探析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題與對策
狹義的建筑指各種房屋及其附屬的構(gòu)筑物。建筑結(jié)構(gòu)是在建筑中，由若干構(gòu)件，即組成結(jié)構(gòu)的單元如梁、板、柱等，連接而構(gòu)成的能承受作用(或稱荷載)的平面或空間體系。建筑結(jié)構(gòu)因所用的建筑材料不同，可分為混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、輕型鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)等。
摘 要：在我國現(xiàn)代化建設(shè)步伐不斷加快的時代背景之下，建筑業(yè)已然得到了極為迅猛的發(fā)展，尤其在城鎮(zhèn)建設(shè)推進之下，高層建筑不斷涌現(xiàn)。而就現(xiàn)實情況來看，高層建筑由于具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模龐大的特征，由此在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中容易出現(xiàn)較多問題。本文從建筑結(jié)構(gòu)中所存的問題作為入手點，在結(jié)合筆者實際工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)之上，提出了有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的個人見解，以供建筑業(yè)同仁參考。
關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計 問題
在國內(nèi)市場經(jīng)濟改革不斷推進的經(jīng)濟環(huán)境之下，物質(zhì)文明已經(jīng)達到了較高水準，由此人們對作為衣食住行四大生活要素重要載體的建筑也有了更高的標準。而就高層建筑來看，由于其規(guī)模較大，且結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計較為復(fù)雜，由此在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中往往存在一定的困難。由此，為經(jīng)驗提高高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，必須從設(shè)計入手，針對現(xiàn)今高層建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計所存在的問題，不斷提升其可靠性指標。
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題分析
(1)短肢剪力墻設(shè)計缺陷
就現(xiàn)實情況而言，當下高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計者在設(shè)計短肢剪力墻的過程中，大多會出現(xiàn)增設(shè)短肢剪力墻的問題。根據(jù)國內(nèi)對結(jié)構(gòu)設(shè)計的全新規(guī)范不難得出，現(xiàn)今短肢剪力墻其截面高厚比應(yīng)該處于5～8的`范圍內(nèi)。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗與設(shè)計參數(shù)不難得出，在對其結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中不應(yīng)該設(shè)置過多的短肢剪力墻，以進一步提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
(2)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范問題
在進行高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，由于其高度較高，所以必須考慮較多不確定性因素對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，所以一直是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)置中的難點�，F(xiàn)今國內(nèi)對高層建筑設(shè)計年限的規(guī)定至少為50年，并且對其烈度與震級對應(yīng)下的高層建筑抗震能力指標做出了明確規(guī)定。但由于國內(nèi)生態(tài)問題的持續(xù)惡化，國內(nèi)地震問題在近10年間已經(jīng)多次發(fā)生，其震級與烈度都有了不同程度的要求，如果仍然按照原有的設(shè)計規(guī)范，一旦出現(xiàn)地震事故，高層建筑的抗震性能堪憂。
(3)超高設(shè)計問題
超高是現(xiàn)今高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中普遍存在的現(xiàn)實問題，多由于建設(shè)方為謀取更多的經(jīng)濟效益，罔顧建設(shè)規(guī)范準則，過度增加建筑層高或加高建筑層高，這一問題將大幅度削減高層建筑的力學(xué)性能，對其抗震性與可靠性都有不同程度的降低。特別是在風(fēng)荷載較大及地震烈度較高等極端惡劣條件時，建筑的穩(wěn)定性很難得到保障，甚至將會嚴重威脅業(yè)主的生命財產(chǎn)安全。
(4)扭轉(zhuǎn)設(shè)計缺陷
高層建筑設(shè)計必須要盡可能保證建設(shè)工程的質(zhì)量重心、剛度中心與幾何中心處于同一位置，以避免產(chǎn)生由于偏心彎矩過大所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)坡外。但就現(xiàn)實情況來看，現(xiàn)今大部分高層建筑的設(shè)計都難以保證其三心處于同一位置，偏心問題普遍存在，一旦受到水平荷載的作用，建筑結(jié)構(gòu)將很容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)破壞，這也就給其投產(chǎn)埋下了不小的安全隱患。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題優(yōu)化措施
(1)合理選用結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
為確保高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，必須合理選用適宜的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。首先在設(shè)計過程中必須結(jié)合建筑設(shè)計師所提供圖紙以及國內(nèi)對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)規(guī)范系統(tǒng)的確定其整體結(jié)構(gòu)，防止所選擇設(shè)計方案與建筑設(shè)計標準的沖突。另外還需要結(jié)合項目建設(shè)地點的地質(zhì)情況、氣候因素以及近50年來地質(zhì)變動與水文情況對其結(jié)構(gòu)細節(jié)加以優(yōu)化，尤其需要根據(jù)工程規(guī)模對結(jié)構(gòu)設(shè)計整體方案加以優(yōu)化，在提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時，確保設(shè)計方案具有較高的可行性與經(jīng)濟效益。
(2)完善抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計
在進行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)當結(jié)合項目區(qū)域地震基本烈度等級，對其抗震等級加以詳細認定。必須對其抵抗側(cè)向荷載結(jié)構(gòu)組件的位置加以詳細認定，確保其節(jié)點受力平衡與結(jié)構(gòu)受力的合理分布。另外還應(yīng)該保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有連續(xù)穩(wěn)定性，并在保證其結(jié)構(gòu)組件剛度與強度的同時，確保其經(jīng)濟合理性。在初步設(shè)計時，應(yīng)該盡量對高層建筑的結(jié)構(gòu)片面加以簡化處理，在保障其基礎(chǔ)強度、剛度的同時，增加基礎(chǔ)的荷載傳遞能力。也就是說，必須避免其結(jié)構(gòu)整體性的破壞與地基沉降對建筑的損害，進一步提升其抗震能力。
(3)優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能設(shè)計
高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要盡量符合結(jié)構(gòu)性能的各項標準，大體涵蓋以下幾大方面：其一，優(yōu)化對高層建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計，避免其由于層高問題而產(chǎn)生變形與坍塌。其二，結(jié)合其水平荷載作用(主要包括地震橫波、面波與風(fēng)荷載)，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計提高其抵抗側(cè)向變形的能力。也就是說必須根據(jù)計算結(jié)果對建筑結(jié)構(gòu)組件的彎矩調(diào)幅、塑性內(nèi)力分布原則，確保建筑結(jié)構(gòu)能夠滿足于性能化設(shè)計的各項標準。
(4)完善扭轉(zhuǎn)設(shè)計
為避免高層建筑受到地震、地質(zhì)水文條件與氣候因素影響而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)性損壞，在對其結(jié)構(gòu)加以設(shè)計之時，必須對其結(jié)構(gòu)模式與平面布局進行綜合考量，盡量確保其質(zhì)量重心、剛度中心與幾何中心處于同一位置。在一些特定條件下，由于高程建筑需要滿足預(yù)定的功能指標，因此在需要選擇不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)時，必須將其長厚比與寬厚控制于允許范圍中，并盡量確保建筑結(jié)構(gòu)的對稱，以提高其抗彎扭能力。
三、結(jié)語
高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具有較強的技術(shù)性與思辨性，能夠為建筑的穩(wěn)定性提供充分的保障。而就實際設(shè)計工作來看，由于其高層建筑設(shè)計需要較高標準，因此必須要綜合考慮建筑設(shè)計規(guī)范與建筑工程實況，并選用優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計模式確保結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，同時針對當下高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，選用適宜的優(yōu)化方案，以此在提高其結(jié)構(gòu)設(shè)計可行性的同時，促進我國高層建筑的可持續(xù)發(fā)展。
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