高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題及對(duì)策探討

文/楊海燕 青海省建筑勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 青海西寧 810001

1、高層建筑設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

1.1 結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)

由于高層建筑的豎向構(gòu)件會(huì)對(duì)各個(gè)方位的應(yīng)力環(huán)節(jié)造成壓縮狀況，但是由于各個(gè)點(diǎn)受力力度的不同，所以產(chǎn)生的壓縮變形情況也是不一樣的，對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，內(nèi)部受到不同的壓力，與地基受壓迫程度相結(jié)合，也會(huì)引發(fā)整體樓面結(jié)構(gòu)的變形；而主樓與裙樓之間的關(guān)系在不同外力的催促壓制下，還會(huì)有不均勻沉降的現(xiàn)象發(fā)生，在相應(yīng)的外力控制下，由于水平荷載作用，使結(jié)構(gòu)定點(diǎn)與高層建筑總高度發(fā)生不協(xié)調(diào)關(guān)系，產(chǎn)生側(cè)移。在設(shè)計(jì)圖紙上，應(yīng)該將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與相關(guān)的外力呈現(xiàn)力度相結(jié)合起來(lái)，才能更好地控制這一事項(xiàng)的發(fā)生。

1.2 結(jié)構(gòu)假定分析

高層建筑結(jié)構(gòu)在豎向抗側(cè)力構(gòu)件的調(diào)整下，形成一個(gè)完備的空間結(jié)構(gòu)，而其三維空間結(jié)構(gòu)的精確分析又是比較難的，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)與圖紙的相關(guān)事項(xiàng)的呈現(xiàn)還是有一定差距的，基于對(duì)相關(guān)技術(shù)分析的認(rèn)識(shí)，我們?cè)谄淇蚣堋⒓袅Φ冉Y(jié)構(gòu)控制的相關(guān)研究中，設(shè)定結(jié)構(gòu)基本假定：（1）彈性假定。將垂直荷載與相應(yīng)的實(shí)際工作測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，提出彌補(bǔ)其出現(xiàn)裂縫等不良現(xiàn)象的彈塑性辦法，對(duì)其內(nèi)力與高層建筑位移的相應(yīng)關(guān)系認(rèn)識(shí)清楚，使其防震、防強(qiáng)風(fēng)的效果能夠呈現(xiàn)出優(yōu)良的可調(diào)控性效果；（2）小變形假定。將圖紙中的幾何非線(xiàn)性控制辦法呈現(xiàn)出來(lái)，對(duì)頂點(diǎn)水平位移與相應(yīng)的建筑高度相比較，在真實(shí)的工作調(diào)整狀況的實(shí)現(xiàn)中，體現(xiàn)對(duì)比數(shù)據(jù)的融合性，為其相應(yīng)的調(diào)整做好提升準(zhǔn)備。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題分析

2.1 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

由于我國(guó)不是地震高發(fā)國(guó)家，一直以來(lái)設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不怎么重視，所以能夠勝任高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工作人員十分有限。通常，在高層建筑抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員都是簡(jiǎn)單的對(duì)建筑抗震數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，得出了模糊的結(jié)果之后就開(kāi)始進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏有效性和靈活性，無(wú)法保證建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求，留下安全隱患。

2.2 抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

跟低層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較重要的一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)該對(duì)其引起足夠重視。高層建筑抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是通過(guò)抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)建筑物的墻體、裝飾物以及玻璃等形成有效保護(hù)，避免因?yàn)槭茱L(fēng)力影響過(guò)大對(duì)這些東西造成破壞。另一個(gè)是通過(guò)抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減輕高層建筑的晃動(dòng)，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。但是，在當(dāng)前高層建筑抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師多重視對(duì)外在的墻體、裝飾物和玻璃的保護(hù)，卻沒(méi)有重視對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)的保護(hù)。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)策

3.1 合理的抗震設(shè)計(jì)

