李潤(rùn)祖

摘要：隨著城市建設(shè)的發(fā)展，土地資源的匱乏和人口的不斷增長(zhǎng)導(dǎo)致民用建筑用地使用越來越緊缺，高層民用建筑的建設(shè)是解決問題的必然之路。高層民用建筑使用范圍廣、功能多，它的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)且復(fù)雜又責(zé)任重大的工作。建筑高度不斷增加，建筑的功能和用途不斷的改變，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的要求也會(huì)增大，因此，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究是高層建筑的重中之重。本文就高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的部分問題進(jìn)行了探討，對(duì)建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)也給出了自己的一些見解，主要思考重點(diǎn)是在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則、重用設(shè)計(jì)目標(biāo)、安全度三個(gè)方面。

關(guān)鍵詞：高層；民用建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；思考

中圖分類號(hào)：TU973.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）11—180—02

前言

根據(jù)我國(guó)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高層民用建筑屬于高層建筑。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，隨著建筑高度和樓層的不斷增加，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的類型與功能也會(huì)越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系越來越復(fù)雜，建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣關(guān)系著人們的生命安全，也決定了建筑功能的適用性、經(jīng)濟(jì)性、合理性及美觀。所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須認(rèn)真思考設(shè)計(jì)重點(diǎn)和規(guī)范，高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求的結(jié)合工程實(shí)際做好相關(guān)的設(shè)計(jì)工作。

1高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，有些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師往往過于將目光放在結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確上，而忽略了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的具體情況，沒有對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作出多個(gè)方案的選擇，也沒有根據(jù)當(dāng)?shù)鼐用裆盍?xí)性、文化特征、生產(chǎn)要求等具體情況進(jìn)行具體分析，從而出現(xiàn)設(shè)計(jì)的局限性、設(shè)計(jì)規(guī)范性的不足以及安全理念等問題。在進(jìn)行高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，還要遵循國(guó)家規(guī)定的高層建筑原則和理念，其中就包括選擇建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，保證誤差在國(guó)家規(guī)定的范圍之內(nèi)，確保高層建筑安全：綜合考慮高層建筑上部的結(jié)構(gòu)、荷載、施工條件、氣候條件和相鄰的建筑物等結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)各個(gè)因素影響。

2概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)包括建筑概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。建筑概念設(shè)計(jì)是對(duì)滿足建筑使用功能、造型優(yōu)美、技術(shù)先進(jìn)的總建筑方案的確定；結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)旨在有意識(shí)地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，滿足結(jié)構(gòu)的功能要求和建筑功能的需要，以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)可能的設(shè)計(jì)原則，確定最優(yōu)的結(jié)構(gòu)體系，選擇適用的建筑材料和合理的關(guān)鍵部位構(gòu)造、結(jié)合適宜的施工及合理的效益達(dá)到房屋設(shè)計(jì)的統(tǒng)一。

3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

隨著人們對(duì)現(xiàn)代建筑要求的提高，在當(dāng)前的城市高層建筑建設(shè)過程中更是離不開對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如何才能夠提高混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平和提高建筑的質(zhì)量和性能，就成為了當(dāng)前建設(shè)單位所亟待解決的問題，而當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)有：

（1）側(cè)向力（風(fēng)或水平地震作用）成為影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力、結(jié)構(gòu)變形及建筑物土建造價(jià)的主要因素。高層建筑和低層建筑一樣，承受自重活載雪載等垂直荷載和風(fēng)、地震等水平力，在低層結(jié)構(gòu)中，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小，可以忽略不計(jì)。

（2）結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適宜剛度。隨著高度的增加，高層建筑的側(cè)向位移迅速增大。因此設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，不僅要求結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度，而且要求結(jié)構(gòu)有適宜的剛度，使結(jié)構(gòu)有合理的自振頻率等動(dòng)力特性，并使水平力作用下的層位移控制在一定范圍之內(nèi)。

4高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型的思考

4.1根據(jù)建筑的整體、實(shí)用和經(jīng)濟(jì)性選型

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)選型一般包括有箱形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、條形交叉梁基礎(chǔ)等。在選擇建筑基礎(chǔ)形式上，我們應(yīng)根據(jù)建筑的上部結(jié)構(gòu)類型、層數(shù)、荷載及地基的承載能力選擇整體好、滿足地基承載力和建筑整體允許變形要求的基礎(chǔ)形式，以達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)的安全實(shí)用和經(jīng)濟(jì)合理的目的。如果在選型基礎(chǔ)上沒有考慮以上因素的存在，當(dāng)高層建筑物層數(shù)較多、地下室柱距較大、基底反力較大時(shí)，選型使用筏板基礎(chǔ)中的梁板式而非平板式，這樣建筑基礎(chǔ)梁截面較大，其必然增加基礎(chǔ)埋置深度，且當(dāng)建設(shè)水位高時(shí)，梁板的混凝土需要分層澆筑，這樣必會(huì)增加梁板支模的時(shí)間，使工期增長(zhǎng)，實(shí)用和經(jīng)濟(jì)效益反而比平板式差。

