吳立萍

【摘 要】在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，要選用科學(xué)、合理設(shè)計(jì)方法，最大限度滿足人們對建筑居住舒適度的要求。本文對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、注意事項(xiàng)和解決對策進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；注意事項(xiàng)

前言：

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的工作，而在我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還存在著很多注意事項(xiàng)，基于這些注意事項(xiàng)我們要提出相應(yīng)的解決對策，以此促進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提高。

1高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時，要涉及到很多學(xué)科和領(lǐng)域，是具有較大難度的。高層建筑需要滿足的目標(biāo)是較多的，如功能性、美觀性、實(shí)用性、綜合性、經(jīng)濟(jì)性等，針對目標(biāo)的差異應(yīng)制定與其最適應(yīng)的建設(shè)方案。并且，進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)工作時結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，所以各種不同目標(biāo)所依照的根本設(shè)計(jì)原則卻是大同小異的：第一，要考慮到建筑整體可以承受的最大負(fù)荷，有垂向及橫向負(fù)荷兩類，還要考慮可能發(fā)生的強(qiáng)風(fēng)、地震等惡劣自然條件的影響；第二，要把握好高層建筑的高寬比，這樣可以提高高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；第三，要盡可能地使高層建筑的平面或里面的質(zhì)量及剛度對稱和勻稱，這是為了保證建筑整體具有較好的穩(wěn)定性；第四，要事先考慮狂風(fēng)、地震、溫差、建筑地基沉降對建筑產(chǎn)生的不利影響，還要設(shè)計(jì)一系列平衡措施。

2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

2.1短肢剪力墻設(shè)置問題

短肢剪力墻是一種新的建筑定義，是指墻截面高度和厚度比為五到八的墻體成為短肢剪力墻。在現(xiàn)在的建筑中使用短肢剪力墻的部位越來越多，但是建筑中也有很多限制性的因素。由于短肢剪力墻的墻壁厚度較薄，在墻體與梁進(jìn)行連接時可能會造成梁體的所有寬度不能得到充分利用，從而達(dá)不到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時的作用。同時短肢剪力墻的高度較低不利于停車場車輛的通行。

2.2抗震設(shè)計(jì)問題

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震方面的問題。因?yàn)榭拐鸾Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是整個高層建筑設(shè)計(jì)中較難實(shí)施且相對薄弱的部分，而高層建筑本身具有的復(fù)雜性，使得地震一旦發(fā)生，就會出現(xiàn)許多不確定因素的影響，和不和估量的破壞，因此建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，絕對不能忽視地震發(fā)生所帶來的巨大破壞性，必須掌握一定的減震、避震的原理。不僅如此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中必須對抗震參數(shù)進(jìn)行精確的核算分析，確保抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)無誤。高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如忽略地震結(jié)構(gòu)的重要性，將造成建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)方面失效，并且降低建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，甚至威脅到高層建筑居民的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。

2.3建筑超高問題

高層建筑的高度一般都是二十四米與一百米之間，高層建筑的主要問題是在抗震、火災(zāi)方面的設(shè)計(jì)。大家眾所周知，建筑物的高度越高，對于抗震來說要求越高。越高的建筑在受到地震的橫向的作用力時越容易產(chǎn)生倒塌。所以高層建筑的抗震一直是高層建筑設(shè)計(jì)的一個重點(diǎn)問題。同時現(xiàn)在對于高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時，對抗震的審核一般都是比較嚴(yán)格的，而設(shè)計(jì)的過程中往往會出現(xiàn)建筑高度的變更，這也就使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)很多問題，設(shè)計(jì)方案需要不停的進(jìn)行改動，耗費(fèi)了設(shè)計(jì)者很多的人力和物力，同時還可能延誤了建筑施工的工期，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.4抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在高層建筑的設(shè)計(jì)中，自然風(fēng)是不可避免的影響，因此高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不得不重視抗風(fēng)性能。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，一定要了解建筑材料的抗壓性，尤其是風(fēng)壓帶來的載荷。因?yàn)楦邔咏ㄖ臉菍虞^高，雖然可以起到擋風(fēng)的作用，但當(dāng)建筑周圍的氣流發(fā)生變化時，建筑間會產(chǎn)生風(fēng)洞效應(yīng)，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致旁邊高層建筑的主體結(jié)構(gòu)破壞、玻璃幕墻因強(qiáng)烈振動破裂、外部掛件掉落和建筑墻體毀壞的現(xiàn)象。這對于高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及居住者的人生安全是非常不利的。

