高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)的問題及解決方法研究

■劉青松 ■萍鄉(xiāng)市建筑設(shè)計院，江西 萍鄉(xiāng) 337000

我國向城鎮(zhèn)化邁進的同時，高層建筑開始了快速的發(fā)展，建筑的類型，規(guī)模與功能更加復(fù)雜化，在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，充分體現(xiàn)出了多樣化、理想化的發(fā)展優(yōu)勢。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的多樣化，不單單是和建筑物的審美價值、功能價值不可分割，還與建筑物本身的安全可靠與舒適性能等各方面性能緊密相關(guān)。對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行優(yōu)化、完善等工作，在高層建筑的建設(shè)中起到重要作用，對于建筑的綜合性能也具有深遠影響。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點

高層建筑結(jié)構(gòu)在自然的作用下，受到許多因素的影響和考驗。高層建筑物最顯著的特點就是樓層多，建筑物本身較高。因此，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，水平力是決定性因素，側(cè)移是重要的控制指標(biāo)。

高層建筑物在承受垂直方向產(chǎn)生的重力荷載的同時，還要受到自然風(fēng)引起的水平方向的壓力和自然災(zāi)害的影響，比如地震。地震對高層建筑的影響一般較大，對高層建筑結(jié)構(gòu)的承載力有較高的要求。低、多層建筑結(jié)構(gòu)受風(fēng)荷載的影響較小，但是風(fēng)荷載對高層建筑的影響很大。對高層建筑產(chǎn)生影響的外界因素主要包括地震災(zāi)害和自然風(fēng)引起的水平方向的荷載。當(dāng)建筑物增加高度的時候，高層建筑上部將會發(fā)生不同程度的擺動位移，并且隨建筑高度增加而加大，過大的側(cè)向位移不但影響居住者的舒適度，還會使建筑物的使用壽命與信譽受到影響，甚至對建筑的地基和結(jié)構(gòu)造成破壞。因此，在進行高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作時，設(shè)計人員要考慮到建筑由于水平方向載荷引起的側(cè)移，并控制側(cè)移在規(guī)定的限度之內(nèi)。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計常會出現(xiàn)的問題

高層建筑是建筑行業(yè)成熟發(fā)展的杰出產(chǎn)物。高層建筑是根據(jù)樓層高度來劃分的，并因國家不同而異，我國規(guī)定的高層建筑是指樓層不少于10層或者按高度計算不低于24m的建筑物。

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的問題，對于建筑的可靠性有很大影響。首先是消防方面的問題，這就要考慮消防結(jié)構(gòu)的設(shè)計。高層建筑在施工時有一定的繁瑣性與困難性，想要保證高層建筑結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜多樣，設(shè)計人員就要在功能結(jié)構(gòu)設(shè)計方面進行規(guī)劃。首先在選用功能材料時，為避免或減少火災(zāi)情況的發(fā)生，工作人員必須選擇合適且安全的材料，嚴(yán)禁易燃材料的使用。由于高層建筑自身特點，使得建筑間空氣流動性較低，風(fēng)力較低層建筑更大，因此一旦發(fā)生火災(zāi)后果將非常嚴(yán)重。除此之外，高層建筑的層數(shù)增多時，會延長火災(zāi)發(fā)生時人員的疏散時間，從而加大了消防設(shè)計的難度。一般的消防設(shè)計，比如消防門，消防栓，防火墻等結(jié)構(gòu)，在高層建筑結(jié)構(gòu)中是不可或缺的，為了更好的完善建筑的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計，還要考慮火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣排出處理系統(tǒng)，煙氣的排放量直接影響到火災(zāi)的蔓延情況。

其次是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震方面的問題。因為抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計是整個高層建筑設(shè)計中較難實施且相對薄弱的部分，而高層建筑本身具有的復(fù)雜性，使得地震一旦發(fā)生，就會出現(xiàn)許多不確定因素的影響，和不和估量的破壞，因此建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，絕對不能忽視地震發(fā)生所帶來的巨大破壞性，必須掌握一定的減震、避震的原理。不僅如此，設(shè)計人員在設(shè)計過程中必須對抗震參數(shù)進行精確的核算分析，確?？拐鸾Y(jié)構(gòu)設(shè)計的數(shù)據(jù)無誤。高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計如忽略地震結(jié)構(gòu)的重要性，將造成建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計方面失效，并且降低建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，甚至威脅到高層建筑居民的人身安全和財產(chǎn)安全。

