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摘要:

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科技的快速發(fā)展，在城市建設(shè)中高層建筑物變得越來越普遍，發(fā)展速度也越來越快，為了進(jìn)一步容納更多的人口，減少建筑用地面積，建筑物的高度呈現(xiàn)出一種逐漸升高的趨勢(shì)。高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑物穩(wěn)定性與牢固性的有效保障，故高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已然成為建筑工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。因此，本文針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在的一些問題進(jìn)行了分析，探討如何提高高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，以期對(duì)今后從事相關(guān)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作人員有所幫助，減少由于建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題而導(dǎo)致的災(zāi)害。

關(guān)鍵詞:

高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);問題;對(duì)策

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)地快速發(fā)展，城市化進(jìn)程地不斷加快，城市建設(shè)的步伐推動(dòng)了高層建筑物的產(chǎn)生。與一般的建筑相比，高層建筑的施工過程往往更為復(fù)雜并且會(huì)面對(duì)更多的挑戰(zhàn)。因此，需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)初期全面地考慮建設(shè)施工過程中有可能遇到的問題。特別是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，只有保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路準(zhǔn)確可靠，才能確保整個(gè)建設(shè)過程安全順利地進(jìn)行。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)職責(zé)在于確保高層建筑在長(zhǎng)期使用過程中的安全性與舒適性，使其在自然災(zāi)害面前能夠保護(hù)人民的人身和財(cái)產(chǎn)安全，進(jìn)而體現(xiàn)高層建筑物的空間使用優(yōu)勢(shì)。但就目前情況來說，高層建筑物在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在不少問題，因此，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，依然是當(dāng)前一個(gè)核心問題的所在。

1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題

1．1短肢剪力墻設(shè)置過多鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，由于其側(cè)向剛度較大，并且可以結(jié)合建筑分隔墻靈活設(shè)置，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，同時(shí)也存在比較普遍的問題。其中一個(gè)典型的問題是短肢剪力墻布置過多。剪力墻各肢的肢長(zhǎng)與墻厚之比的最大值大于4且不大于8的墻體定義為短肢剪力墻。短肢剪力墻與一般剪力墻不同之處在于其受力特點(diǎn)與異形柱類似，同時(shí)承擔(dān)較大的軸力和剪力。故短肢剪力墻的抗震性能弱于一般剪力墻。如果短肢剪力墻所占豎向抗側(cè)力構(gòu)件比例過高，則導(dǎo)致高層建筑物的抗震、防風(fēng)性能降低，同時(shí)由于短肢剪力墻所承受的樓層面積過大，在地震作用影響下容易過早壓壞從而引起樓層坍塌。此類不良影響在高層建筑中是致命的，不利于高層建筑物的長(zhǎng)期安全使用，存在較大安全隱患。

1．2上部結(jié)構(gòu)嵌固端選取不合理在高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，嵌固端位置的選取是一個(gè)重要的計(jì)算指標(biāo)。目前，很多工程師習(xí)慣性地將上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位選擇在高層建筑物的地下室頂板，而沒有考慮這種做法的必要條件。上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，從理論上需具備兩個(gè)基本條件:該部位的水平位移為零和該部位的轉(zhuǎn)角為零。因此不難看出，嵌固部位的特點(diǎn)應(yīng)滿足:該樓層的整體性強(qiáng)、樓板連續(xù)無大開洞，且本樓層的側(cè)向剛度相對(duì)于上一樓層的側(cè)向剛度來說應(yīng)足夠大。只有滿足以上特點(diǎn)的嵌固端才能夠有效的傳遞水平地震剪力。如果地下室頂板無法滿足嵌固端的要求而強(qiáng)行設(shè)置，則會(huì)導(dǎo)致計(jì)算模型失真，地震作用計(jì)算不合理，不利于建筑整體抗震性能的評(píng)估。

1．3雙連梁處理連梁超筋問題的合理性剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁超筋現(xiàn)象較為常見，常見的處理方式是將連梁的梁截面高度中央設(shè)置100mm寬的水平縫，從而形成兩個(gè)半高度的連梁。這種處理方式采用的是連梁計(jì)算截面的簡(jiǎn)單等效替換。但是由于截面選擇和計(jì)算假定存在一定誤差，實(shí)際連梁和等效連梁在計(jì)算模型上存在較大差異，在高烈度區(qū)或者大震情況下，無法保證連梁的強(qiáng)剪弱彎，容易造成連梁在地震作用下失效，更有可能使得剪力墻或者整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的破壞，因此雙連梁的處理方式是有限制條件的，需要設(shè)計(jì)人員合理分析受力狀況從而綜合考慮。

1．4其他方面設(shè)計(jì)的不合理性建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)決定了抗震措施和抗震構(gòu)造措施，而抗震等級(jí)的劃分需要根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、抗震設(shè)防要求等等條件綜合確定。現(xiàn)如今各式各樣的高層建筑通常都會(huì)伴有裙房作為其配套建筑空間，故此時(shí)裙房和主樓的抗震等級(jí)需要根據(jù)兩者結(jié)構(gòu)是否分開，各自建筑高度等等條件進(jìn)行判斷，并非全部采用一種抗震等級(jí)，造成不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。由于現(xiàn)如今計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，高層建筑結(jié)構(gòu)模型的抗震分析已經(jīng)基本由分析程序進(jìn)行計(jì)算。但是任何計(jì)算程序都存在其適用性和局限性，單一軟件的計(jì)算結(jié)果均需要其他分析軟件的對(duì)比和驗(yàn)證，同時(shí)也需要工程師的概念判斷，面對(duì)每一個(gè)工程，挑出最合理的計(jì)算模型和軟件才是正確的結(jié)構(gòu)分析方法，切不可迷信單一軟件或者計(jì)算結(jié)果。