高層建筑的抗震設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中較為重要的環(huán)節(jié)，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分結(jié)合建筑的基本體型以及建筑所處的抗震設(shè)防烈度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。抗震設(shè)計(jì)是在重視"計(jì)算設(shè)計(jì)"的同時(shí)，要著重從結(jié)構(gòu)的整體出發(fā)，在抗震設(shè)計(jì)中具有主導(dǎo)作用，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)從結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度、延度和軸壓比方面加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的"概念設(shè)計(jì)。建筑的結(jié)構(gòu)主要為簡(jiǎn)單平面和不規(guī)則平面兩種，一般而言在地震多發(fā)地段會(huì)采用簡(jiǎn)單平面，如方形、圓形、矩形等，用于抵抗地震發(fā)生時(shí)較強(qiáng)的水平作用力。而不規(guī)則平面則是應(yīng)對(duì)城市中由于街道以及土地的限制，需要根據(jù)場(chǎng)地的實(shí)際情況對(duì)建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以采用不規(guī)則平面的方式。對(duì)于不同類(lèi)別的高層建筑，需要采取不同的抗震措施，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的地震反應(yīng)分析，保證建筑的抗震可靠性。

3.2 合理選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖及結(jié)構(gòu)方案

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，要在計(jì)算簡(jiǎn)圖基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，所以在計(jì)算簡(jiǎn)圖選擇時(shí)必須合理選擇，若計(jì)算簡(jiǎn)圖不合理，極容易造成結(jié)構(gòu)參數(shù)不準(zhǔn)，影響正常施工，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生，合理選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖是保障高層建筑結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)的前提條件。在構(gòu)建方法選擇時(shí)應(yīng)采用與計(jì)算簡(jiǎn)圖相對(duì)的方法，設(shè)計(jì)構(gòu)件結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)時(shí)，要保障計(jì)算簡(jiǎn)圖誤差在規(guī)定范圍內(nèi)。另一方面，在選擇結(jié)構(gòu)方案時(shí)不僅要考慮外觀(guān)造型，更要考慮方案經(jīng)濟(jì)性和可行性，方案必須滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系要求。尤其對(duì)荷載以及受力性能考慮時(shí)，必須遵循傳力簡(jiǎn)單、受力明確均勻原則，避免受力過(guò)于集中影響建筑整體結(jié)構(gòu)剛度。

3.3 合理設(shè)計(jì)抗風(fēng)結(jié)構(gòu)

為使高層建筑抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求，在高層建筑抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)做好以下優(yōu)化設(shè)計(jì)工作：

（1）基礎(chǔ)優(yōu)化。高層建筑基礎(chǔ)牢固，上部結(jié)構(gòu)才能牢固可靠。為此，高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要合理確定混凝土級(jí)配，最好使用級(jí)配高的砂石，增加基礎(chǔ)持力層的厚度，增設(shè)抗拔錨桿，提高建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。（2）適當(dāng)增加高層建筑耗能構(gòu)件。增加高層建筑結(jié)構(gòu)中的承重構(gòu)件，如剪力墻、樓板等，一定程度上可抵消風(fēng)能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。（3）盡可能減少風(fēng)的水平荷載和風(fēng)力疊加對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響。在風(fēng)力作用下，高層建筑可能出現(xiàn)水平方向的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，與風(fēng)的水平荷載疊加后，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生更嚴(yán)重的破壞。為此，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)使用高性能的混凝土材料，盡量防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)力。（4）根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)牢固可靠要求，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的承載力和抗風(fēng)能力進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)算，確定承載力和抗風(fēng)力后，在原有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上適當(dāng)加大，以增強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)的承載力和抗風(fēng)能力。

結(jié)語(yǔ)：

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)工作，是建造建筑物的基礎(chǔ)工，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對(duì)建筑物的安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性有著重要的意義。因此工程技術(shù)人員要結(jié)合專(zhuān)業(yè)知識(shí)、施工技術(shù)要求、地質(zhì)情況、開(kāi)發(fā)商設(shè)計(jì)要求等，合理設(shè)計(jì)建筑物高度和建筑結(jié)構(gòu)。