4.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量采用規(guī)則的平面布置和立面對(duì)稱造型在高層建筑方案設(shè)計(jì)初期階段，應(yīng)提倡平面布置和立面造型簡(jiǎn)單對(duì)稱。簡(jiǎn)單、對(duì)稱的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，震害不容易破壞，在民用建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)考慮抗震的概念設(shè)計(jì)，多采用規(guī)則的、對(duì)稱的建筑設(shè)計(jì)方案，避免采用不規(guī)則的、不對(duì)稱的設(shè)計(jì)方案。在平面、豎向建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒有明顯的、突出的突變，并應(yīng)盡量避免整體扭轉(zhuǎn)不均勻的現(xiàn)象出現(xiàn)，使質(zhì)量中心和剛度中心基本相重合。在建筑結(jié)構(gòu)體型上簡(jiǎn)單、抗側(cè)力體系的剛度和承載力上下變化應(yīng)連續(xù)。

5高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重用目標(biāo)的思考

建筑結(jié)構(gòu)包括梁、板、柱、墻和基礎(chǔ)等構(gòu)成，這些結(jié)構(gòu)組成建筑整體結(jié)構(gòu)基本形體的力學(xué)構(gòu)件和體系。從本質(zhì)上來說，設(shè)計(jì)重用是通過充分利用已有的設(shè)計(jì)成果提高新設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)效率。一個(gè)建筑工程內(nèi)都存在很多重復(fù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，這種重用目標(biāo)的方法在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)工程師通常把相同布局的樓層歸并為標(biāo)準(zhǔn)層，并將標(biāo)準(zhǔn)層作為相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后將每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層逐一設(shè)計(jì)，并具有單獨(dú)成套的圖紙。建筑工程作為一種復(fù)雜的定制型工程，設(shè)計(jì)變更和修改占據(jù)了設(shè)計(jì)過程的大部分時(shí)間，如果采用設(shè)計(jì)重用，就可用一個(gè)可重用單元替代重復(fù)設(shè)計(jì)部分，這樣，修改可重用單元就可將修改自動(dòng)作用于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)層，避免了逐一修改各標(biāo)準(zhǔn)層。

6高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全的幾點(diǎn)思考

6.1根據(jù)國(guó)家安全設(shè)計(jì)規(guī)范制定建筑物的設(shè)計(jì)安全

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市建筑安全規(guī)范要求較以前更加健全，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全是一個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)施工水平與材料質(zhì)量水平的綜合反映。在我國(guó)建筑市場(chǎng)的各類設(shè)計(jì)規(guī)范中，與結(jié)構(gòu)相關(guān)的各類設(shè)計(jì)規(guī)范要求都比較合理規(guī)范，因此，在建筑設(shè)計(jì)安全規(guī)范中，需要我們充分考慮到國(guó)家的實(shí)際政策，始終貫穿建筑物安全和施工意識(shí)，認(rèn)真執(zhí)行國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最低標(biāo)準(zhǔn)鋼量的使用，在不考慮震害的情況下，規(guī)范中最小含鋼量應(yīng)在1%左右，在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要我們?cè)谶@個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上增加使用的鋼量，以確保使用的安全度。

6.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要有轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)思想，提高安全度

建筑結(jié)構(gòu)作為市場(chǎng)特殊商品，其設(shè)計(jì)安全的高低不再是政府行為，它的安全性關(guān)系到房屋開發(fā)商、施工單位、保險(xiǎn)和使用戶主。所以，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全需要我們?cè)O(shè)計(jì)者轉(zhuǎn)變思想，不僅要保證建筑物的安全，也要保證用戶使用的安全。

6.3建筑結(jié)構(gòu)采用可靠度理論進(jìn)行設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以采用了先進(jìn)的可靠度理論，采用失效概率來描述建筑結(jié)構(gòu)的可靠性，將作用效應(yīng)與抗力相互的獨(dú)立開來，在我國(guó)的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中廣泛應(yīng)用的這一理論。這套理論在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織和多次國(guó)際安全年度會(huì)議中也得到大力的推廣和應(yīng)用。因此，我們應(yīng)該多學(xué)習(xí)和應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)手段，不斷改進(jìn)和完善可靠度理論應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的問題，同時(shí)在現(xiàn)有的可靠度設(shè)計(jì)規(guī)范中應(yīng)考慮到更多的風(fēng)險(xiǎn)因素，為建筑的安全性保駕護(hù)航。

7結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)要點(diǎn)，需要我們?cè)O(shè)計(jì)者牢記于心，在實(shí)際應(yīng)用中不斷發(fā)揮潛力，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理規(guī)范。同時(shí)也要相信，隨著建設(shè)部關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)規(guī)定的出臺(tái)，中國(guó)建筑設(shè)計(jì)體系將進(jìn)一步建立健全，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度、適用性和穩(wěn)定性將會(huì)更加突顯，最終促進(jìn)我國(guó)建筑質(zhì)量與安全水平的提高。