2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問題的解決對(duì)策

2．1注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的性能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計(jì)是高層建筑設(shè)計(jì)中經(jīng)常提到的一個(gè)問題，不難發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的精髓便在于性能設(shè)計(jì)。由于城市的快速發(fā)展和人口的急劇增加，僅僅以保護(hù)生命安全為單一目標(biāo)是不全面的，我們更應(yīng)該考慮如何控制建筑物的地震破壞，保障地震時(shí)的建筑功能。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要我們分析各個(gè)地震水準(zhǔn)下構(gòu)件的變形、承載力和局部構(gòu)造。單一提高變形能力，則導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在小震和中震下的破壞情況沒有太多改變，但是抵抗大震倒塌的能力有所提高。單一提高承載力時(shí)，構(gòu)件的安全性有所提高，但是變形不一定符合要求。所以要想滿足性能設(shè)計(jì)，需要提高承載力，使得結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性工作階段延遲，同時(shí)提高剛度以減小變形。故不難看出，只要找到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和變形能力的平衡點(diǎn)，就能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計(jì)。

2．2選擇合理的結(jié)構(gòu)方案對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，最為關(guān)鍵的一點(diǎn)就是選取恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)類型。結(jié)構(gòu)方案的選擇，需要綜合考慮各方面的因素。首先結(jié)構(gòu)選型要能夠滿足建筑功能的需求，例如為了良好的視覺和傳音效果，則必須舍棄一部分豎向支撐構(gòu)件，采用大跨度結(jié)構(gòu);其次，對(duì)于建筑造型復(fù)雜，平、立面不規(guī)則的建筑物，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要通過設(shè)置防震縫的方式來形成規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。此外，還應(yīng)該針對(duì)建筑所在地區(qū)的實(shí)際狀況綜合考慮，例如針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的地下水位情況、地質(zhì)土層情況、周邊已建成建筑物以及建筑用材供應(yīng)難易程度、工程造價(jià)等等進(jìn)行考慮，進(jìn)而才能確定最佳的結(jié)構(gòu)方案。

2．3結(jié)構(gòu)的包絡(luò)設(shè)計(jì)方法包絡(luò)設(shè)計(jì)方法常常被用來解決工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難題。現(xiàn)如今的工程設(shè)計(jì)問題千變?nèi)f化，影響結(jié)構(gòu)效應(yīng)的因素非常之多，有時(shí)問題會(huì)盤根錯(cuò)節(jié)非常復(fù)雜，采用現(xiàn)有的知識(shí)和軟件難以準(zhǔn)確分析。但是學(xué)術(shù)科研和工程問題的不同在于，后者不能長(zhǎng)時(shí)間等待，因此就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員采用最簡(jiǎn)單有效且低代價(jià)的方式去解決工程復(fù)雜的問題。所以，包絡(luò)設(shè)計(jì)方法就顯得尤為重要，針對(duì)不同的工程條件，我們可以采用不同的包絡(luò)設(shè)計(jì)原則，可以是對(duì)結(jié)構(gòu)整體的包絡(luò)設(shè)計(jì)，例如對(duì)于少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)，對(duì)框架可以按框架與剪力墻協(xié)同工作以及純框架結(jié)構(gòu)分別計(jì)算，包絡(luò)設(shè)計(jì)。也可以是對(duì)重要部位的包絡(luò)設(shè)計(jì)，例如對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層、連體結(jié)構(gòu)的連接體等等。其次對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的包絡(luò)設(shè)計(jì)，可以根據(jù)構(gòu)件的受力情況，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)充分析驗(yàn)算，最后取不利值包絡(luò)設(shè)計(jì)。

3總結(jié)

總而言之，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，高層建筑已經(jīng)成為了當(dāng)前大城市發(fā)展過程中的主流，并且其發(fā)展速度與我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度不相上下，因此，高層建筑的安全性與穩(wěn)固性也應(yīng)得到相應(yīng)關(guān)注。高層建筑屬于技術(shù)密集型建設(shè)項(xiàng)目，它具有一定的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性,其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響整個(gè)高層建筑的性能。但是在當(dāng)前的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然存在一些問題，短肢剪力墻、嵌固端位置、連梁處理等等問題較為常見，所以在設(shè)計(jì)階段，則需要設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)設(shè)計(jì)工作的準(zhǔn)確性，針對(duì)這些問題選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，采用科學(xué)合理的計(jì)算簡(jiǎn)圖和設(shè)計(jì)方法。因此，想要居住在一個(gè)具有較高安全性和可靠性的高層建筑物中，需要我們?nèi)鐣?huì)人員的共同監(jiān)督和建筑設(shè)計(jì)工作者的努力!

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作者：查誠恒 單位：深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司