熊 航

（中外建華誠城市建筑規(guī)劃設計有限公司， 江西 南昌 330000）

當前高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的問題及其優(yōu)化措施分析

熊 航

（中外建華誠城市建筑規(guī)劃設計有限公司， 江西 南昌 330000）

隨著現(xiàn)代城市化進程的不斷推進，城市建設土地資源日益緊缺，逐漸成為了困擾城市發(fā)展的一大問題。因此，越來越多的建筑傾向于高層設計，通過提升高度來解決供需矛盾，但高層建筑設計也需要承擔更多風險，繼而給高層建筑結(jié)構(gòu)設計帶來一定挑戰(zhàn)。本文從現(xiàn)階段高層建筑結(jié)構(gòu)設計的特點出發(fā)，闡述高層建筑結(jié)構(gòu)設計中存在的一些問題及優(yōu)化設計措施，最后并提出了做好高層建筑結(jié)構(gòu)設計的相關建議，以期提升高層建筑結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設計；存在問題；策略

1 現(xiàn)階段高層建筑結(jié)構(gòu)設計的特點

1.1 建筑設計中水平荷載

在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，可以從以下兩個方面來分析水平荷載問題，一方面，樓房自身重量和建筑樓面所承受荷載作用于豎向構(gòu)件中，其所引起的軸力和彎矩數(shù)值與建筑物高度的一次方成正比關系。另一方面，對于某一特定高層建筑物來說，其豎向載荷能力已經(jīng)是定值，而在水平載荷的數(shù)值會隨著建筑結(jié)構(gòu)的動力特性的變化而變化。

1.2 建筑設計中軸向變形

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設計中，建筑物豎向載荷的數(shù)值一般都比較大，如果設計時考慮不周，會在柱體中引起一定軸向變形，對連續(xù)梁彎矩有一定的影響，這種情況會減少連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值，而端支座的副彎矩值和跨中正彎矩則會出現(xiàn)增大的情況；在建筑設計中，需要根據(jù)軸向變形來計算相應的數(shù)值，對預制構(gòu)件的下料長度進行細致的調(diào)整；有關軸向變形的問題，還會影響到構(gòu)件的剪力和側(cè)移的幅度，從而引起建筑設計的安全問題。

1.3 建筑設計中結(jié)構(gòu)延性

對高層建筑物來說，它直對于一些較低的建筑物有更為柔和的建筑結(jié)構(gòu)，在一些突發(fā)震動情況下會產(chǎn)生較大的變形。為使建筑結(jié)構(gòu)在塑性變形后仍然具有良好的變形能力，避免出現(xiàn)建筑倒塌，我們在建筑設計時要采到一定的措施，以保證高層建筑的結(jié)構(gòu)具有適合的延性。

1.4 建筑設計中側(cè)移幅度

在高層建筑設計中，建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)移的問題是高層建筑結(jié)構(gòu)設計的關鍵要素，隨著高層建筑高度的增加，其水平荷載能力也在隨之變化，建筑物結(jié)構(gòu)側(cè)移的幅度迅速增大，為確保高層建筑的質(zhì)量安全，必須把建筑結(jié)構(gòu)水平荷載下的側(cè)移幅度設計控制在一定限度之內(nèi)。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設計中存在的問題及優(yōu)化設計措施

近年來，為緩解城市土地資源緊張以及改善民生的問題，高層建筑結(jié)構(gòu)設計的應用日漸廣泛，但在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中依然存在諸多問題，由此導致高層建筑結(jié)構(gòu)的設計質(zhì)量及建設質(zhì)量難以得到有效保證。

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)選型設計階段

1）結(jié)構(gòu)規(guī)則性方面。由于新舊規(guī)范在結(jié)構(gòu)規(guī)則性方面內(nèi)容有較大改變，新規(guī)范在結(jié)構(gòu)規(guī)則性方面增加了很多限制條件，比如平面規(guī)則性、嵌固端上下層剛度比等信息，并明確指出建筑不得采取嚴重不規(guī)則的建筑設計方案。基于此，作為結(jié)構(gòu)工程師必須遵守新規(guī)范中的限制條件，還應注意避免后期的施工圖設計工作出現(xiàn)被動。

2）結(jié)構(gòu)超高方面。在現(xiàn)行抗震規(guī)范和高規(guī)中，對結(jié)構(gòu)總高度有著嚴格限制，尤其對于超高方面的問題，不僅把原有限制高度設為A級高度建筑，還增添了B級高度建筑。但是，在實際結(jié)構(gòu)設計中，經(jīng)常出現(xiàn)因結(jié)構(gòu)類型變更而忽略了這一問題，導致施工圖難以通過審查，要么重新設計要么開專家辯證會議，這些對工程的造價和工期等具有巨大的影響。

3）設置嵌固端方面。通常高層建筑都會設置兩層或兩層以上的人防和地下室，人防頂板和地下室頂板都有可能是嵌固端的設置點。但在這個問題上，我們經(jīng)常會忽略一些固定端設置引起的問題，例如，對地板塊固定端的設計問題，固定端的層剛度比的限制，固定端抗震等級層除了是一致的，，也在建筑結(jié)構(gòu)計算如何設置固定端和固定端和抗震縫如何協(xié)調(diào)等多方面的問題，如果我們忽略了任何問題都會帶來安全隱患工作到很晚。

4）設置短肢剪力墻方面。在新規(guī)范內(nèi)容中，就短肢剪力墻定義為墻肢截面高厚比5～8的墻，并結(jié)合實際經(jīng)驗和實驗資料，在高層建筑中應用短肢剪力增添了很多限制，因此，肢剪力墻比普通剪力墻抗震等級要提高一級，這樣會導致建筑成本提高，但短肢剪力墻對使用上有很大的便利?；诖?，在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，作為結(jié)構(gòu)工程師對于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系也不能全部否定，應該有所比較的選擇，看主要注重哪一方面，再來選擇結(jié)構(gòu)體系。

