高層建筑結(jié)構(gòu)設計的問題及對策探討

徐洪發(fā)

【摘 要】：隨著我國經(jīng)濟建設的不斷發(fā)展，為了緩解人口數(shù)量過多而土地資源又稀缺的問題，高層建筑的數(shù)量隨之增多。由于高層建筑的結(jié)構(gòu)具有較大的變化性和復雜性，在設計中有諸多難點和問題需要解決，以保障高層建筑質(zhì)量的安全性和可靠性。因此，相關設計人員一定要對高層建筑結(jié)構(gòu)設計中所有關鍵點加以研究，從而在保證結(jié)構(gòu)設計合理的前提下，為今后我國高層建筑建設行業(yè)的良性發(fā)展奠定基礎。

【關鍵詞】：高層建筑；結(jié)構(gòu)設計；問題；措施

隨著城市化進程的加快，高層建筑物越來越多，尤其是大城市新建建筑物多為高層建筑。高層建筑的設計建設難度較高，做好其結(jié)構(gòu)設計成為提升高層建筑建設效率和質(zhì)量的關鍵之舉。在高層建筑結(jié)構(gòu)設計方面，一方面要體現(xiàn)出設計的科學性和專業(yè)性，進而使建筑物能夠滿足于公眾的實際需要，另一方面，高層建筑結(jié)構(gòu)設計要體現(xiàn)出安全性，側(cè)重于滿足抗震、抗風等基本功能性要求，確保建筑能夠符合安全建設規(guī)范標準。

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設計原則

首先，制定科學的基礎方案。在高層建筑中，地質(zhì)條件是其結(jié)構(gòu)設計的決定性因素。要提高基礎方案的科學性，需要設計人員準確把握其荷載的分布情況和結(jié)構(gòu)類型，對影響其施工的各種因素進行和綜合分析。其次，明確計算簡圖。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設計中，計算簡圖必須包含結(jié)構(gòu)的計算設計。如果計算簡圖存在問題，就容易導致安全隱患。因此，為了確保高層建筑結(jié)構(gòu)設計的安全性，必須重視這一原則。最后，選擇合適的計算工具。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設計中被廣泛運用，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設計中發(fā)揮了巨大的作用。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設計存在的問題

2.1 短肢剪力墻設置過多

鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，由于其側(cè)向剛度較大，并且可以結(jié)合建筑分隔墻靈活設置，在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中應用廣泛，同時也存在比較普遍的問題。其中一個典型的問題是短肢剪力墻布置過多。剪力墻各肢的肢長與墻厚之比的最大值大于4且不大于8的墻體定義為短肢剪力墻。短肢剪力墻與一般剪力墻不同之處在于其受力特點與異形柱類似，同時承擔較大的軸力和剪力。故短肢剪力墻的抗震性能弱于一般剪力墻。如果短肢剪力墻所占豎向抗側(cè)力構(gòu)件比例過高，則導致高層建筑物的抗震、防風性能降低，同時由于短肢剪力墻所承受的樓層面積過大，在地震作用影響下容易過早壓壞從而引起樓層坍塌。此類不良影響在高層建筑中是致命的，不利于高層建筑物的長期安全使用，存在較大安全隱患。

2.2 超高問題

超高問題是目前高層建筑結(jié)構(gòu)設計中非常突出的一類問題，這類問題的存在直接影響著高層建筑的安全性。高層建筑超高問題主要是指多高層建筑設計建設單位違反相關制度和標準規(guī)定要求，過度增加高層建筑高度，從本質(zhì)來講，增加高度有利于建筑商獲取更高利潤，但同時對于建筑安全而言，一旦過度增加建筑高度對建筑結(jié)構(gòu)的影響是突出和直接的，對高層建筑的穩(wěn)定性和抗震能力會造成較大干擾。當遇到地震或者強風等自然災害問題時，容易引發(fā)建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂或者倒塌等問題，最終危及到公眾的人身和財產(chǎn)安全。

2.3 高層建筑的結(jié)構(gòu)剛度設計

在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，樓層豎向結(jié)構(gòu)的規(guī)則性以及樓層平面的剛度都是設計中容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。由于不同設計師的設計理念存在較大差異，使得設計結(jié)構(gòu)會因為過程的不同而導致最終的經(jīng)濟指標也各不相同。