最后是抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，在高層建筑的設(shè)計中，自然風(fēng)是不可避免的影響，因此高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計不得不重視抗風(fēng)性能。設(shè)計人員在進行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一定要了解建筑材料的抗壓性，尤其是風(fēng)壓帶來的載荷。因為高層建筑的樓層較高，雖然可以起到擋風(fēng)的作用，但當(dāng)建筑周圍的氣流發(fā)生變化時，建筑間會產(chǎn)生風(fēng)洞效應(yīng)，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致旁邊高層建筑的主體結(jié)構(gòu)破壞、玻璃幕墻因強烈振動破裂、外部掛件掉落和建筑墻體毀壞的現(xiàn)象。這對于高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及居住者的人生安全是非常不利的。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的解決方法

對于以上高層建筑產(chǎn)生的問題，針對消防方面，首先要優(yōu)化消防結(jié)構(gòu)的設(shè)計。為確保建筑居民的人身財產(chǎn)安全，消防設(shè)計理念以防為主，也可以設(shè)置消防應(yīng)急措施，確保最大程度的消防安全。消防設(shè)計中防火間距很重要，一定要根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進行合理設(shè)置。還要根據(jù)建筑所在地的地形條件進行設(shè)計，以提高該高層建筑與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。為了避免火災(zāi)發(fā)生時產(chǎn)生的人員疏散問題，一定要設(shè)置合理的疏散通道、防煙區(qū)和緊急避難場所。一要考慮防火墻、防火門和防排煙設(shè)備的設(shè)計，設(shè)計有效合理并且安全可靠的消防結(jié)構(gòu)，以降低高層建筑的破壞程度，保證居住者的人身財產(chǎn)安全。

對于地震方面的設(shè)計，主要是要優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)?？拐饐栴}，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的地位是不可小覷的。高層建筑本身的高度，使得其建筑要求較高，要優(yōu)化設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件位置，使得結(jié)構(gòu)壓力均勻分給每個構(gòu)件，不會出現(xiàn)承壓不均而導(dǎo)致地震時的嚴(yán)重破壞。對于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件也要考慮其材料的安全性能。高層建筑的地震結(jié)構(gòu)設(shè)計，最重要的是對地基的選擇與設(shè)計，地基是建筑的根本，一旦發(fā)生破壞，上部結(jié)構(gòu)將無所依靠。因此在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須重視地基的設(shè)計，優(yōu)化其抗震能力，設(shè)計出既節(jié)省材料又安全可靠的地基。以確保建筑物有足夠的強度和剛度抵抗地震的危害。在確保地基的強度后，還要考慮剪應(yīng)力的問題，采取強柱弱梁、加強梁柱節(jié)點抗震構(gòu)造措施、設(shè)置抗震墻等措施來抵抗水平剪力。建筑物在此基礎(chǔ)上還要考慮對稱性和穩(wěn)定性，盡量減少地震災(zāi)難的影響。

最后是抗風(fēng)方面的問題，對策是優(yōu)化抗風(fēng)結(jié)構(gòu)。抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計要綜合考慮多種因素，確保建筑物的抗風(fēng)能力?？癸L(fēng)結(jié)構(gòu)中對其結(jié)構(gòu)進行基礎(chǔ)的設(shè)計時要保證在風(fēng)荷載作用下的穩(wěn)定性。確保地基穩(wěn)固的重要性不僅在抗震中有所體現(xiàn)，對抗風(fēng)載也起到重要作用。減振體系在高層建筑中的應(yīng)用受到廣泛歡迎，減震系統(tǒng)可以減少風(fēng)荷載對建筑物的影響，減振系統(tǒng)的選材將起到巨大作用，因為有些阻尼材料的應(yīng)用將大大提高高層建筑的抗風(fēng)能力。要嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計抗風(fēng)結(jié)構(gòu)，采取措施減小風(fēng)力在建筑物上的疊加和增強，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，以減小普遍且危害頗多的風(fēng)壓破壞，為建筑物的安全性能提供安全保證。

4 結(jié)束語

在高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，消防結(jié)構(gòu)、抗震以及抗風(fēng)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化后，高層建筑物的使用壽命將有所提高，使居住者能夠舒適、安全地享受高層建筑帶來的好處。對于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題仍有待探究，科學(xué)合理的按照相關(guān)要求進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定實際意義。

［1］陶忠，張耀春，韓林海等．關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計的初步探討［J］．哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報，2010(33):20 －25．

［2］曾凡柏．探討高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題［J］．中華民居，2011(11):452－453．