高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題及優(yōu)化措施分析

宋 佳

（山東建大建筑規(guī)劃設(shè)計研究院，山東 濟南 250000）

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則闡釋

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)秀性主要通過安全性、經(jīng)濟性、實用性以及美觀性等多個方面體現(xiàn)出來。一般來講，需借助設(shè)計各環(huán)節(jié)與因素保證建筑物功能的合理有序，增強結(jié)構(gòu)可靠性與安全性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中一般要遵循建筑設(shè)計，不應(yīng)對建筑設(shè)計產(chǎn)生影響，且盡量與建筑功能需求相適應(yīng)。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)處于建筑設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)的范圍，對安全加以把控，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性與合理性目標。要想使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更加實用與安全，就必須明確設(shè)計的基本原則。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題

2.1 抗震問題

高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計一直以來都是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個難點。因為地震屬于自然因素，而每個地區(qū)的抗震設(shè)防烈度不同，計算得出的數(shù)據(jù)也并不是所有地區(qū)都適用，并且計算地震結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)時，存在許多不確定性因素，加之一些設(shè)計人員的靈活性不足，不能很好地完善抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.2 超高問題

高層建筑從本質(zhì)上說，是為了節(jié)約建筑用地，將建筑空間得到最大限度的開發(fā)。我國現(xiàn)行建筑規(guī)范規(guī)定，超過10層且高度＞27m的建筑極為高層建筑，＞100m則為超高層建筑，高層設(shè)計和差高層設(shè)計之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有較大的差別，如果高層建筑超過規(guī)范規(guī)定的線稿，就必須要按照超高層建筑標準進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。在高層建筑設(shè)計中，超高是一種較為常見的現(xiàn)象，主要是由于業(yè)主方過度重視經(jīng)濟利潤，對相關(guān)制度的了解不夠，導(dǎo)致超高問題發(fā)生，甚至有些單位在明知建筑超高，還按照高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范對其進行設(shè)計，以降低建筑成本，獲取更高利潤。這種情況下，超高建筑結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性以承重情況均會發(fā)生變化，超高后不僅影響建筑整體質(zhì)量，同時還導(dǎo)致建筑的抗震性能以及抵御外界環(huán)境影響的能力下降，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來極大的安全隱患。

2.3 設(shè)計中結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題

高層建筑物的高度決定了其在設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)內(nèi)部、外部會受到多種因素的影響，尤其是質(zhì)量中心、剛度中心和幾何中心很難保持在一個統(tǒng)一的位置，造成了高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的安全風險。另外，風荷載的影響，也是造成高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的常見問題，在設(shè)計過程中，要綜合考慮各種因素，改善當前設(shè)計中的不準確、不合理現(xiàn)象，真正提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題的優(yōu)化措施

3.1 規(guī)范防震設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，最重要的目標是提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少地震等自然災(zāi)害對人力、財力的負面影響。因此，在對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案進行提升時，應(yīng)當充分規(guī)劃結(jié)構(gòu)中的防震設(shè)計，著重注意對截面高度的確定和調(diào)整。同時，需要對不同主軸方向和水平方向上的承重柱進行抗震防范分析與計算，充分考慮到整個建筑結(jié)構(gòu)橫縱方向框架的穩(wěn)定作用，不能有失偏頗，避免在實際設(shè)計與施工過程中出現(xiàn)配筋不足的現(xiàn)象。

3.2 結(jié)構(gòu)計算參數(shù)優(yōu)化

在具體設(shè)計中，必須加強對結(jié)構(gòu)計算參數(shù)的優(yōu)化。保證錄入計算機中的結(jié)構(gòu)尺寸、規(guī)格、型號等相關(guān)數(shù)據(jù)都輸入準確，避免發(fā)生計量誤差。此外，尤其是在結(jié)構(gòu)計算參數(shù)選擇時，需要結(jié)合住宅建筑工程結(jié)構(gòu)的特性和實際情況，合理編寫計算程序，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的準確性。在整個住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，不能只憑借計算機軟件技術(shù)分析計算，還要按照計算模型和設(shè)計人員的自身技術(shù)水平，通過“人機相互結(jié)合的方法”保證結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的可靠性。

