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探析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題與對(duì)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(guó)現(xiàn)代化建設(shè)步伐不斷加快的時(shí)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(jìn)之下，高層建筑不斷涌現(xiàn)。而就現(xiàn)實(shí)情況來(lái)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(jì)的過(guò)程中容易出現(xiàn)較多問(wèn)題。本文從建筑結(jié)構(gòu)中所存的問(wèn)題作為入手點(diǎn)，在結(jié)合筆者實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，提出了有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的個(gè)人見(jiàn)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(jì) 問(wèn)題
在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)改革不斷推進(jìn)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境之下，物質(zhì)文明已經(jīng)達(dá)到了較高水準(zhǔn)，由此人們對(duì)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(biāo)準(zhǔn)。而就高層建筑來(lái)看，由于其規(guī)模較大，且結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，由此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中往往存在一定的困難。由此，為經(jīng)驗(yàn)提高高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，必須從設(shè)計(jì)入手，針對(duì)現(xiàn)今高層建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所存在的問(wèn)題，不斷提升其可靠性指標(biāo)。
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題分析
(1)短肢剪力墻設(shè)計(jì)缺陷
就現(xiàn)實(shí)情況而言，當(dāng)下高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)短肢剪力墻的過(guò)程中，大多會(huì)出現(xiàn)增設(shè)短肢剪力墻的問(wèn)題。根據(jù)國(guó)內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)經(jīng)驗(yàn)與設(shè)計(jì)參數(shù)不難得出，在對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中不應(yīng)該設(shè)置過(guò)多的短肢剪力墻，以進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
(2)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范問(wèn)題
在進(jìn)行高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于其高度較高，所以必須考慮較多不確定性因素對(duì)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(diǎn)�，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)年限的規(guī)定至少為50年，并且對(duì)其烈度與震級(jí)對(duì)應(yīng)下的高層建筑抗震能力指標(biāo)做出了明確規(guī)定。但由于國(guó)內(nèi)生態(tài)問(wèn)題的持續(xù)惡化，國(guó)內(nèi)地震問(wèn)題在近10年間已經(jīng)多次發(fā)生，其震級(jí)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(jì)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(jì)問(wèn)題
超高是現(xiàn)今高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中普遍存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，多由于建設(shè)方為謀取更多的經(jīng)濟(jì)效益，罔顧建設(shè)規(guī)范準(zhǔn)則，過(guò)度增加建筑層高或加高建筑層高，這一問(wèn)題將大幅度削減高層建筑的力學(xué)性能，對(duì)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(shí)，建筑的穩(wěn)定性很難得到保障，甚至將會(huì)嚴(yán)重威脅業(yè)主的生命財(cái)產(chǎn)安全。
(4)扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)缺陷
高層建筑設(shè)計(jì)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(guò)大所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)坡外。但就現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，現(xiàn)今大部分高層建筑的設(shè)計(jì)都難以保證其三心處于同一位置，偏心問(wèn)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(jì)問(wèn)題優(yōu)化措施
(1)合理選用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)方案。首先在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須結(jié)合建筑設(shè)計(jì)師所提供圖紙以及國(guó)內(nèi)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)方案與建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的沖突。另外還需要結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)的地質(zhì)情況、氣候因素以及近50年來(lái)地質(zhì)變動(dòng)與水文情況對(duì)其結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)加以優(yōu)化，尤其需要根據(jù)工程規(guī)模對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體方案加以優(yōu)化，在提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，確保設(shè)計(jì)方案具有較高的可行性與經(jīng)濟(jì)效益。
(2)完善抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合項(xiàng)目區(qū)域地震基本烈度等級(jí)，對(duì)其抗震等級(jí)加以詳細(xì)認(rèn)定。必須對(duì)其抵抗側(cè)向荷載結(jié)構(gòu)組件的位置加以詳細(xì)認(rèn)定，確保其節(jié)點(diǎn)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(jì)具有連續(xù)穩(wěn)定性，并在保證其結(jié)構(gòu)組件剛度與強(qiáng)度的同時(shí)，確保其經(jīng)濟(jì)合理性。在初步設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡量對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)片面加以簡(jiǎn)化處理，在保障其基礎(chǔ)強(qiáng)度、剛度的同時(shí)，增加基礎(chǔ)的荷載傳遞能力。也就是說(shuō)，必須避免其結(jié)構(gòu)整體性的破壞與地基沉降對(duì)建筑的損害，進(jìn)一步提升其抗震能力。
(3)優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)
高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要盡量符合結(jié)構(gòu)性能的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，大體涵蓋以下幾大方面：其一，優(yōu)化對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)，避免其由于層高問(wèn)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(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高其抵抗側(cè)向變形的能力。也就是說(shuō)必須根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)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(jì)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。
(4)完善扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)
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(duì)其結(jié)構(gòu)加以設(shè)計(jì)之時(shí)，必須對(duì)其結(jié)構(gòu)模式與平面布局進(jìn)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(biāo)，因此在需要選擇不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)時(shí)，必須將其長(zhǎng)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(duì)稱，以提高其抗彎扭能力。
三、結(jié)語(yǔ)
高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具有較強(qiáng)的技術(shù)性與思辨性，能夠?yàn)榻ㄖ姆€(wěn)定性提供充分的保障。而就實(shí)際設(shè)計(jì)工作來(lái)看，由于其高層建筑設(shè)計(jì)需要較高標(biāo)準(zhǔn)，因此必須要綜合考慮建筑設(shè)計(jì)規(guī)范與建筑工程實(shí)況，并選用優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式確保結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，同時(shí)針對(duì)當(dāng)下高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，選用適宜的優(yōu)化方案，以此在提高其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可行性的同時(shí)，促進(jìn)我國(guó)高層建筑的可持續(xù)發(fā)展。
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