2.2 高層建筑地基基礎設計階段

地基基礎設計階段的設計工作質(zhì)量，不僅直接影響著后期結(jié)構(gòu)設計工作，同時也影響著工程造價成本。所以在地基基礎設計階段，所出現(xiàn)問題將會更加嚴重甚至損失無法估量。由于中國地域遼闊，地質(zhì)條件復雜，我們的設計基礎標準難以滿足各地區(qū)的需求，因此，我們應該注意一些當?shù)氐牡鼗A設計規(guī)范的規(guī)定，這樣不僅可以搜索多個局部地基類型和設計加工手段和比較成熟的經(jīng)驗，詳細的描述。因此，在高層建筑基礎設計階段，有必要對局部規(guī)范進行研究，以避免對整體結(jié)構(gòu)設計和后期設計工作產(chǎn)生重大影響。

2.3 高層建筑結(jié)構(gòu)計算和分析階段

在高層建筑結(jié)構(gòu)計算和分析階段，只有準確高效的分析工程內(nèi)力，并結(jié)合規(guī)范要求進行處理與設計，才能確保工程設計質(zhì)量。新規(guī)范就高層建筑結(jié)構(gòu)計算和分析方面的內(nèi)容進行了大量的調(diào)整和改進，因此，需要注意以下幾方面問題。

1）如何選擇結(jié)構(gòu)整體計算軟件。當前，結(jié)構(gòu)整體計算軟件通常有TAT、SATWE等軟件。但這些軟件在計算模型采用時存在一些差距，從而造成各計算軟件的結(jié)構(gòu)有著一定區(qū)別。因此，在選擇結(jié)構(gòu)整體計算軟件時，應結(jié)合結(jié)構(gòu)類型及計算軟件模型的特點進行分析，選擇切實可行的計算軟件，并根據(jù)不同的計算軟件的計算結(jié)果，判定該軟件的合理性、參考性或沒有任何實際價值的，這些都是結(jié)構(gòu)工程師必須進行的首要設計工作。只有選好結(jié)構(gòu)整體計算軟件，才能基本保障建筑結(jié)構(gòu)的安全。

2）考慮振型數(shù)目足夠與否。在新規(guī)范中，增加了振型參與系數(shù)的概念，并對其參數(shù)作了明確的限制。在舊的標準內(nèi)容中，對于模式參與系數(shù)的概念，即使參數(shù)不設置且參數(shù)有限，很難滿足新規(guī)范的設計要求。在此基礎上，在高層建筑的計算分析階段，必須準確計算計算結(jié)果中各參數(shù)的結(jié)果，并確定需要調(diào)整的振型數(shù)。

3）考慮地震力是否需要放大以及建筑隔墻給自振周期帶來的影響。在新舊規(guī)范內(nèi)容中，就地震力是否需要放大以及建筑隔墻給自振周期帶來的影響都有提及。不同的是在新規(guī)范結(jié)合大量工程的實際測量周期，并就多種結(jié)構(gòu)體系下的高層建筑結(jié)構(gòu)的自振周期折減系數(shù)也有了明確的指出。

4）考慮是否分開計算多塔間地震周期相互干擾。近年來，我國出現(xiàn)了許多底盤大、塔樓多的新型高層建筑類型。因此，必須把結(jié)構(gòu)作為整體并根據(jù)多塔類型計算，還是把結(jié)構(gòu)人為的分開而計算。

3 做好高層建筑結(jié)構(gòu)設計的相關建議

針對上述我國高層建筑結(jié)構(gòu)設計中存在的若干問題分析，并結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)設計的實際工作經(jīng)驗和相關知識的掌握，提出以下若干建議：

（1）要不斷提高自己專業(yè)技能和素質(zhì)，確保建筑結(jié)構(gòu)設計的科學合理性。

（2）在對高層建筑進行結(jié)構(gòu)設計時，設計人員需根據(jù)建筑需要和建筑周邊環(huán)境綜合考慮設計方案，盡可能達到設計方案的最優(yōu)化處理。

（3）設計人員應注意運用先進的技術手段對建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在的復雜應力進行科學合理的研究與分析，在結(jié)構(gòu)設計中需考慮各應力的特點和變異特性，防止建筑在施工和使用過程中出現(xiàn)軸向變形、應力變異、結(jié)構(gòu)斷裂等現(xiàn)象。

（4）在對建筑配套系統(tǒng)進行設計的過程中需一方面保證該系統(tǒng)設施的安全穩(wěn)定性，另一方面要注意盡量簡化系統(tǒng)管線路，為系統(tǒng)在使用過程中的維護保養(yǎng)提供便利。

（5）加強消防滅火、抗震、抗風、防雷電等安全設施設計，保障高層建筑使用中的安全穩(wěn)定。

4 結(jié)語

總之，建筑結(jié)構(gòu)設計是一個長期、復雜甚至循環(huán)往復的過程是，其設計的好壞直接影響著高層建筑的整體質(zhì)量，而且任何遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結(jié)果存在不安全因素。因此，要加強重視高層建筑設計階段的結(jié)構(gòu)設計工作，同時，設計人員也要加強對規(guī)范的分析認識、理解和把握，做到細致周全，為建設安全高質(zhì)量的高層建筑貢獻自己的一份力量。?

[1]蘇定.高層建筑結(jié)構(gòu)設計的問題及對策分析[J].中華民居，2014，10

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