高層民用建筑結(jié)構設計的幾點重要思考

曹子成

摘 要：現(xiàn)階段隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進程不斷加快，城市土地資源的價值全面提升。建筑高度的不斷增加，使得建筑功能和基本用途逐步發(fā)生改變，對建筑結(jié)構設計也提出了較多要求。所以，當前相關部門需要針對高層民用建筑結(jié)構設計相關問題進行探究，擬定有針對性的探究方法，更好的完善高層民用建筑結(jié)構設計。

關鍵詞：高層民用建筑；結(jié)構設計；思考

中圖分類號：TU973 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0121-02

目前隨著建筑項目范圍不斷擴大，城市土地資源利用價值全面提升，城市建筑群都朝著高層建筑發(fā)展，這也是未來建筑領域發(fā)展的重要趨勢。當前大多數(shù)高層民用建筑實際應用范圍較廣，功能較多，對建筑結(jié)構設計提出了更多要求。在結(jié)構設計過程中，由于樓層不斷增加，使得設計內(nèi)容以及設計技術更加復雜化。結(jié)構設計工作質(zhì)量對社會群眾生命財產(chǎn)安全具有重要影響，所以當前建筑結(jié)構相關設計人員需要明確項目建設重點內(nèi)容，制定設計標準，根據(jù)工程實際情況完善設計內(nèi)容。

1 當前高層民用建筑結(jié)構所采用的設計原則概述

在高層民用建筑結(jié)構設計過程中需要采取規(guī)范化的設計原則，在優(yōu)化原有的設計基礎上使得建筑設計科學性和有效性得到提升，從而提高建筑工程建設質(zhì)量，避免出現(xiàn)各項安全問題。在建筑結(jié)構設計過程中，需要對建設地區(qū)周邊環(huán)境進行分析，擬定相應的建筑設計工藝以及設計要求，使得施工環(huán)境與施工工序相適應。在建筑結(jié)構設計過程中，相關部門需要借鑒一些成功設計案例，充分應用各項建筑設計技術，能夠優(yōu)化建筑結(jié)構性能，還能使得各項設計活動的合理性有效提升[1]。

2 高層民用建筑結(jié)構設計的基本現(xiàn)狀分析

2.1 部分建筑方案缺乏科學性

目前的建筑方案大多追求建筑風格的個性化以及使用功能的多樣化，門窗洞口變化復雜，使得結(jié)構專業(yè)的剪力墻布置很受限制，有時會出現(xiàn)部分墻體上下不能對齊的情況。目前高層建筑建造成本控制要求較高，在實際設計過程中相關部門以及設計人員需要對結(jié)構進行優(yōu)化設計，使工程受力更合理。但是目前設計過程中，受建筑方案所限，不能在四周較合理的地方布置剪力墻，甚至會出現(xiàn)墻體上下不對齊等情況。此類情況將會導致設計結(jié)構體系變得復雜，建造成本也會提高。此外，部分高層民用建筑結(jié)構模型建立與實際情況不完全一致，參數(shù)選取不準確，都會使得結(jié)構設計質(zhì)量受到影響。由于結(jié)構設計過程中存在諸多安全隱患，會導致后續(xù)施工建設過程中出現(xiàn)各項問題，致使結(jié)構安全存在諸多不確定性[2]。

2.2 設計人員綜合職業(yè)素養(yǎng)有待提高

隨著電腦輔助設計的普及，很多設計人員變得越來越依賴軟件計算，覺得只要有計算軟件的幫助，所有的困難都能迎刃而解，這種觀念往往會釀成大錯。設計人員需要認清楚，即使電腦功能再強大，也是需要人來操作的，如果設計人員經(jīng)驗不足，基礎知識掌握不牢，就無法判斷電算結(jié)果是否正確。加之軟件質(zhì)量的良莠不齊，若設計人員沒有豐富的經(jīng)驗，是很難準確使用軟件的。即使再優(yōu)秀的軟件，計算出的結(jié)果與實際情況也是有誤差的。設計人員要做的是憑借自身的經(jīng)驗把誤差盡可能縮小，否則一切都是徒勞的。在工程中設計人員需要通過調(diào)整結(jié)構布置對主要目標參數(shù)進行控制，其中主要有周期比、層間位移角、軸壓比等。此外，有部分設計人員自身所采用設計方法不合理以及對設計規(guī)范內(nèi)容掌握不全面，最終致使設計活動中存在較多問題[3]。

2.3 結(jié)構設計中的計算問題

民用建筑結(jié)構設計需要采用多樣的設計方式，在設計過程中需要考慮多項內(nèi)容。（1）剪力墻長度不宜過大。過長的剪力墻剛度很大，會使結(jié)構周期過短，地震力太大，經(jīng)濟性差；（2）剪力墻的連梁設置。在墻肢和連梁的協(xié)同工作中，剪力墻應有足夠的強度，在正常使用和風荷載的作用下，結(jié)構處于彈性工作狀態(tài)。在地震作用下結(jié)構允許進入彈塑性狀態(tài)，連梁可以產(chǎn)生塑性鉸。同時要求在地震中連梁的屈服要早于墻肢的屈服。（3）周期折減。高層房屋建筑結(jié)構設計過程中含有填充墻，所以實際剛度值與事先設計的剛度值之間存在一定差距，計算周期也存在差異。所以設計過程中需要對計算周期進行適度折減。

