林李生

摘要：隨著我國經(jīng)濟和建筑技術(shù)的發(fā)展，建筑的結(jié)構(gòu)不斷變化，建筑的高度不斷增加。對于高層建筑來說，其結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞直接影響著其施工建設(shè)難度和維護質(zhì)量。本文從高層建筑的結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，探討目前我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在問題。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題及對策

隨著我國城市化的不斷推行，高層建筑越來越普遍。不管是經(jīng)濟發(fā)達的大都市，還是小規(guī)模的縣城，都有許多的高層建筑。結(jié)構(gòu)設(shè)計作為高層建筑設(shè)計的重要內(nèi)容之一，其恰當與否直接影響著建筑的質(zhì)量好壞。一個好的高層建筑設(shè)計方案不僅可以滿足人們的日常工作、學習需要，更可以滿足抗風、抗震等要求，保障人們的生命財產(chǎn)安全。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)特點以及設(shè)計原則

（一）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

高層建筑與普通建筑的最大區(qū)別就在于它的高度：由于其高度較高，因此其承受的垂直載荷較大；由于其橫截面積較大，在外界有風的情況下其產(chǎn)生的水平載荷也較大。所以，在進行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)充分考慮到所處環(huán)境的風力大小和地震等因素，進行相應(yīng)地防風、抗震設(shè)計。此外，高層建筑由于其上方較高，會產(chǎn)生一定程度的側(cè)移，側(cè)移不僅會讓高層建筑中的人感到不舒服，并且會對建筑的結(jié)構(gòu)和使用產(chǎn)生較大影響。因此，在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計至關(guān)重要，設(shè)計時應(yīng)適當?shù)目刂破鋫?cè)移程度，避免對建筑物的使用造成影響。

（二）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

1、結(jié)構(gòu)計算簡圖選擇的合理性

計算簡圖是進行高層建筑設(shè)計的基礎(chǔ)，如果計算簡圖選擇的不合適，那么很容易造成高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計得不合理，進而導致安全事故的發(fā)生。因此，在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，務(wù)必要保證其計算簡圖的恰當。

2、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的合理性

在進行高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計時，要根據(jù)建筑所處的地理、地質(zhì)環(huán)境不同進行選擇。而且還要分析其對周圍建筑物的影響以及施工的條件，在綜合考量各種因素之后選擇一個最科學、最合適的基礎(chǔ)設(shè)計方案，盡可能地使地基的稟賦得到發(fā)揮。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的合理性

相關(guān)建筑設(shè)計單位在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)充分考慮到高層建筑自身特點、選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的最優(yōu)化。設(shè)計人員應(yīng)對建筑所處的地理環(huán)境、施工條件、材料和設(shè)計需求等作出分析，確立最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題及解決措施

高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程主要可以分為實地考察、結(jié)構(gòu)計算、內(nèi)力計算和選擇設(shè)計方案等四個階段。目前我國的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要存在以下問題：

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計方案不符合實際情況

據(jù)統(tǒng)計表面，40%的工作人員在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時沒有進行實地考察，只是盲目的依據(jù)理論進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，忽略了當?shù)氐淖匀粭l件以及實際施工情況，導致設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)不符合實際要求，嚴重的甚至出現(xiàn)建筑事故。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員一定要明確結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性，在設(shè)計時注意將理論與實踐相結(jié)合，切不可紙上談兵。相關(guān)的單位也要加強對設(shè)計人員的監(jiān)督，建立嚴格的考核機制來督促設(shè)計進行實地考察

（二）建筑的高度設(shè)計問題

由于高層建筑對抗震能力有較高的要求，因此對建筑的高度有著嚴格的規(guī)定。隨著實際需求的改變，我國規(guī)定限制高度為A級高度，增加了B級高度，并對A級高度進行了詳細的劃分。部分建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，忽略了建筑物的高度問題，對整個建筑的建設(shè)進度以及成本預計都造成了不良影響。設(shè)計人員在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要對高度規(guī)范有明確認識，對設(shè)計圖紙進行嚴格審查，確保設(shè)計符合相關(guān)要求，如果出現(xiàn)問題要及時組織專家會議進行重新評估和設(shè)計，避免影響建筑的施工進度。

