淺談超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題

甘日寧

摘? ? 要：一直以來(lái)，由于我國(guó)城市土地資源過(guò)于短缺，一時(shí)間令超高層建筑項(xiàng)目發(fā)展活力得以全面激活，不過(guò)涉及內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的難度亦全面增加，要求設(shè)計(jì)人員務(wù)必要在緊密融合實(shí)際的同時(shí)，自覺參與相關(guān)培訓(xùn)來(lái)提升自身的專業(yè)技能、規(guī)范設(shè)計(jì)流程。長(zhǎng)此以往，切實(shí)開發(fā)出滿足客戶實(shí)際需求的創(chuàng)新型建筑產(chǎn)品，贏得更多客戶群體的認(rèn)可和信賴。

關(guān)鍵詞：超高層;建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1? 超高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與普通高層建筑的不同之處

超高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與普通高層建筑之間存在著很大的區(qū)別。普通建筑的總高度不會(huì)超過(guò)200米，超高層建筑的高度要超過(guò)200米，甚至?xí)^(guò)1000米。在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，普通高層建筑多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，超高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會(huì)考慮樓層的高度以及安全性，多會(huì)采用鋼結(jié)構(gòu)或者是混合結(jié)構(gòu)。另外，在對(duì)超高層建筑的設(shè)計(jì)中，還要更多地考慮諸多的因素，包括建筑的抗震性能、各種環(huán)境影響因素、建筑的避難層以及風(fēng)荷載等等。所以，在對(duì)復(fù)雜商層建筑與超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，是存在很大的難度的。

2? 影響超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果的因素

2.1? 風(fēng)載荷

超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，荷載的選取需要基于高層建筑的實(shí)際情況、要求等展開。超高層建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要細(xì)致考量高度所能夠產(chǎn)生的影響。因?yàn)榻ㄖ锔叨染鄬?duì)較高，故而比較容易受到高度所帶來(lái)風(fēng)荷載的影響，也是建筑設(shè)計(jì)中所需要關(guān)注的重要問題。比如當(dāng)前我國(guó)臺(tái)北地區(qū)最高的101大樓，對(duì)這座大樓設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要細(xì)致分析周圍的實(shí)際情況，考慮風(fēng)載荷對(duì)大樓建設(shè)所能夠產(chǎn)生的影響。101 大樓建設(shè)期間便邀請(qǐng)專業(yè)的加拿大人士實(shí)施風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，提升大樓的抗風(fēng)能力。

2.2? 抗地震能力

地震的破壞力較大，故而在建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要做好地震力預(yù)測(cè)工作。但是由于當(dāng)前技術(shù)條件有限，故而難以做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。超高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要提升抗震預(yù)防的設(shè)計(jì)，且需要分析地震作用下主樓和裙樓的不同反應(yīng)。

2.3? 地基建設(shè)

建筑超高層的時(shí)候，打好地基十分重要。施工期間需要基于地質(zhì)的情況展開針對(duì)性設(shè)計(jì)，進(jìn)而保證其建筑設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。比如在超高層建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，針對(duì)于深度較高的軟地基，則需要應(yīng)用樁箱地基。在實(shí)際的工作過(guò)程中也可以基于具體的情況制定針對(duì)性的建設(shè)設(shè)計(jì)方案，比如針對(duì)于深度較低的巖石，則可以應(yīng)用現(xiàn)澆混凝土的方式打地基;針對(duì)于深度很大的巖石，比如在地下120m左右的，則可以通過(guò)采用巖石上層的沖擊土進(jìn)行處理。實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間可以應(yīng)用框格式的地下連續(xù)墻作為基礎(chǔ)支撐。針對(duì)于條件相對(duì)較好的，則可以應(yīng)用筏形作為基礎(chǔ)。地基設(shè)計(jì)的過(guò)程中，基于不同的差異進(jìn)行綜合分析，制定經(jīng)濟(jì)效益較高且比較規(guī)范的設(shè)計(jì)方案。

3? 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方式

3.1? 科學(xué)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指標(biāo)

超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，需要全面了解相關(guān)的政策制度、法律制度，明確建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)指標(biāo)，為高層建筑設(shè)計(jì)活動(dòng)的有序開展奠定良好基礎(chǔ)。在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以通過(guò)合理選擇分析軟件、綜合分析荷載作用等方式，保證整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性。

3.1.1? 合理選擇分析軟件

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間可以應(yīng)用信息化技術(shù)展開工作，近年來(lái)計(jì)算機(jī)軟件數(shù)量較多，各類軟件的側(cè)重點(diǎn)也會(huì)有所差異。在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要注重對(duì)各類軟件的分析與靈活應(yīng)用?；诠こ探ㄔO(shè)的實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，科學(xué)應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件。