3.3 科學設(shè)計結(jié)構(gòu)縫

結(jié)構(gòu)縫設(shè)計好壞是影響房屋安全的關(guān)鍵，要充分重視結(jié)構(gòu)縫設(shè)計，對結(jié)構(gòu)縫設(shè)計開展重點研究，提高設(shè)計水平與能力。所以說，相關(guān)的建筑企業(yè)要提高綜合實力，以質(zhì)量為基礎(chǔ)，保證設(shè)計效果。那么，在實際設(shè)計作業(yè)期間，企業(yè)就需要全力投入，不能把眼光放在眼前，要保證房屋質(zhì)量，提高對結(jié)構(gòu)縫設(shè)計的能力，這樣，才能有效保證房屋穩(wěn)定性，避免房屋建筑工程坍塌的情況。相關(guān)設(shè)計人員要以現(xiàn)場為指導(dǎo)，深入施工現(xiàn)場對各種數(shù)據(jù)進行復(fù)核，做好相應(yīng)勘察與分析，在掌握大量科學數(shù)據(jù)的前提下，把握好工程量，做好結(jié)構(gòu)縫設(shè)計。

3.4 創(chuàng)建有限元計算模型

在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要善于合理地應(yīng)用有限元計算軟件。相比國內(nèi)常用的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件PKPM、YJK等采用2D建模結(jié)合3D視圖模型，Sap2000、Madis等真正基于有限元理論的結(jié)構(gòu)計算軟件可更好地對結(jié)構(gòu)內(nèi)力進行分析，更真實地反映實際建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)，得出更準確的結(jié)構(gòu)計算結(jié)果。有限元分析是指利用數(shù)學近似的方法對真實建筑結(jié)構(gòu)及載荷工況進行模擬，將建筑分為一個個簡單而又相互作用的單元，即可用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實建筑的一種分析方法。1）要根據(jù)建筑圖創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型。在模型創(chuàng)建的過程中，要盡量減少模型與實際建筑物之間的差距，盡可能地保證模型的準確性。2）利用有限元計算軟件，對模型的抗震性能進行分析和計算，對模型的抗震性能進行檢測，根據(jù)計算結(jié)構(gòu)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計確保結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3.5 優(yōu)化抗震設(shè)計

設(shè)計建筑抗震結(jié)構(gòu)的時候，要保證數(shù)據(jù)計算的準確，使得承重柱的橫截面積滿足標準要求。為此，在施工建設(shè)前應(yīng)測驗預(yù)應(yīng)力，使其能夠承受特定范圍的外界作用力。在設(shè)計階段，要求支柱、橫梁和剪力墻處于平衡狀態(tài)，以免設(shè)計出現(xiàn)剛度過強的情況，同時要具備變性能力，能夠根據(jù)外力對承受能力加以調(diào)節(jié)，并保護剪力墻，使得建筑抗震能力不斷增強。

3.6 優(yōu)化高層建筑設(shè)計方案，避免超高問題出現(xiàn)

在對高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，需要對施工現(xiàn)場及周邊環(huán)境進行勘察，明確地下水分布、地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況、風雪荷載等，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供可靠的數(shù)據(jù)支持，確保建筑結(jié)構(gòu)符合工程要求及現(xiàn)場實際情況。設(shè)計時需要嚴格按照我國現(xiàn)行設(shè)計標準及規(guī)范對高層建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，合理選擇設(shè)計方案，并驗證其科學性、合理性，在掌握各方數(shù)據(jù)的情況下對設(shè)計方案進行優(yōu)化，避免出現(xiàn)與實際情況不相符的現(xiàn)象，尤其避免超高。因此，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要在建筑高度允許的情況下，精確相關(guān)設(shè)計參數(shù)，為高層建筑施工提供依據(jù)，保證施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

總之，相對其他建筑，高層建筑結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，因此，設(shè)計人員在設(shè)計過程中，應(yīng)更加全面地考慮各方面的影響因素。同時，設(shè)計人員需要充分了解高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特征，遵循高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，善于發(fā)現(xiàn)并采取有效措施解決問題，防止出現(xiàn)質(zhì)量或安全問題。高層建筑的安全性是重中之重，所以，設(shè)計人員不僅需要提高本身的專業(yè)能力，還應(yīng)不斷積累經(jīng)驗，進行創(chuàng)新突破，推進我國建筑行業(yè)的長期、穩(wěn)定發(fā)展。