高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題及對策

賀新哲

十堰市建筑設(shè)計研究院 湖北十堰 442000

經(jīng)濟的發(fā)展、人口的增多，都在逐漸侵蝕著土地資源，人類與土地資源的矛盾日益增加?，F(xiàn)階段，在有限的土地資源中，對土地的利用及規(guī)劃成為首要任務(wù)，能夠更好的解決土地資源短缺問題。住宅用地占據(jù)較大比重，加大居民建筑樓層高度，能夠在有限的土地上，增加土地使用人口數(shù)量，提高土地利用率。同時，高層建筑所包含的設(shè)計藝術(shù)、結(jié)構(gòu)建造等較為復(fù)雜，對于建筑行業(yè)施工水平提出挑戰(zhàn)。為保證高層建筑的安全性，建筑行業(yè)需要不斷提升建筑質(zhì)量，并對周邊及未來用戶負責(zé)。因此，高層建筑的設(shè)計以及規(guī)劃工作成為建筑行業(yè)所必須要面對的重點問題。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

首先，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計就是利用結(jié)構(gòu)語言來描述建筑師和其他專業(yè)工程師需要表達的東西。結(jié)構(gòu)語言指的是建筑師從建筑和其他專業(yè)圖紙中提取的結(jié)構(gòu)元素，主要氛圍建筑基礎(chǔ)、墻體、梁柱、樓梯等。接著把這些結(jié)構(gòu)元素匯集起來構(gòu)成建筑物的結(jié)構(gòu)體系[1]。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容可以分為基礎(chǔ)設(shè)計、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計以及細節(jié)部分設(shè)計三方面內(nèi)容。

其次，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟主要分為：結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計算以及施工圖設(shè)計。結(jié)構(gòu)方案的制定需要綜合考慮各方面因素，主要是根據(jù)建筑物的重要性，巖土工程地質(zhì)勘察報告，建筑場地的類型與建筑物的整體高度、層數(shù)等進行的。結(jié)構(gòu)計算主要分為荷載計算、構(gòu)件計算、內(nèi)力計算以及構(gòu)件的驗算四方面。荷載計算分為外部和內(nèi)部荷載兩種形式，荷載計算需要根據(jù)荷載標(biāo)準(zhǔn)使用不同的組合值系數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)永久值系數(shù)等不同施工情況下的組合計算。構(gòu)件計算，通過計算出的荷載值，構(gòu)造措施需求，使用標(biāo)準(zhǔn)和各種計算手冊上推薦的試算方法初步判斷構(gòu)件的截面。內(nèi)力計算是需要結(jié)合構(gòu)件截面以及荷載值來進行，例如剪力、軸心力等。構(gòu)件的驗算是通過計算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和標(biāo)準(zhǔn)對構(gòu)件的要求進行復(fù)核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否滿足標(biāo)準(zhǔn)。施工圖繪制是在上述方案設(shè)計、計算完成之后確定的。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施

2.1 消防結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

首先，加強防火間距設(shè)計的合理性。防火間距的長短對于防火效果有著直接影響。對于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，防火間距要避免過長，以免阻礙應(yīng)急處理措施的落實，降低防火效果[2]。而防火間距過小則會造成費用的浪費及防火器材利用率低下等問題。針對不同形式的高層建筑，國家有相應(yīng)的國定標(biāo)準(zhǔn)，必須嚴格執(zhí)行。

其次，安全疏散通道設(shè)計。安全疏散通道的設(shè)計要保證其合理性，且在條件允許情況下，盡可能保持2條以上的安全疏散通道，從而提高火災(zāi)發(fā)生時人員疏散效率，減少傷亡的產(chǎn)生。在安全疏散通道內(nèi)還要設(shè)置排煙系統(tǒng)，隔絕濃煙侵襲。

最后，按照高層建筑結(jié)構(gòu)特征，設(shè)置防火層、防火墻等設(shè)施。

2.2 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化

抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化可以從四方面來實現(xiàn)，一是科學(xué)選址。高層建筑的選址需要做好前期勘察作業(yè)，了解區(qū)域的地質(zhì)情況，地殼運行狀態(tài)以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征等內(nèi)容，保證建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少沉降等問題的產(chǎn)生。二是建立有限元模型。該模型的建立主要是幫助設(shè)計人員分析高層建筑的抗震性能，加強各項數(shù)據(jù)指標(biāo)的準(zhǔn)確性，從而提升建筑的抗震等級，增強建筑結(jié)構(gòu)承載能力。三是合理應(yīng)用減隔震設(shè)計。在對重要建筑、超高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可通過減隔震設(shè)計來提升抗震水平。利用減隔震支座、阻尼器等設(shè)備，完善結(jié)構(gòu)的橫向抗震性能，延長結(jié)構(gòu)的自振周期，避免與地震災(zāi)害產(chǎn)生共振現(xiàn)象。四是選擇合適的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)建筑功能性合理選擇結(jié)構(gòu)形式，增強其穩(wěn)定性，增大抗扭能力。

2.3 選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)方案和類型

不管是開展哪一種建筑物的設(shè)計與建造，都要為其選擇一種合適的建筑結(jié)構(gòu)方案和類型。復(fù)雜高層和超高層建筑的設(shè)計方案選擇具有復(fù)雜性和特殊性，必須立足實際情況，進行實地考察研究，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)進行分析，才能選擇出一種合適的建筑結(jié)構(gòu)方案和類型[3]。在選擇建筑結(jié)構(gòu)方案時，一定要深入實地考察，立足于實際情況，結(jié)合專業(yè)知識再去確認建筑結(jié)構(gòu)方案。我國雖然土地資源遼闊，可地區(qū)與地區(qū)之間存在相當(dāng)大的差異，真正能適合復(fù)雜高層與超高層建筑的地方并不多。在開展復(fù)雜高層與超高層建筑時，要確定建筑結(jié)構(gòu)類型，對當(dāng)?shù)氐鼗M行全面分析，判斷此地基是否適合建設(shè)復(fù)雜高層和超高層建筑。根據(jù)地基的實際情況，選擇相應(yīng)的施工機械與建筑材料，還可以有效的減少工程的成本造價，以便于發(fā)揮更好的資金利用。

2.4 加強屋面梁配筋設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，必須控制好配筋率，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的含鋼量。由于設(shè)計過程當(dāng)中設(shè)計人員簡化工作流程，致使屋面梁配筋數(shù)量出現(xiàn)較大差異，最終引發(fā)裂縫問題。因此，設(shè)計人員應(yīng)該加強配筋設(shè)計工作，對于受扭屋面梁腰筋不足，梁腹板高度高于450mm的時候，需要增設(shè)腰筋，并保證距離小于200mm，拉金鉤接，才能使鋼筋骨架的剛度得到保證，避免梁腹產(chǎn)生裂縫。另外，做好樓層平面剛度設(shè)計工作。要想保證程序計算的結(jié)果都能反映建筑結(jié)構(gòu)的真實受力情況，避免誤差，設(shè)計過程當(dāng)中應(yīng)該盡量把樓層設(shè)計為剛性樓面。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對這些設(shè)計內(nèi)容的探討，有利于提高高層建筑中建筑設(shè)計效率及質(zhì)量，避免引發(fā)這方面的設(shè)計問題，且能為高層建筑作業(yè)計劃實施中提供有效支持。因此，未來在提升高層建筑建設(shè)水平、保持其良好建設(shè)狀況的過程中，應(yīng)重視與之相關(guān)的建筑設(shè)計，并將針對性強的設(shè)計工作落實到位，使得相應(yīng)設(shè)計方案支持下的高層建筑施工作業(yè)得以高效開展。