3、針對高層建筑結(jié)構(gòu)設計問題的有效應對措施

3.1 恰當選擇結(jié)構(gòu)方案

對于高層建筑結(jié)構(gòu)設計而言，恰當選擇結(jié)構(gòu)方案是其最重要的一點，只有選擇正確的結(jié)構(gòu)方案才能確保高層建筑結(jié)構(gòu)設計符合建筑要求，并達到理想效果。但在選擇結(jié)構(gòu)方案過程中需考慮到多方面的問題。首先，應認真研讀高層建筑結(jié)構(gòu)設計的相關規(guī)范和規(guī)程，以避免所選擇的高層建筑結(jié)構(gòu)設計方案不符合相關規(guī)范和規(guī)程要求； 其次，根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況慎重考慮選擇高層建筑的具體結(jié)構(gòu)方案，特點是應詳細勘測和調(diào)查工程的規(guī)模大小和施工現(xiàn)場的地基狀況，以此選擇最佳的結(jié)構(gòu)方案。

3.2 優(yōu)化消防結(jié)構(gòu)的設計方案

在高層建筑結(jié)構(gòu)的消防設計中，首先應該對防火結(jié)構(gòu)之間的距離進行科學控制。如果其結(jié)構(gòu)設計和當?shù)氐牡匦螚l件相符，則防火結(jié)構(gòu)的間距可以適當增加。從材料的使用角度來看，盡量減少易燃材料的使用范圍和使用頻率，多采用耐火性能好的材料。同時，為了降低火災事故發(fā)生后人員的傷亡，必須建立良好的疏散系統(tǒng)。在消防結(jié)構(gòu)設計時，可以通過設置雙通道疏散，增設防煙區(qū)、耐火區(qū)、避難層等設施來增加消防能力。同時，高層結(jié)構(gòu)可以通過設置相應的隔離結(jié)構(gòu)來有效地控制火勢蔓延，增強建筑消防安全能力。

3.3 高層建筑的結(jié)構(gòu)剛度設計要合理

在結(jié)構(gòu)剛度設計過程中，設計人員要在允許范圍內(nèi)盡可能的降低結(jié)構(gòu)剛度，結(jié)構(gòu)剛度越小則受共振的影響就越低，相應的抗震性能也會得到提升，這就在無形中增加了高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性以及穩(wěn)定性。通常情況下，在一些土質(zhì)較好或者巖基埋得不深的區(qū)域，可以將樁基作為建筑結(jié)構(gòu)的基礎，讓地層下的巖基作為支撐，從而確保地基的安全穩(wěn)定，在這一基礎上，建筑結(jié)構(gòu)的剛度就可以盡可能減小。其中，結(jié)構(gòu)剛度設計要將結(jié)構(gòu)極限變形指標作為參考依據(jù)，以此來保持建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.4 結(jié)構(gòu)的包絡設計方法

包絡設計方法常常被用來解決工程結(jié)構(gòu)設計中的難題。包絡設計方法尤為重要，針對不同的工程條件，我們可以采用不同的包絡設計原則，可以是對結(jié)構(gòu)整體的包絡設計，例如對于少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)，對框架可以按框架與剪力墻協(xié)同工作以及純框架結(jié)構(gòu)分別計算，包絡設計。也可以是對重要部位的包絡設計，例如對轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層、連體結(jié)構(gòu)的連接體等等。其次對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的包絡設計，可以根據(jù)構(gòu)件的受力情況，對構(gòu)件進行補充分析驗算，最后取不利值包絡設計。

綜上所述，在我國建筑業(yè)迅猛發(fā)展的今天，高層建筑以及超高層建筑在建筑市場中所占比重也逐年增加，并逐漸改變老百姓的日常生活。然而在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，總會不可避免的遺留很多問題，對高層建筑住戶以及周邊老百姓的安全造成威脅，因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，一定要在對施工現(xiàn)場進行全面勘察的基礎上，做好建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能設計、抗風性能設計、結(jié)構(gòu)剛度設計以及其他相關設計，從而在解決結(jié)構(gòu)設計問題的前提下，不斷提高自身的結(jié)構(gòu)設計水平，為之后高層建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。

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