劉有權(quán)

摘? 要：在當(dāng)前社會(huì)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，建筑功能日趨多樣化，建設(shè)用地越發(fā)緊張，在這種情況下，高層建筑迅速發(fā)展起來(lái)。相較于普通建筑，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度較大。特別是當(dāng)前新的設(shè)計(jì)計(jì)算理念的發(fā)展及較高強(qiáng)材料的開(kāi)發(fā)，這也給高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。高層建筑體系由于需要承擔(dān)較大的垂直荷載、風(fēng)荷載及震力等，當(dāng)建筑高度越大的情況下，風(fēng)荷載和地震力則越大。因此需要掌握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，并針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題進(jìn)行深入分析，積極采取有效的措施加以解決。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);原則;要點(diǎn);平面布局;結(jié)構(gòu)形式

中圖分類(lèi)號(hào)：TU2? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）36-0094-02

Abstract： In the new situation of the rapid development of the current society， the building function is becoming more and more diversified， and the construction land is becoming more and more tense. In this case， the high-rise building is developing rapidly. Compared with ordinary buildings， the structural design of high-rise buildings is more difficult. In particular， the development of new design and calculation concepts and the development of higher strength materials have also brought new challenges to the design of high-rise structures. Because the high-rise building system needs to bear large vertical load， wind load and seismic force， when the building height is larger， the wind load and seismic force are greater. Therefore， it is necessary to grasp the key points of high-rise building structure design， and make an in-depth analysis of the problems existing in high-rise building structure design， and actively take effective measures to solve it.

Keywords： high-rise building; structural design; principle; key points; plane layout; structural form

前言

在高層建筑建設(shè)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是較為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，其會(huì)對(duì)建筑的質(zhì)量、安全和穩(wěn)定性帶來(lái)直接的影響。因此在實(shí)際高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要保證結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)良、計(jì)算簡(jiǎn)圖和分析計(jì)算結(jié)果的合理性，并針對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的軸向變形、結(jié)構(gòu)形式、荷載及高度等問(wèn)題加以重視，科學(xué)合理對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平，為建筑行業(yè)的健康、穩(wěn)定發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循的原則

1.1 結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)良

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求保證建筑設(shè)計(jì)的可行性和經(jīng)濟(jì)性，具體的設(shè)計(jì)方案要合理，同時(shí)結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)形式要更具可行性。在同一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單元中，盡量避免出現(xiàn)多種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系，結(jié)構(gòu)體系受力要明確，并深入分析各種可能的影響因素。針對(duì)于結(jié)構(gòu)方案中的一些重要問(wèn)題要加強(qiáng)與專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，以此來(lái)保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性。

1.2 計(jì)算簡(jiǎn)圖的合理性

計(jì)算簡(jiǎn)圖對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)具有極為重要的意義，其直接關(guān)系到高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算公式及結(jié)構(gòu)構(gòu)造方式。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)如果選擇的計(jì)算簡(jiǎn)圖不恰當(dāng)，必然會(huì)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性帶來(lái)較大的影響。因此在針對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證計(jì)算簡(jiǎn)圖的合理性和準(zhǔn)確性，這樣才能確保高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性。在具體選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，需要保證誤差在可控范圍內(nèi)，從而為高層建筑施工質(zhì)量起到重要的保障作用。

1.3 分析計(jì)算結(jié)果的合理

目前高層建筑設(shè)計(jì)普遍運(yùn)用計(jì)算機(jī)來(lái)完成，建筑設(shè)計(jì)軟件種類(lèi)較多，當(dāng)選擇的設(shè)計(jì)軟件存在差異時(shí)，即使同一建筑也會(huì)存在不同之處。這就要求設(shè)計(jì)人員在選擇建筑設(shè)計(jì)軟件時(shí)，需要針對(duì)每一個(gè)軟件的適用范圍和使用條件進(jìn)行仔細(xì)研究，保證計(jì)算機(jī)輔助軟件的合理性。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡量避免人為操作的情況發(fā)生，針對(duì)于輸入的數(shù)據(jù)要仔細(xì)審查，確保分析計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和合理性。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

