黃小明

婁底市城市建筑設(shè)計有限公司，湖南婁底 417000

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，高層建筑和超高層建筑越來越多，而建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計對建筑的安全使用性能和壽命都將產(chǎn)生直接影響。隨著人們對建筑的需求越來越高，對設(shè)計師提出的要求也越來越復(fù)雜。所以，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要逐步解決容易發(fā)生的問題，以保證建筑的正常交付和使用。

1 我國高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展特點

1.1 建筑高度不斷增加

依據(jù)有關(guān)資料，自80年代到20世紀(jì)末期，伴隨中國經(jīng)濟的增長，建設(shè)了100多棟高于150m的建筑，到2006年年末，中國內(nèi)部共計建設(shè)了150多棟高于150m的建筑，到2009年年末，該類建筑的數(shù)量已達(dá)到250棟，在2016年，又制定了很多高層建筑建設(shè)規(guī)劃。從這可以知道，國內(nèi)高層建筑無論在建設(shè)速度還是在建設(shè)數(shù)量方面，均讓人驚嘆。如圖1所示。

圖1 城市高樓林立

1.2 結(jié)構(gòu)體型日趨復(fù)雜

伴隨我國經(jīng)濟的增長，高層建筑一方面要具有建筑自身應(yīng)當(dāng)有的效能，另一方面還應(yīng)當(dāng)有自身的特色。中國大多數(shù)區(qū)域為抗震區(qū)域，而高層建筑集聚的東部沿海省份還是臺風(fēng)發(fā)生概率較高的區(qū)域。比如福建、廣東等地建造的高層建筑，廣州市區(qū)便是臺風(fēng)發(fā)生頻次較高的區(qū)域，而建筑架構(gòu)體型的日漸繁雜讓設(shè)計過程中原本就難度較大的抗風(fēng)、抗震等問題面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

1.3 超高層建筑中鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)為主

依據(jù)相關(guān)資料，到2017年年末，中國高于250m的超高層建筑架構(gòu)中，鋼-混凝土架構(gòu)占到98.4%，比如金茂大廈、上海環(huán)球金融中心，外部框架都是型鋼混凝土柱和鋼柱，內(nèi)部為鋼筋混凝土核心筒；剛建成不久的117大廈，外部運用鋼管混凝土柱，內(nèi)部為鋼板混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。鋼架構(gòu)具有技術(shù)方面的優(yōu)點與混凝土成本較少的特征，推動了中國鋼-混凝土混合架構(gòu)的快速崛起。另外，鋼混架構(gòu)呈現(xiàn)為結(jié)構(gòu)方式多元、適應(yīng)水平高、結(jié)構(gòu)功能優(yōu)良、穩(wěn)定性優(yōu)良等優(yōu)勢，為此估計在未來的高層建筑設(shè)計中這種結(jié)構(gòu)會得到更大范圍的運用。

1.4 新型結(jié)構(gòu)體系涌現(xiàn)

伴隨高層建筑的發(fā)展，產(chǎn)生了諸多新型架構(gòu)機制。比如廣州西塔運用了外部交叉網(wǎng)格架構(gòu)機制；天津津塔主要抗側(cè)力機制包括外伸鋼臂抗側(cè)力機制、鋼管混凝土柱外框、核心鋼板剪力墻機制；國貿(mào)三期主塔樓運用的是鋼-混凝土結(jié)構(gòu)-核心筒架構(gòu)。另外，以巨型柱為基礎(chǔ)的巨型架構(gòu)等結(jié)構(gòu)方式也廣泛運用到高層建筑中。

2 工程概況

貴州某高層住宅小區(qū)位于某市新城核心商務(wù)區(qū)，是以住宅為主的商住兩種主要功能的為一體的綜合體。用地內(nèi)擬建2棟2+9F小高層商住樓、2棟18F高層住宅樓、4棟1+28F高層住宅樓、1棟5F多層賓館及一個一層地下車庫。本工程正負(fù)零以上設(shè)結(jié)構(gòu)縫，地下室不設(shè)縫，工程1#～8#樓及賓館基礎(chǔ)采用旋挖鉆孔灌注樁，純地下室部分采用淺基礎(chǔ)，其中地下室長約150m，寬約130m，為超長地下室，地下室結(jié)構(gòu)采取每隔30～40m設(shè)置一道沉降后澆帶（后澆帶貫通地下室底板，頂板及外墻），并在地下室砼中摻入高效特種膨脹抗裂劑，以減少超長地下室砼的收縮應(yīng)力。本工程主體結(jié)構(gòu)設(shè)計合理使用年限均為50年。其各棟結(jié)構(gòu)類型及建筑物等級分類概況見表1。

表1 各棟結(jié)構(gòu)類型及建筑物等級分類概況

表2 基本設(shè)計參數(shù)和指標(biāo)

3 工程案例中結(jié)構(gòu)設(shè)計存在不足

3.1 布局不均衡

在現(xiàn)代高層建筑工程中，總體結(jié)構(gòu)規(guī)劃布局非常重要，規(guī)劃設(shè)計是建筑工程規(guī)模和施工的前提。一個優(yōu)秀的總體結(jié)構(gòu)規(guī)劃布局，建筑主體和裙房之間的距離空間差是有一定標(biāo)準(zhǔn)的，但在實際中許多設(shè)計人員卻忽略了這一點，沒有平衡處理建筑主體和道路等其他設(shè)施之間的布局，影響了高層建筑與環(huán)境之間的兼容性與和諧性。所以要高度重視高層建筑的規(guī)劃設(shè)計工作，不能影響周圍的建筑、道路、車輛和行人安全等。