2.5高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)問題

在建筑設(shè)計(jì)中，有一“建筑三心”的概念?！敖ㄖ摹奔礊閹缀涡涡?、剛度中心和結(jié)構(gòu)重心。設(shè)計(jì)師應(yīng)秉承三心合一的原則設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，就是使這三點(diǎn)歸于一點(diǎn)。如果建筑結(jié)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的問題，就說明“建筑三心”未能歸一點(diǎn)，使得整體結(jié)構(gòu)承受水平荷載而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動現(xiàn)象。

3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的解決對策

為確保建筑居民的人身財(cái)產(chǎn)安全，消防設(shè)計(jì)理念以防為主，也可以設(shè)置消防應(yīng)急措施，確保最大程度的消防安全。消防設(shè)計(jì)中防火間距很重要，一定要根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行合理設(shè)置。還要根據(jù)建筑所在地的地形條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高該高層建筑與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。為了避免火災(zāi)發(fā)生時產(chǎn)生的人員疏散問題，一定要設(shè)置合理的疏散通道、防煙區(qū)和緊急避難場所。一要考慮防火墻、防火門和防排煙設(shè)備的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)有效合理并且安全可靠的消防結(jié)構(gòu)，以降低高層建筑的破壞程度，保證居住者的人身財(cái)產(chǎn)安全。

3.1短肢剪力墻問題的解決

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工的過程要合理的使用短肢剪力墻，保持短肢剪力墻的分布合理，以保證高層建筑結(jié)構(gòu)主體的不會產(chǎn)生不必要的剪應(yīng)力。同時在抗震需求較高時可以較多的使用短肢墻，以提高建筑物整體的抗震能力。另外在墻體與梁部連接時要控制好梁部的寬度與短肢剪力墻的寬度盡量相同，以免造成梁部不能很好的與墻體進(jìn)行連接。

3.2對于地震方面的設(shè)計(jì)

主要是要優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)?？拐饐栴}，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的地位是不可小覷的。高層建筑本身的高度，使得其建筑要求較高，要優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件位置，使得結(jié)構(gòu)壓力均勻分給每個構(gòu)件，不會出現(xiàn)承壓不均而導(dǎo)致地震時的嚴(yán)重破壞。對于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件也要考慮其材料的安全性能。高層建筑的地震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最重要的是對地基的選擇與設(shè)計(jì)，地基是建筑的根本，一旦發(fā)生破壞，上部結(jié)構(gòu)將無所依靠。因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，必須重視地基的設(shè)計(jì)，優(yōu)化其抗震能力，設(shè)計(jì)出既節(jié)省材料又安全可靠的地基。以確保建筑物有足夠的強(qiáng)度和剛度抵抗地震的危害。在確保地基的強(qiáng)度后，還要考慮剪應(yīng)力的問題，采取強(qiáng)柱弱梁、加強(qiáng)梁柱節(jié)點(diǎn)抗震構(gòu)造措施、設(shè)置抗震墻等措施來抵抗水平剪力。建筑物在此基礎(chǔ)上還要考慮對稱性和穩(wěn)定性，盡量減少地震災(zāi)難的影響。