2.1 要重視軸向變形的問(wèn)題

由于高層建筑豎向荷載較大，因此在施工過(guò)程中易出現(xiàn)軸向變形，影響建筑彎矩及連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)建筑出現(xiàn)軸向變形時(shí)，其會(huì)造成連續(xù)梁支座負(fù)彎矩?cái)?shù)值下降，建筑正彎矩值也會(huì)隨之提高，構(gòu)件剪力和側(cè)移會(huì)發(fā)生較大的改變。針對(duì)于軸向變形問(wèn)題，需要對(duì)變形進(jìn)行仔細(xì)觀察，并做好構(gòu)件對(duì)比工作，針對(duì)一軸向變形結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，對(duì)構(gòu)件下料長(zhǎng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)下料長(zhǎng)度進(jìn)行合理分配。

2.2 結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)延性問(wèn)題

目前高層建筑設(shè)計(jì)多采用鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，其具有較好的經(jīng)濟(jì)性，材料來(lái)源具有多樣性特點(diǎn)，能夠針對(duì)各種復(fù)雜的斷面形狀進(jìn)行澆筑，將各類(lèi)結(jié)構(gòu)體系更好的體現(xiàn)出來(lái)，整體結(jié)構(gòu)耐久性和防火性具有一定的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)和規(guī)范的設(shè)計(jì)，能夠更好地發(fā)揮出結(jié)構(gòu)的抗震性能。但鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用時(shí)存在構(gòu)件斷面大及自重大的問(wèn)題。采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，其在強(qiáng)度和韌性方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)結(jié)構(gòu)斷面小、自重輕，具有較強(qiáng)的抗震性。通過(guò)在工廠中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加工，可以實(shí)現(xiàn)施工工期的節(jié)約。但構(gòu)件用鋼量較大，造價(jià)相對(duì)較高，防火性能不強(qiáng)，使用過(guò)程中需要大量的防火涂料，無(wú)論是施工周期還是成本都會(huì)有所增加。因此要針對(duì)建筑的實(shí)際情況來(lái)選擇適宜的結(jié)構(gòu)形式。另外，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要將結(jié)構(gòu)的延性作為設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，這樣即使有強(qiáng)力的沖擊影響，建筑結(jié)構(gòu)也能夠保護(hù)良好的變形而不會(huì)坍塌，針以于地震破壞力具有較強(qiáng)的抵御能力。

2.3 荷載與高度問(wèn)題

高層建筑結(jié)構(gòu)的防震及防風(fēng)設(shè)計(jì)需要根據(jù)其自身高度為依據(jù)，具體設(shè)計(jì)時(shí)需要以建筑安全為基點(diǎn)。由于相較于多層建筑高層建筑水平荷載力較為突出，高層建筑重量和產(chǎn)生的內(nèi)力與建筑高度的一次方為正比的關(guān)系，建筑水平荷載力對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的力量與建筑高度的二次方成正比，水平荷載力直接關(guān)系到防震性能和防風(fēng)的設(shè)計(jì)。一旦地震發(fā)生，水平荷載力會(huì)對(duì)建筑產(chǎn)生巨大的作用力，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要精準(zhǔn)計(jì)算水平荷載力，有效地保證建筑的安全。在實(shí)際高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要針對(duì)建筑超高問(wèn)題給予高度的重視，一旦高度超出規(guī)定高度，必然重新設(shè)計(jì)。

3 當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題分析

3.1 結(jié)構(gòu)體系不合理

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)設(shè)計(jì)人員選擇結(jié)構(gòu)體系不合理時(shí)，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性必然會(huì)下降。如在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要充分的結(jié)合工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并根據(jù)建筑所處地區(qū)抗震設(shè)防等級(jí)及風(fēng)荷載情況來(lái)選擇適宜的結(jié)構(gòu)體系。如果設(shè)計(jì)人員選擇的結(jié)構(gòu)體系不合理，在一定程度上會(huì)降低結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。特別是在選擇鋼盤(pán)混凝土結(jié)構(gòu)體系時(shí)，一旦選擇的設(shè)計(jì)指標(biāo)欠缺科學(xué)性，必然會(huì)降低整體結(jié)構(gòu)的性能和可靠性，易發(fā)生各種質(zhì)量和安全問(wèn)題。