3.1.2? 綜合考慮荷載作用

超高層建筑設(shè)計(jì)期間，需要對(duì)地震荷載、風(fēng)荷載等進(jìn)行綜合分析。首先在地震荷載方面，需要對(duì)建筑施工場(chǎng)所實(shí)施地震安全性評(píng)估，基于安全評(píng)估的內(nèi)容、評(píng)估的結(jié)果等進(jìn)行綜合分析。小地震的情況下需要實(shí)施包絡(luò)設(shè)計(jì)，且需要基于規(guī)范要求合理選用地震波。其次在風(fēng)荷載設(shè)計(jì)方面，風(fēng)荷載對(duì)建筑物的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生較大影響。伴隨著建筑物高度的增加，風(fēng)荷載也在不斷增加，建筑高度高于200m以上的建筑，則需要實(shí)施風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。合理控制超高層建筑設(shè)計(jì)的指標(biāo)，對(duì)現(xiàn)代建筑行業(yè)的發(fā)展能夠產(chǎn)生重要影響，常見的指標(biāo)具體包含剪重比、自振周期以及層間位移角等等，需要基于實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)要求展開工作，保證整體建設(shè)設(shè)計(jì)的效果。

3.2? 合理選擇結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系

針對(duì)于不同高度的高層建筑來(lái)講，其所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系也會(huì)有所差異，需要實(shí)施針對(duì)性設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，需要將結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)建視為一個(gè)整體，超高層建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要應(yīng)用多層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行管控，且保證各類抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用的價(jià)值，結(jié)合實(shí)際的作用效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)抗側(cè)力構(gòu)建實(shí)施合理規(guī)劃。條件允許的情況下超高層建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)建需要盡量予以融合，提升結(jié)構(gòu)建設(shè)的穩(wěn)定性，且通過(guò)伸臂桁架將核心筒和框架柱發(fā)揮聯(lián)合的作用效果。比如廣州東塔及其組合抗側(cè)力體系，在建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，即為通過(guò)伸臂桁架將核心筒和框架柱相互連接。同時(shí)，也可以通過(guò)環(huán)帶桁架、巨型斜撐將框架柱等構(gòu)成一個(gè)整體，打造巨型框架。再如深圳平安大廈，也應(yīng)用了組合性的抗側(cè)力體系。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，即為應(yīng)用環(huán)帶桁架、巨型斜撐等，打造為一個(gè)組合式的建筑結(jié)構(gòu)整體。在此基礎(chǔ)上，還可以通過(guò)將縱橫向墻體相互融合的方式，構(gòu)建組混凝土筒體或者組合墻，這也是提升建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力能力的有效方式，可以應(yīng)用到超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間。

3.3? 實(shí)施施工過(guò)程的模擬演練

施工建設(shè)可行性分析是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間所需要關(guān)注的重要問題，需要結(jié)合實(shí)際的施工場(chǎng)地、施工技術(shù)以及施工要求等進(jìn)行分析，滿足實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)需求。設(shè)計(jì)人員在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要全面考慮鋼材的力量傳輸效果，復(fù)雜節(jié)點(diǎn)位置的鋼筋可靠性以及建設(shè)施工的操作性價(jià)值等等。由于超高層建筑的建設(shè)要求越來(lái)越高，故而可以適當(dāng)應(yīng)用一些特殊的施工工藝，這也是保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的有效措施。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間還需要充分考慮施工期間的相關(guān)影響因素、可能會(huì)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)因素等等。比如在超高層建筑中，豎向構(gòu)件的壓縮變形會(huì)使建筑物的外形發(fā)生準(zhǔn)便，進(jìn)而對(duì)建筑的內(nèi)力分布也會(huì)產(chǎn)生不良影響。針對(duì)于這種問題，則可以對(duì)復(fù)雜高層和超高層建筑進(jìn)行施工過(guò)程模擬和預(yù)變形演練。通過(guò)施工過(guò)程模擬演練的方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工期間可能會(huì)產(chǎn)生的影響因素，注意復(fù)雜節(jié)點(diǎn)位置的鋼筋與鋼材傳力效果，通過(guò)有效的調(diào)節(jié)方式與優(yōu)化控制，提升施工建設(shè)的質(zhì)量，合理選擇處理措施，保證現(xiàn)場(chǎng)施工的可實(shí)施性。

4? 結(jié)束語(yǔ)

建筑高層設(shè)計(jì)的理念、設(shè)計(jì)的方式會(huì)直接關(guān)系到建筑的穩(wěn)定性，特別是針對(duì)于超高層建筑來(lái)講，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視程度更需要提升。超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以通過(guò)科學(xué)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指標(biāo)，合理選擇結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系及實(shí)施施工過(guò)程的模擬演練等方式，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加科學(xué)、合理，為超高層建筑活動(dòng)的開展奠定良好基礎(chǔ)，保證建筑工程的安全性與合理性，也能夠保障居民的生活質(zhì)量與生命安全，推動(dòng)現(xiàn)代建筑行業(yè)穩(wěn)定性、持續(xù)性發(fā)展的重要方式。

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