【摘 要】社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土地資源的緊缺，使得高層建筑正在成為我國(guó)建筑行業(yè)的主流。與一些底層建筑相比，高層房屋建筑的結(jié)構(gòu)有其獨(dú)特性，結(jié)構(gòu)在整個(gè)工程建筑施工中占據(jù)著重要的位置。本文的主要內(nèi)容，就是結(jié)合筆者自身的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高層房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，提出意見和建議。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；房屋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、高層房屋建筑結(jié)構(gòu)常見問(wèn)題

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，推動(dòng)了社會(huì)剛性需求的增加，在土地資源日趨有限的情況下，房屋建筑的高層化發(fā)展趨勢(shì)不可避免。在當(dāng)前的建筑行業(yè)中，每一項(xiàng)工程從決策到施工，都在盡可能的追求效益目標(biāo)最大化，周期短任務(wù)重是大部分建筑工程都面臨的問(wèn)題。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)而言，比較常見的做法就是根據(jù)已經(jīng)確定的平面設(shè)計(jì)與縱向布置來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的調(diào)整、位移等工作。這種做法雖然具有一定的科學(xué)價(jià)值，但是從最終的施工結(jié)果看，往往會(huì)遺留一些遺憾和不合理的地方。當(dāng)前高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理?；A(chǔ)設(shè)計(jì)，包括地基與一些基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施。在當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)操作中，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的周期較短，設(shè)計(jì)人員在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上往往難以經(jīng)過(guò)權(quán)衡利弊以后做出最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，沒(méi)有通過(guò)對(duì)方案的多重比較、測(cè)算來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與安全水平的最大化。在實(shí)際的操作中，要實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理化，必須要求工作人員有實(shí)地勘察的經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)各項(xiàng)資料、數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上做出。

第二，地下室的設(shè)計(jì)。地下室是整個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要部分，當(dāng)前暴露出來(lái)的問(wèn)題主要有：首先，抗浮設(shè)計(jì)不準(zhǔn)確。在對(duì)地下室進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于水位的高度設(shè)計(jì)往往不夠準(zhǔn)確。這項(xiàng)數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，會(huì)對(duì)整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)安全隱患。因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，以地面向下多少米進(jìn)行計(jì)算。在實(shí)際操作中，由于場(chǎng)地的高差較大，無(wú)法準(zhǔn)確的確定水位。其次，地下室裂縫控制，因計(jì)算機(jī) 計(jì)算，經(jīng)常會(huì)統(tǒng)一按0.2mm控制，這樣會(huì)造成鋼 筋量偏高，應(yīng)當(dāng)迎水面按0.2mm，其它按0.3mm 控制。再次，地下室外墻配筋計(jì)算中有的工程，凡圍墻扶壁柱的不區(qū)別扶壁柱尺寸大小，一律按雙向板計(jì)算配筋，而扶壁柱按地下室結(jié)構(gòu)整體電算分析配筋，又沒(méi)按雙向板傳遞荷載驗(yàn)算扶壁 柱配筋。按外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)原理，外墻豎向受力鋼筋、扶壁柱配筋不足，外墻水平鋼筋有富余。

第三，高度與高寬超出限值。對(duì)于高層房屋的建筑，國(guó)家對(duì)高度與高寬對(duì)數(shù)據(jù)給出了一定的限制要求，這個(gè)限值往往是根據(jù)建筑的安全性能來(lái)考慮。例如在相關(guān)的抗震規(guī)范中，對(duì)樓房的高度以及高寬比例就做出了要求，雖然說(shuō)一些規(guī)范并不是強(qiáng)制性的要求，但是即使從建筑自身的安全與造價(jià)來(lái)看，不同的比例也會(huì)對(duì)最終的造價(jià)產(chǎn)生重要的影響。因?yàn)楦邔挶壤粌H僅影響的是建筑的外形，而且會(huì)對(duì)建筑內(nèi)部的墻、梁、柱的構(gòu)造產(chǎn)生重要的影響。在當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)操作中，普遍暴露出來(lái)的問(wèn)題就是設(shè)計(jì)人員對(duì)于高度、高寬比例會(huì)超出現(xiàn)有的規(guī)范要求，對(duì)于整體高度與結(jié)構(gòu)類型、抗震強(qiáng)度等問(wèn)題欠缺嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目紤]。