3.2 地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不科學(xué)

在高層建筑地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)基礎(chǔ)類(lèi)型選擇不合理時(shí)，建筑物易發(fā)生不均勻沉降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)整體出現(xiàn)傾斜。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理時(shí)，當(dāng)?shù)鼗泵嫫缕露容^大情況下，會(huì)對(duì)地基混凝土施工時(shí)振搗質(zhì)量帶來(lái)影響，從而對(duì)地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響。當(dāng)?shù)叵率业装迮浣畈缓侠頃r(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)也易出現(xiàn)失穩(wěn)，導(dǎo)致建筑物不均勻沉降量增大。另外，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)于地下水對(duì)地基和基礎(chǔ)的影響考慮不全面，從而對(duì)地基和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性帶來(lái)較大的影響。

3.3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在較多缺陷

在針對(duì)高層建筑鋼筋混凝土上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理時(shí)，易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)安全性下降，結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)裂縫或是倒塌事故。在具體框剪結(jié)構(gòu)連接構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)剪力墻布置不合理時(shí)，會(huì)導(dǎo)致框剪連接構(gòu)件設(shè)計(jì)難度增加，從而對(duì)整體結(jié)構(gòu)的可靠性帶來(lái)較大的影響。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決策略

4.1 科學(xué)布置平面布局

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問(wèn)題，這就需要在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑結(jié)構(gòu)形式宜采用相對(duì)規(guī)則的圖形，并保證質(zhì)量的均勻分布，進(jìn)一步提高建筑體的穩(wěn)定性，保證建筑結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性。即在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，具體通過(guò)科學(xué)進(jìn)行平面布局，以此來(lái)保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和安全性。

4.2 合理計(jì)算與應(yīng)用計(jì)算簡(jiǎn)圖

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要以計(jì)算簡(jiǎn)圖的計(jì)算作為重要依據(jù)。由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會(huì)涉及到配筋率、構(gòu)件尺寸及建筑物高度等問(wèn)題，這些問(wèn)題都離不開(kāi)準(zhǔn)確的計(jì)算，在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中還需要合理選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖，以此來(lái)保證計(jì)算模型或是計(jì)算簡(jiǎn)圖能夠與實(shí)際工程狀況相符。對(duì)于高層建筑而言，其對(duì)于結(jié)構(gòu)荷載承受力、抗震能力及其他功能、性能等都具有較高的要求，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員會(huì)受到諸多因素的影響，特別是需要合理計(jì)算和應(yīng)用計(jì)算簡(jiǎn)圖，從而保證計(jì)算過(guò)程和計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度。

4.3 科學(xué)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

相較于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)滯后。計(jì)算機(jī)技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有效地提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率，但在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中還存在一定的約束因素，這也使建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的難度較大。在當(dāng)前部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員往往覺(jué)得設(shè)計(jì)與規(guī)范要求相符，計(jì)算準(zhǔn)確即可，但在實(shí)際工作中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案一般需要根據(jù)工程施工變化而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。因此在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要求其要能夠滿(mǎn)足各種性能的要求，以此來(lái)保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，而且建筑在后期使用過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性也能夠得到有效的保障。同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還要重視結(jié)構(gòu)的延性特征，這樣才能保證高層建筑使用過(guò)程中變形和倒塌風(fēng)險(xiǎn)降低，提高建筑對(duì)荷載的承受力。另外，針對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)形式的選擇，由于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)，在具體選用過(guò)程中，需要考慮建筑地點(diǎn)的地理環(huán)境，同時(shí)還要結(jié)合建筑的實(shí)際用途，從而選擇更為適宜的結(jié)構(gòu)形式。雖然近年來(lái)鋼結(jié)構(gòu)制造水平有了大幅度的提升，但其在防火方面還存在一定的欠缺，因此在當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常會(huì)將鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相結(jié)合，進(jìn)一步保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會(huì)受到較多因素的影響，這也導(dǎo)致在實(shí)際設(shè)計(jì)中往往會(huì)存在一些問(wèn)題，這就需要采用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法，有效的提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，確保高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，有效的推進(jìn)建筑行業(yè)的健康、有序發(fā)展。

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