（三）抗側(cè)力結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題

上文已經(jīng)說過，高層建筑由于其高度較高的問題，對結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力要求很高。隨著高度的增長，建筑的位移和彎矩等都會發(fā)生變化，而且是呈現(xiàn)指數(shù)上升的非線性變化。所以建筑物的層數(shù)越高，水平荷載的控制就顯得越重要。因此設(shè)計人員在設(shè)計時一定要充分考慮材料使用量和水平荷載，優(yōu)化建筑的整體結(jié)構(gòu)。

（四）側(cè)移的控制問題

據(jù)有關(guān)資料顯示，側(cè)移是造成建筑裝飾和填充墻開裂、損壞的主要因素。而高層建筑由于其自身特點，側(cè)移的影響更加明顯。側(cè)移會給建筑構(gòu)件帶來巨大的附加應(yīng)力，使建筑主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或損壞，嚴重的甚至可能導致整個建筑物的坍塌。因此，設(shè)計人員在設(shè)計時一定要考慮如何控制其側(cè)移程度，以此來保證高層建筑的安全性，避免建筑物開裂而引起人們的恐慌。

（五）建筑物抗震能力的設(shè)計問題

2008年發(fā)生的汶川地震給我國人民的生命財產(chǎn)安全造成了重大損失，建筑物的抗震能力越來越被人們關(guān)注。高層建筑由于其高度導致的垂直荷載較大，地震對其的危害更加顯著。尤其是在一些地震頻發(fā)區(qū)，地震發(fā)生時，高層建筑隨著高度的增加上層會顯得較“軟”，產(chǎn)生較大變形，造成建筑的倒塌。因此，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員務(wù)必要采取合理有效地措施，使得建筑的結(jié)構(gòu)具有較強的可塑性和承載變形的能力，提升高層建筑的抗震性能。

（六）高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題

建筑的剛度中心、幾何中心和結(jié)構(gòu)重心的不統(tǒng)一容易造成高層建筑在荷載作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，進而導致建筑物的損壞。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計時應(yīng)盡量使高層建筑物的剛度中心、幾何中心和結(jié)構(gòu)重心匯于一點，避免由扭轉(zhuǎn)振動導致的建筑物破壞情況。

研究表明，高層建筑的扭轉(zhuǎn)作用和質(zhì)量的分布有關(guān)，質(zhì)量分布不均勻的建筑物扭轉(zhuǎn)作用力很大。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在建筑設(shè)計時可通過矩形、正多邊形、圓形等簡單平面形式使各樓層的作用力均勻分布，以減小建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。實際情況中，可能會出現(xiàn)不得不用T形、十字形等復雜平面形式的情況，這時應(yīng)控制好凸出部分寬度與厚度的比值，使其處于合理的范圍之內(nèi)，盡量使結(jié)構(gòu)處于一種對稱的平衡狀態(tài)，從而減輕建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)作用。

（七）梁、板跨度的計算問題

通常，高層建筑設(shè)計教材上所講的計算跨度，如凈跨的1.1倍等，在寬扁梁中是不適合的。許多設(shè)計人員在工作中沒有注意這一點，結(jié)果導致設(shè)計出來的方案不符合實際施工要求。比如在扁梁結(jié)構(gòu)中，由于梁的高度和板的厚度相差不多，在計算長度時應(yīng)取到梁的中心位置，選取梁中心處的彎矩和梁的厚度中的較大值來配筋。由于柱子也已被看做超大截面梁，因此在梁配筋時取柱邊彎矩并進行削峰。總之，設(shè)計人員應(yīng)不局限于書本理論，要根據(jù)實際情況靈活變通，保證設(shè)計的合理性。

（八）筏和箱基礎(chǔ)底板的挑板問題

在進行箱、筏基礎(chǔ)底板挑板時，設(shè)計人員要注意是否涉及挑板問題。若取消挑板，利于柔性防水；若出挑板，則可以降低建筑整體的沉降，調(diào)整建筑的整體傾斜。此外，窗井部位在計算時不按挑板進行計算，而是被作為挑板上的砌墻，在實際設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)橫隔墻的密度和地下水位進行具體分析考慮。設(shè)計時，還要注意挑板的陽角問題，若基礎(chǔ)底面積較小，則可直接使用直角。

結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展，人民在生活質(zhì)量日益提高的同時對高層建筑的設(shè)計要求也越來越高。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計作為一項綜合性很強的技術(shù)，對整個建筑的設(shè)計有著十分重要的作用。在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合其自身特點，注意設(shè)計方案的合理性，同時對設(shè)計中的各方面問題進行分析，找出相應(yīng)的解決措施，從而保障高層建筑的安全性和舒適性。

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