高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的問題與對策

呂曉展

摘 要：做好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是保障高層建筑安全質(zhì)量的關(guān)鍵舉措。本文結(jié)合多年工作實踐經(jīng)驗，以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則作為切入點，闡述高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所存在的問題，最后提出優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體對策。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;問題;安全質(zhì)量

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的加快，尤其是在城市用地日益緊張的環(huán)境下，高層建筑成為現(xiàn)代建筑的主要形式。相比傳統(tǒng)建筑模式，高層建筑不僅施工技術(shù)復雜，而且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求日益嚴格，因此優(yōu)化高層結(jié)構(gòu)設(shè)計成為現(xiàn)代建筑設(shè)計者必須要關(guān)注的問題。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須要遵循以下原則：一是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計前期的預算。高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復雜，在建筑施工前必須要做好計算簡圖設(shè)計工作，如果沒有做好前期的簡圖設(shè)計會給后期施工帶來巨大影響，甚至會造成高層建筑出現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理的問題，影響高層建筑的整體質(zhì)量;二是選擇恰當精密計算工具。隨著BIM技術(shù)在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要選擇精密的計算工具，以此確定結(jié)構(gòu)形式和豎向構(gòu)件布置方案。例如在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)條件、施工技術(shù)以及建筑材料等因素;三是根據(jù)地質(zhì)報告相關(guān)數(shù)據(jù)選擇合理的基礎(chǔ)形式。高層建筑結(jié)構(gòu)與地基、建筑負荷分布等有很大關(guān)系，因此在具體設(shè)計時需要合理選擇基礎(chǔ)形式，例如在樁基設(shè)計中，需要考慮到負摩阻力系數(shù)的取值大小。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中所存在的問題

結(jié)合多年實踐經(jīng)驗，雖然基于建筑技術(shù)的日益成熟，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝日益完善，但是我們在看到成效的同時必須要清晰地認識到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所存在的問題：一是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員安全意識有待提升。安全意識是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，雖然在各項制度規(guī)范下，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員不會出現(xiàn)大的設(shè)計問題，但是各種小問題卻層出不窮。由此暴露出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在安全意識控制方面還存在較大的缺陷。例如在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時部分工作人員認為細微的缺陷不會對高層建筑的整體質(zhì)量造成影響，因此其將重點放在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計上，而忽視了建筑材料等因素對高層建筑結(jié)構(gòu)的間接影響;二是忽視地基與基礎(chǔ)問題方面的設(shè)計。高層建筑對地基與基礎(chǔ)設(shè)計要求比較高，但是在實踐中由于設(shè)計人員的忽視等因素導致在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計時并未考慮到荷載作用的影響。例如在筏板基礎(chǔ)設(shè)計時，設(shè)計人員并未考慮到主樓和裙樓范圍內(nèi)的負載偏心問題，結(jié)果導致高層建筑在后期使用中出現(xiàn)局部地基下沉等安全問題;三是超高問題。超高問題是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所存在的主要問題，主要是在設(shè)計過程中設(shè)計人員過度追求高層建筑的整體結(jié)構(gòu)，而忽視了建筑高度對抗震性能的影響。例如根據(jù)調(diào)查目前在高層住宅項目中，設(shè)計人員為了達到預定的抗震要求，滿足項目建設(shè)方的要求，其會采取降低室內(nèi)高度的方式，這樣嚴重影響住宅的舒適度;三是在高層建筑設(shè)計中存在扭轉(zhuǎn)問題。扭轉(zhuǎn)問題主要是由于在建筑設(shè)計中并未重新建筑剛度、整體結(jié)構(gòu)的中心，結(jié)果導致在水平方向?qū)ㄖ┘訅毫υ斐膳まD(zhuǎn)。

三、解決高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的具體對策

基于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中所存在的問題，為了提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體質(zhì)量，我們需要采取以下措施：

1. 提升高層設(shè)計人員的安全意識，增強業(yè)務(wù)能力

為了降低高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，相關(guān)部門要加強對設(shè)計人員的安全教育培訓，提升他們的業(yè)務(wù)能力：一是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計部門要定期組織設(shè)計人員開展學習，掌握最新的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原理知識。例如基于BIM技術(shù)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，相關(guān)部門要及時組織設(shè)計人員學習操作BIM系統(tǒng)平臺的技能，以此提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案水平;二是要加強宣傳教育，提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的安全意識。結(jié)構(gòu)設(shè)計直接關(guān)系高層建筑的整體質(zhì)量，在當前環(huán)境下作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須要樹立較強的安全意識、質(zhì)量控制意識，以嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度做好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

2. 做好地基基礎(chǔ)設(shè)計，準確計算高層建筑的承載力

地基基礎(chǔ)設(shè)計是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容，針對在高層結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)設(shè)計中所存在的問題，設(shè)計人員在設(shè)計時必須要考慮到荷載偏心或者筏板埋深等問題。具體就是在筏板基礎(chǔ)的梁板進行配筋時可扣除底板上梁的自重負荷作用，當四角的反力太大時則要對配筋進行加強處理。如果在高層建筑中采取樁基礎(chǔ)，則需要考慮土沉降對樁身產(chǎn)生負摩阻力的影響，為此在設(shè)計時可以在樁身上涂抹特殊的材料以此降低負摩阻力對承載力的影響，從而提升高層建筑結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。

3. 優(yōu)化結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件平面布置方案，有效解決扭轉(zhuǎn)問題

在設(shè)計結(jié)構(gòu)的過程中，需要保證建筑三心最大化重合，也就是三心在同一點。水平壓力的影響下，高層建筑是否會出現(xiàn)較大的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，與其自身的質(zhì)量有著密切的關(guān)系。因此在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要合理布置剪力墻，盡可能簡化高層建筑結(jié)構(gòu)的布局，在建筑平面采用了L形以及T形等不規(guī)則、復雜形式時，要對凸出部分進行控制，使其厚度與寬度的比值，能夠在所允許的規(guī)定范圍內(nèi)。當然除此之外還要對高層建筑的高度進行控制，避免高層建筑出現(xiàn)超高現(xiàn)象。

4.注重計算簡圖的應(yīng)用

在高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，為了設(shè)計更加精準、科學的配筋，構(gòu)件的尺寸更好地把控，設(shè)計工作人員就要使用計算簡圖。如何獲取精準的測算圖，需要通過運用先進的技術(shù)，在建筑行業(yè)中大范圍的實施。可以應(yīng)用CAD 仿真模擬的軟件，來對建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)作出優(yōu)化改進，科學調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的參數(shù)，這樣才能夠達到最佳設(shè)計的目的，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更加安全、更加科學、更加高效。

總之，基于城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的加快，做好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對提升高層建筑施工質(zhì)量具有重要意義，因此我們要圍繞高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中所存在的問題入手，及時采取完善的防范措施，以此提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。

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