3.3建筑物超高問題的解決

高層建筑物的建筑初期，在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前就要確定好建筑物的高度，控制建筑的高寬比，以此進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這樣就可以避免多次對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的修改，很大程度生節(jié)省了人力和物力。減少了建筑初期的成本。

3.4優(yōu)化抗風(fēng)結(jié)構(gòu)

抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要綜合考慮多種因素，確保建筑物的抗風(fēng)能力?？癸L(fēng)結(jié)構(gòu)中對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時要保證在風(fēng)荷載作用下的穩(wěn)定性。確保地基穩(wěn)固的重要性不僅在抗震中有所體現(xiàn)，對抗風(fēng)載也起到重要作用。減振體系在高層建筑中的應(yīng)用受到廣泛歡迎，減震系統(tǒng)可以減少風(fēng)荷載對建筑物的影響，減振系統(tǒng)的選材將起到巨大作用，因?yàn)橛行┳枘岵牧系膽?yīng)用將大大提高高層建筑的抗風(fēng)能力。

要嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計(jì)抗風(fēng)結(jié)構(gòu)，采取措施減小風(fēng)力在建筑物上的疊加和增強(qiáng)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以減小普遍且危害頗多的風(fēng)壓破壞，為建筑物的安全性能提供安全保證。

3.5高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)問題

水平荷載能使建筑物產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)破壞現(xiàn)象。設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時，為規(guī)避這一現(xiàn)象，必須按“三心合一”的原則對建筑物的結(jié)構(gòu)、平面布局進(jìn)行周密的布置。水平荷載的質(zhì)量分布在一定程度上決定了它對高層建筑結(jié)構(gòu)造成的扭轉(zhuǎn)破壞程度。為了確保水平荷載沿樓層平面均勻分布，最大限度規(guī)避扭轉(zhuǎn)振動破壞，建議多使用矩形、方形等平面設(shè)計(jì)。當(dāng)然，必須兼顧城市道路景觀規(guī)劃。因此，高層建筑不可能全部是方方正正的平面構(gòu)造，也要根據(jù)城市規(guī)劃和道路景觀布局適當(dāng)采用十字形、T形或L形等復(fù)雜建筑形式。但至少要明確一點(diǎn)，就是凸出部分的厚度與寬度的比值不得超限，并且盡量采用對稱的平面結(jié)構(gòu)。

3.6提高設(shè)計(jì)師的素質(zhì)能力

高層建筑結(jié)構(gòu)的初期設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工中具有關(guān)鍵性的作用。高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中要注意的問題有很多，上面提到的扭轉(zhuǎn)力、嵌固端設(shè)計(jì)、短肢剪力墻、整體受力等都要在設(shè)計(jì)中進(jìn)行思考并作出合理的設(shè)計(jì)方案。這也就要求設(shè)計(jì)者具有很高的專業(yè)素質(zhì)和能力。

設(shè)計(jì)者不光要有在學(xué)校里學(xué)習(xí)到的設(shè)計(jì)知識，還要有長期參與工程設(shè)計(jì)與施工的經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)者還可以參考國外的各種高層建筑的設(shè)計(jì)方案，從中學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國家在高層設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)。畢竟發(fā)達(dá)國家高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工發(fā)展時間要比我國長很多，其中有很多設(shè)計(jì)師長期怠結(jié)下來的多酚值得我們講行學(xué)習(xí)。

結(jié)束語

綜上所述，要做好高層建筑的設(shè)計(jì)，要以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，使高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足功能和質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)對客戶在安全方面的滿足，從而確保建筑行業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會效益實(shí)現(xiàn)最大化。對于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題仍有待探究，科學(xué)合理的按照相關(guān)要求進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王永，胡凌燕.淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中華民居（下旬刊），2013-02.

[2]曾凡柏.探討高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題[J].中華民居，2011（11）：452-453.

[3]莫雪輝.深度探討如何提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平[J].科技資訊，2008（28）.

[4]李勇.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討[J].科技與生活，2010（22）