史福清

前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市人口密度增加，土地資源緊張，高層建筑成為了解決住房擁擠的最佳選擇。但是隨著高層建筑物功能的完善和承受壓力的加大，對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)要求也相應(yīng)增加，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和質(zhì)量關(guān)系到建筑物的使用安全，如何解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，保證建筑物的整體安全，是擺在廣大建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員面前的重要課題。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則

1、結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)化原則

建筑結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑施工的首要環(huán)節(jié)，對(duì)于整個(gè)建筑框架的構(gòu)建起著宏觀指導(dǎo)作用。在制定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)，要對(duì)建筑所處地區(qū)的詳細(xì)資料做到全面了解和掌握，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、施工可行性等多個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)定考慮，從而選出最佳設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)方案編制過(guò)程中，同一結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量使用同一種結(jié)構(gòu)體系，確保結(jié)構(gòu)受力均勻，傳力便捷。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)進(jìn)行充分討論，最終確定符合施工現(xiàn)場(chǎng)操作的施工方案和設(shè)計(jì)施工圖。

2、計(jì)算簡(jiǎn)圖合理化原則

高層民用建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，必須要進(jìn)行周密的公式計(jì)算，把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)字化，從細(xì)節(jié)上杜絕安全隱患的存在。選用的計(jì)算公式和計(jì)算方法，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案都會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生不同程度的影響，因此，制定標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算規(guī)范，選擇合適的計(jì)算簡(jiǎn)圖是保證公式計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確的有效手段。這就需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)具體的施工條件和作業(yè)要求，結(jié)合相關(guān)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，在充分協(xié)商交流的基礎(chǔ)上，選擇最佳的計(jì)算簡(jiǎn)圖。

3、結(jié)果分析精準(zhǔn)化原則

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及應(yīng)用，給數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了極大的便利。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和計(jì)算能力，構(gòu)件建筑模型，能夠幫助設(shè)計(jì)人員更加直觀的找出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中存在的缺陷與不足，從而能夠在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)方案的優(yōu)化。另外，在計(jì)算時(shí)要注意使用統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)軟件，防止不同軟件之間的計(jì)算誤差影響結(jié)果分析的準(zhǔn)確性。

二、影響高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素

1、人為因素的影響

民用建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要充分考慮到居民日常生活的便利性以及可能出現(xiàn)的災(zāi)害性事故，從而能夠有針對(duì)性的設(shè)計(jì)建筑機(jī)構(gòu)。例如，民用建筑較為常見(jiàn)的人為因素有火災(zāi)、煤氣灶或煤氣管道爆炸、機(jī)械振動(dòng)以及噪聲等。這就要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)，要以此為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合建筑物的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的防火、防爆、防震以及應(yīng)急通道等，防止建筑物受到更嚴(yán)重的損失。

2、外力因素的影響

各種外力對(duì)建筑物的作用統(tǒng)稱(chēng)為荷載。荷載可分為恒荷載和活荷載兩類(lèi)。荷載的大小是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。風(fēng)荷載是高層建筑水平荷載的主要因素，高層建筑上部的風(fēng)與地面的風(fēng)在風(fēng)力、轉(zhuǎn)向等方面不同，尤其是在沿海地區(qū)，風(fēng)速更大，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的要求也更高。因此，高層建筑設(shè)計(jì)必須符合有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行。豎向荷載通常是一個(gè)定值，在建筑建設(shè)過(guò)程中隨高度增加荷載逐漸增大。而高層建筑受到的水平荷載則受到諸多因素影響，如風(fēng)速、地震、地表沉降等，因多數(shù)因素變化屬于不確定因素，因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注水平荷載作用。

