達(dá)到12級。因此，設(shè)計人員需要充分考慮到影響高層建筑風(fēng)力荷載的因素，以免破壞相鄰的高層建筑主體結(jié)構(gòu)，從最大限度保障高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。

3.3消防設(shè)計控制要點

一般情況下，高層建筑的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，而且很多高層建筑的功能也存在著很大的差異，建筑物的材料用量非常多，很多材料具有可燃性的特點。因此，一旦高層建筑設(shè)計不合理，就會增加出現(xiàn)消防隱患的幾率。所以，設(shè)計人員必須嚴(yán)格按照高層建筑的實際要求，合理設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)性能，盡可能全面保障高層建筑在滿足結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜多樣性要求的同時，確保建筑物自身的質(zhì)量和安全。設(shè)計人員對于設(shè)計工作的開展，必須結(jié)合高層建筑物的功能要求選用功能性材料，充分考慮到材料的消防安全性能，盡可能避免使用易燃性材料。除此之外，高層建筑的樓層數(shù)量相對較多，因此，設(shè)計工作的開展除了要考慮到一般建筑物的常見消防設(shè)計之外，同時還需要結(jié)合發(fā)生火災(zāi)時，排煙系統(tǒng)的設(shè)計效果，以此來降低火災(zāi)的進(jìn)一步蔓延。

3.4結(jié)構(gòu)受力性能

建筑設(shè)計人員對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的實施，必須更多考慮到建筑空間的組成特點，詳細(xì)確定建筑物的具體結(jié)構(gòu)。在實際落實建筑設(shè)計工作的過程中，建筑物的底面匯兌建筑物的水平方向的穩(wěn)定以及空間形成豎向穩(wěn)定產(chǎn)生很大的影響，因為建筑物是由大質(zhì)量的構(gòu)件組合而成的，因此，建筑物的結(jié)構(gòu)會傳遞自身重量到地面，結(jié)構(gòu)荷載作用于地面，設(shè)計人員對高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，必須充分考慮到地基土承載力和建筑結(jié)構(gòu)體系向下作用力之間的關(guān)系，也就是高層建筑結(jié)構(gòu)的受力性能，只有這樣才能科學(xué)設(shè)計高層建筑的承重數(shù)量和承重柱。

3.5結(jié)構(gòu)設(shè)計扭轉(zhuǎn)問題

結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題主要是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，沒有將建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)重心、剛度重心和幾何形心匯合在一點，由于受到水平荷載的作用，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)震動現(xiàn)象。面對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的扭轉(zhuǎn)問題，需要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的重心、剛度重心以及幾何形心，盡可能使三心合一。在設(shè)計過程中必須選用科學(xué)的平面布局和結(jié)構(gòu)形式，確保建筑物的三心合一。通常情況下，由于受到水平荷載的影響，高層建筑的扭矩大小取決于建筑物的質(zhì)量分布，為了能夠保證各樓層的水平力沿著平面均勻分布，就需要將建筑平面按方形、矩形、圓形、正多邊形等形式進(jìn)行設(shè)計。

結(jié)語

總而言之，對于高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性以及穩(wěn)定性而言，建筑結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計具有重要意義。因此，在具體落實結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的過程中，必須要嚴(yán)格堅持相應(yīng)的設(shè)計原則，明確設(shè)計要點，基于各個層面有效落實設(shè)計工作，將高層建筑的實際功能充分體現(xiàn)出來，從而使其更加高效地服務(wù)于人民。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭世華.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題分析及對策[J].現(xiàn)代物業(yè)（中旬刊），2019，（09）：81.

[2]李桂蘭，蘇慧珠，楊雷.高層住宅建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[J].中國住宅設(shè)施，2019，（07）：59-60.