第四，伸縮縫的設(shè)計(jì)。在建筑設(shè)計(jì)中，溫度變化是必須考慮的一項(xiàng)重要因素。在實(shí)際的設(shè)計(jì)與施工中，合理的考慮溫度因素，減少由于溫度的變化對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，通常會(huì)設(shè)計(jì)一定的伸縮縫。但是在當(dāng)前，一些設(shè)計(jì)人員為了簡(jiǎn)便程序，選擇用后澆帶的方式來(lái)代替伸縮縫。這種設(shè)計(jì)雖然具有一定的可操作性，但是后澆帶根本解決的只是混凝土的干縮問(wèn)題，也就是解決的是材質(zhì)本身的問(wèn)題，即使后澆帶封閉了混凝土材料，但是結(jié)構(gòu)整體依舊會(huì)受到溫度的影響發(fā)生變化，對(duì)于溫度變化所帶來(lái)的影響依舊沒(méi)有解決。

第五，板承荷載能力的設(shè)計(jì)。高層房屋建筑，常常在樓板上布置一些非承重隔墻，在樓板設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員會(huì)錯(cuò)把該部分的線荷載換算成等效的均布荷載后，進(jìn)行板的配筋計(jì)算。但有些設(shè)計(jì)人員錯(cuò)誤地將隔墻的總荷載附以板的總面積。同時(shí)，板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌砌頂緊上部分的樓、屋面板，這樣會(huì)給上部的板增加了一個(gè)中間支承，使其變?yōu)檫B續(xù)板，支承上部出現(xiàn)了負(fù)彎矩，而在板的設(shè)計(jì)中又沒(méi)考慮該部分的影響，致使板頂出現(xiàn)裂縫其是大跨度板。

二、高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)策

高層房屋的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在具體的操作過(guò)程中，筆者認(rèn)為應(yīng)該包括兩個(gè)方面的內(nèi)容。既包括工程整體的總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也包括在工程內(nèi)部的每一個(gè)分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。具體來(lái)說(shuō)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋蓋結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及一些細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅僅包括選型、受力、布置等內(nèi)容，而且應(yīng)當(dāng)在滿足基本規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提升整體的經(jīng)濟(jì)效益。下面筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高層房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出相應(yīng)的建議。

第一，重視概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)，是指在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，將一些明確的理念融入貫徹到具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，特別是通過(guò)對(duì)各種災(zāi)難性破壞事件的預(yù)估，例如地震、洪水等提升房屋建筑整體的抗破壞能力。例如在汶川地震發(fā)生以后，房屋的抗震設(shè)計(jì)開始被重視，抗震能力的提升要求從具體的構(gòu)件與構(gòu)造上著手，例如剛度的均勻性、是否對(duì)稱等都是有效提升抗震能力的重要措施。除此以外，延性設(shè)計(jì)的概念，能夠有效的控制地震發(fā)生以后對(duì)結(jié)構(gòu)的各種脆性破壞。這些設(shè)計(jì)概念只有貫穿在整個(gè)結(jié)果設(shè)計(jì)過(guò)程中，才能真正的發(fā)揮作用。

第二，水平力的考慮。在低層和多層房屋建筑結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而在高層房屋建筑設(shè)計(jì)中，盡管豎向荷載仍對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但水 平荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩 的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對(duì)一定高度建筑來(lái)說(shuō)，豎向 荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力性的不同而有較 大的變化，所以對(duì)風(fēng)荷載比較敏感的高層建筑， 風(fēng)荷載須按100年風(fēng)壓計(jì)算。

第三，剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。高層房屋建筑的另一個(gè)重要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是剪力墻，剪力墻的功能在用提升整體建筑的強(qiáng)度與剛度水平，同時(shí)它也是圍護(hù)與房間布局分割的構(gòu)件。剪力墻結(jié)構(gòu)中，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置，它剛度大，空間整體性好，用鋼量也較少。重視剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是高層建筑質(zhì)量保證的一個(gè)重要因素。

第四，簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。高層建筑，隨著其層數(shù)的增加與高度的增長(zhǎng)，各種抗震設(shè)計(jì)的難度系數(shù)也隨之增加。僅僅通過(guò)平面狀態(tài)的各種剪力墻與框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足建筑的安全性要求。在這種情況下，利用剪力墻來(lái)作為空間簡(jiǎn)體，作為豎向的懸臂箱行梁，形成一個(gè)或者是多個(gè)的以整體空間受力的框筒，這就是我們所說(shuō)的簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)。

第五，建筑自身的減重。建筑自重也是影響建筑層數(shù)與高度的一個(gè)重要因素，從經(jīng)濟(jì)效益與安全質(zhì)量的角度來(lái)考慮，減輕建筑自身的自重都是非常重要的一項(xiàng)舉措。從地基承載能力的角度來(lái)看，減輕自重意味著在樁基承載能力一定的情況下，能夠有效的降低成本或者能夠增加建筑層數(shù)，這對(duì)于提升建筑的整體經(jīng)濟(jì)利益是非常有利的。所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要在滿足設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上盡可能的減輕建筑的自重，減少樁基的負(fù)荷壓力。

參考文獻(xiàn)

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