3、氣候條件的影響

我國(guó)國(guó)土面積位居世界第三，幅員遼闊，境內(nèi)地形、地貌、地質(zhì)復(fù)雜多樣，不同地理位置下的環(huán)境、水文特征等各不相同，從炎熱的南方到寒冷的北方，從干燥的西部到濕潤(rùn)的東部，氣候條件有很大差異。建筑物由于長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，受到風(fēng)吹日曬和雨水沖刷侵蝕，加上氣候變化等多種因素，一些建筑結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮、老化變形等問(wèn)題。這些問(wèn)題表現(xiàn)在建筑物外部，容易出現(xiàn)墻體裂縫、墻體滲水、墻面鼓脹等現(xiàn)象，給民用建筑的美觀和使用安全都帶來(lái)了不良影響。

三、高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)探討

1、重視軸向變形問(wèn)題，合理分配下料長(zhǎng)度

在高層建筑施工的過(guò)程中，因?yàn)樨Q向負(fù)荷比較大，會(huì)導(dǎo)致柱中出現(xiàn)程度比較大的變形，對(duì)彎矩和連續(xù)墻造成比較大的影響。一般情況下，此影響主要有下面兩個(gè)方面：一是降低連續(xù)梁中間支座的負(fù)彎矩值，二是對(duì)跨中正彎矩的數(shù)值或端支座負(fù)彎矩?cái)?shù)值進(jìn)行增加。通過(guò)使用構(gòu)件的豎向變形和構(gòu)件進(jìn)行對(duì)比，得出不安全的結(jié)果，可以參考計(jì)算軸向變形的數(shù)值對(duì)構(gòu)件下料長(zhǎng)度的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果合理的分配下料長(zhǎng)度。

2、保證建筑結(jié)構(gòu)延性，減小地震沖擊影響

高層民用建筑的機(jī)構(gòu)與低層相比，在建筑結(jié)構(gòu)方面更加柔和，并且其柔和度與建筑物的高度成正相關(guān)關(guān)系。我國(guó)處于環(huán)太平洋地震帶附近，境內(nèi)地震時(shí)有發(fā)生，因此保證高層建筑結(jié)構(gòu)變形的合理性具有非常重要的安全保護(hù)意義。為了避免在發(fā)生地震時(shí)建筑物受到較大的沖擊力，因此需要在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)做好科學(xué)的變形設(shè)置，以防止受地震危害而導(dǎo)致建筑物主體結(jié)構(gòu)受損或坍塌。在進(jìn)行該方面工作時(shí)，可以參考借鑒日本高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，采用新型的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，既能減小建筑物的對(duì)地沖擊力，又能保證堅(jiān)固性，確保高層建筑結(jié)構(gòu)具有較大的抗沖擊延性。

3、嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范制定設(shè)計(jì)安全

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市建設(shè)如火如荼的開(kāi)展，相應(yīng)的城市建筑規(guī)范也有了較大的進(jìn)步和完善，相關(guān)部門(mén)對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)安全的設(shè)計(jì)也有了一定程度的重視。但是我們也應(yīng)該看到，我國(guó)現(xiàn)階段的建筑市場(chǎng)魚(yú)龍混雜，建筑和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)水平參差不齊，存在著以此充好、濫竽充數(shù)的不良現(xiàn)象。這就要求進(jìn)行高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮到國(guó)家頒布的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的施工規(guī)范，將安全生產(chǎn)和質(zhì)量施工的意識(shí)刻入每一位設(shè)計(jì)人員腦中。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的專(zhuān)業(yè)技能培訓(xùn)，充分借鑒國(guó)外先進(jìn)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并將其與實(shí)際建筑情況相結(jié)合，探討出一條實(shí)用性強(qiáng)、質(zhì)量水平高、可靠穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)化民用高層建筑結(jié)構(gòu)。

結(jié)語(yǔ)

隨著層建筑市場(chǎng)需求量的不斷增大，未來(lái)建筑設(shè)計(jì)業(yè)發(fā)展前景十分廣闊，與此同時(shí)，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計(jì)要求也會(huì)更加嚴(yán)格，設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷更新專(zhuān)業(yè)知識(shí)的儲(chǔ)備，設(shè)計(jì)出更加符合市場(chǎng)需求的作品，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高的設(shè)計(jì)方案。

（作者單位：秦皇島廣建工程項(xiàng)目管理有限公司）