3.2 消防安全隱患

高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，各種建筑功能材料五花八門，比如墻體保溫材料就屬于易燃物品，有較大火災(zāi)隱患。在高層建筑中空氣對流比較強，一旦發(fā)生火災(zāi)，建筑中風(fēng)速很大，短時間內(nèi)就會發(fā)展到周圍建筑物，加大了救援難度。設(shè)計人員必須加強防火安全意識，在設(shè)計中尤其是對需要承重的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部分要進(jìn)行強化，即便發(fā)生火災(zāi)，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)不能輕易受到損壞，更不能坍塌。所以，消防安全隱患是高層建筑結(jié)構(gòu)布局設(shè)計中應(yīng)充分考慮的重要問題之一。

3.3 超限高隱患

一些企業(yè)對高層建筑進(jìn)行高限設(shè)計，在施工中卻層層突破。已達(dá)到利潤最大化的目的。在設(shè)計圖紙上看似沒有高出限制，但在施工中卻暗度陳倉。比如，一些開發(fā)商避開100m限值，讓設(shè)計總高度達(dá)到99.9m，每層高度2.8m，但在實際施工中每層高度卻達(dá)到3m，顯然實際的建筑總高度已超出設(shè)計高度。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中雖然預(yù)提增加了一定的超高重力載荷，但是在實際中對高層結(jié)構(gòu)影響最大的并非重力垂直承載力，而是橫向負(fù)荷作用下承載能力的大小，如果橫向負(fù)荷發(fā)生較大變化，那么建筑主體就會過載而產(chǎn)生安全隱患。

3.4 片面追求外觀

漂亮的外觀對于高層建筑而言十分重要，追求外觀美化要建立在科學(xué)和安全設(shè)計的基礎(chǔ)之上，不能為了追求美觀而忽略了主體系統(tǒng)建設(shè)，更不能進(jìn)行違規(guī)設(shè)計和建設(shè)施工，減少安全隱患，即使遇到強烈的自然災(zāi)害也不會出現(xiàn)大的問題。所以，科學(xué)安全的設(shè)計和規(guī)范施工非常的重要。

4 工程案例建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的改進(jìn)措施

4.1 全面審議基礎(chǔ)方案

合理計算簡圖，簡圖對高層建筑結(jié)構(gòu)起著至關(guān)重要的作用，在某種程度上，為了保證簡圖安全性能和穩(wěn)定性能，需要采取一定的施工方法，除了注意鉸節(jié)點和鋼節(jié)點之外，也要不斷的將計算誤差控制在合理范圍內(nèi)，以確保計算簡圖科學(xué)性。在經(jīng)濟上選擇合理可行的制度是一個重要的前提。

4.2 完善消防設(shè)計

高層建筑自身的缺陷非常突出，特別是在發(fā)生火災(zāi)、地震等突發(fā)事件時。設(shè)計人員要充分認(rèn)識到這一點，對消防結(jié)構(gòu)設(shè)計要加以改進(jìn)和完善，比如要最大限度減少使用易燃保溫材料，增加建筑物之間的距離。另外，需要設(shè)計科學(xué)的疏散系統(tǒng)，一旦發(fā)生突發(fā)災(zāi)害，可以盡快疏散人員減少傷亡。

4.3 建筑結(jié)構(gòu)超高

高層建筑對建筑質(zhì)量及其抗震性能提出了更高的要求。所以，必須按照有關(guān)規(guī)定不斷細(xì)化建筑物抗震和高度要求，切實解決建筑的超高問題，改善結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。相關(guān)的結(jié)構(gòu)項目管理部門應(yīng)該高度重視建筑超高問題，在設(shè)計和施工審計過程中，要及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，以免影響項目成本和工期。

4.4 提高抗震能力

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中要提高抗震能力。設(shè)計平面形狀要提高對稱性，豎向剛度要增加均勻性。加強構(gòu)件抗側(cè)能力。要選擇合適的規(guī)范形體，由于構(gòu)件本身的平面布置比較合理，側(cè)向力變化豎向均勻，抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度有序減小，增加了側(cè)向剛度和承載力，提高了抗震能力。

4.5 優(yōu)化抗風(fēng)結(jié)構(gòu)

（1）優(yōu)化基礎(chǔ)。為了保證建筑結(jié)構(gòu)的良好抗風(fēng)性，要確保高層建筑的結(jié)構(gòu)是牢固的。因此，可在基礎(chǔ)設(shè)計過程中應(yīng)用頂配碎石，基礎(chǔ)持力層需要架設(shè)抗拔錨桿。

（2）提高能耗結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，對非承重構(gòu)件要利用能耗構(gòu)件，如，剪力墻或樓板等耗能構(gòu)件，消除風(fēng)能對建筑物的影響。

（3）提高了結(jié)構(gòu)的承載力和抗風(fēng)性能?；谙嚓P(guān)數(shù)據(jù)驗算高層建筑結(jié)構(gòu)承載力與抗風(fēng)性，并在此基礎(chǔ)上建立了放大系數(shù)，以保證高層建筑的抗風(fēng)性能。

5 結(jié)語

隨著我國城市化進(jìn)程不斷加快，高層數(shù)量快速增長，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工的質(zhì)量提出了新的要求。文章以某超高層建筑為例，對其建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題進(jìn)行分析，只有采取科學(xué)化的設(shè)計方案，結(jié)合工程項目的實際情況進(jìn)行計算；可以說從整個工程案例的幾個維度來看，設(shè)計者不僅要重視結(jié)構(gòu)的定量計算分析，而且更要注重結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計，即結(jié)構(gòu)的宏觀控制和定性判斷。才可以保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，進(jìn)一步提升其結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

[1] 王曉鋒.談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題[J].山西建筑，2015（2）：56-57.