3 現(xiàn)階段高層民用建筑結(jié)構設計的幾點重要思考探析

3.1 選擇合理的結(jié)構設計方案，確保建筑結(jié)構的安全性

合理的結(jié)構設計方案是高層結(jié)構設計中首要考慮的問題，尤其是幾個重要因素，比如：結(jié)構類型、荷載分布情況、施工條件、地質(zhì)情況、相鄰建筑物的影響等，都需要在實際工程中進行有針對性的設計。同時還要考慮在相同的單元結(jié)構中，要采用相同的結(jié)構體系。除了以上條件，還要考慮地理條件、工程設計需求、施工條件、材料等因素，在與水、暖、電各專業(yè)密切配合的情況下，選擇合理結(jié)構類型，從而確定結(jié)構方案。

3.2 充分考慮設計施工經(jīng)濟性

安全、適用、經(jīng)濟是結(jié)構設計的三要素。三個要素之間既有層次關系又相互平衡制約。在滿足前兩個要素的前提下，就要考慮如何實現(xiàn)建造成本的經(jīng)濟性問題。直接經(jīng)濟指標一般采用單位面積結(jié)構綜合造價或者單位面積材料用量（如鋼筋和混凝土）。對于高層建筑而言，我們還需要考慮它的施工周期長、投資回報慢、豎向構件面積大等特點，這些都需要用到間接指標，比如：豎向構件占樓層面積比、施工可行性、社會效應、樓層凈高等。

3.3 推廣使用隔震和消能減震設計

高層建筑在擴大活動空間的同時，對建筑物整體結(jié)構以及抗震性能提出了更高的要求，所以在高層建筑中需要加強抗震設計。目前世界各國普遍采用的傳統(tǒng)抗震結(jié)構體系是“延性結(jié)構體系”，即適當控制建筑物的剛度，但容許結(jié)構構件在地震時進入非彈性狀態(tài)，并具有較大延性，以消耗地震能量，減輕地震反應，使建筑物“裂而不倒”。采取軟墊隔震、滑移隔震、擺動減震、懸吊減震等措施，改變結(jié)構的動力特性，減小地震能量輸入，減輕結(jié)構地震反應，這是一種很有發(fā)展前途的抗震措施。提高結(jié)構阻尼，采用高延性構件，能夠提高結(jié)構的耗能能力，減輕地震作用，減小樓層地震剪力。隨著社會的不斷發(fā)展，對各種建筑物的抗震要求越來越高，消能減震技術具有傳統(tǒng)抗震體系所難以比擬的優(yōu)越性，必定在未來的建筑結(jié)構中受到越來越廣泛的應用。

3.4 高層建筑剪力墻結(jié)構設計優(yōu)化

在高層剪力墻結(jié)構的標準層單位面積含鋼量中，剪力墻的用鋼量約占45%～65%，剪力墻邊緣構件的用鋼量約占30%～45%（該統(tǒng)計數(shù)據(jù)為7度抗震設防區(qū)數(shù)據(jù)，以下同），因此剪力墻布置的合理與否直接關系到整個結(jié)構的經(jīng)濟指標。剪力墻結(jié)構布置得基本原則是：盡量減少剪力墻數(shù)量，且各墻肢布置時應考慮如何減少邊緣構件，以期通過布置較少的抗側(cè)力構件來獲得滿足規(guī)范要求的抗側(cè)、抗扭剛度。

剪力墻盡可能多布置在結(jié)構周邊的外墻位置，必要時可以利用房間窗臺設置高連梁以加強剛度，在結(jié)構中部應盡量減少剪力墻布置，以便提高結(jié)構的抗扭剛度，控制結(jié)構的周期比與位移角。多布置均勻長墻（長度不大于8m），少短墻。要精心選擇對結(jié)構承受水平及豎向荷載有利的隔墻位置布置剪力墻，盡量拉大剪力墻的布置間距，避免在過小的間距內(nèi)布置多道剪力墻。通過加大墻肢長度，減少剪力墻數(shù)量，使結(jié)構抗側(cè)剛度增加，邊緣構件數(shù)量減少，且由于墻間距變大，使建筑平面布置的更靈活。

4 結(jié)語

總而言之，當前隨著我國民用高層建筑范圍不斷擴大，當前對建筑結(jié)構設計相關內(nèi)容進行探究具有重要意義。相關部門需要提高建筑設計重視度，結(jié)構設計活動結(jié)束之后需要進行全面審批，而后開展施工活動，避免施工過程中出現(xiàn)各類事故。國家部門需要根據(jù)設計者要求擬定相應設計圖紙，根據(jù)圖紙內(nèi)容進行施工，確保施工活動的規(guī)范性。在設計過程中需要加強管理，避免對建筑工程質(zhì)量造成較大負面影響。

參考文獻

[1]宋少剛.高層民用建筑結(jié)構設計的幾點重要思考[J].中國建材科技，2015，（2）：101-102.

[2]王亞楠.高層民用建筑結(jié)構設計的幾點重要思考[J].城市建設理論研究（電子版），2016，（9）：3047.

[3]丁寧.高層民用建筑結(jié)構設計的幾點重要思考[J].商品與質(zhì)量，2016，（36）：283.