高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及對策分析

張國平

（山東德建集團(tuán)有限公司，山東 德州 253000）

當(dāng)下，面對城市土地資源緊張，在集約型理念下，高層建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑的主要形式。高層建筑的特殊性和高標(biāo)準(zhǔn)要求，也給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了很大的挑戰(zhàn)和考驗(yàn)，基于全面提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平，逐步解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的常見困難，并進(jìn)一步優(yōu)化的目的，本文分析了當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的一些常見問題，并就這些典型問題提出有針對性的解決措施，希望可以給同行業(yè)有所幫助。

1 目前在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的一些問題

目前，行業(yè)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，依然還存在一些問題，經(jīng)過歸納總結(jié)，主要有3 個方面比較突出：①結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)不合理。結(jié)構(gòu)體系選擇如果不合理，勢必會嚴(yán)重降低整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。比如，在進(jìn)行鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)過程中，結(jié)構(gòu)體系的選擇，在以工程結(jié)構(gòu)為基本依據(jù)的基礎(chǔ)上，還必須要考慮到當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)載荷、以及該地區(qū)的抗震設(shè)防等級這兩個重要的參數(shù)。如果沒有兼顧到這些重要的影響因素，那么就極有可能做出不合理的設(shè)計(jì)，最終導(dǎo)致穩(wěn)定性不足。尤其是鋼盤混凝土結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)，一旦選型錯誤，欠缺合理，那么在施工中就有很大的安全和質(zhì)量事故風(fēng)險。②第二就是地基以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理。高層建筑的地基基礎(chǔ)選型非常重要，選型不當(dāng)，就非常容易出現(xiàn)不均勻沉降，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)整體傾斜乃至坍塌。如果基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理，比如斜面坡度偏大，那么在混凝土澆筑及振搗過程中，質(zhì)量就很難得到有效控制和保證，地基結(jié)構(gòu)勢必受到影響。如果地下室底板的配筋不合理，其結(jié)構(gòu)就容易失穩(wěn)，加大不均勻沉降的風(fēng)險。③設(shè)計(jì)中欠缺對地下水影響因素的考慮，因?yàn)榈叵滤矔绊懙降鼗Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性，在實(shí)際中有很多地基質(zhì)量事故發(fā)生都與地下水有一定的關(guān)系。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)分析

2.1 規(guī)則化要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)中，工作人員要綜合考慮，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要與建筑應(yīng)用的需求相結(jié)合，其功能和規(guī)劃，要以實(shí)際需要為出發(fā)點(diǎn)，同時滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。設(shè)計(jì)施工環(huán)節(jié)將建筑扭轉(zhuǎn)剛度的要求要滿足，避免由于結(jié)構(gòu)因素對抗震性能以及結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不利影響，設(shè)計(jì)時候要能按照對稱以及均勻的要求，布置剪力墻的時候就要能夠注重結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，避免由于在特殊狀況下對建筑物造成損壞影響以及坍塌風(fēng)險發(fā)生。此外，還要做到結(jié)構(gòu)超限設(shè)計(jì)質(zhì)量的有效控制，以避免安全事故。

2.2 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

場地沒有全新活動的斷裂帶通過，無滑坡、崩塌以及巖溶等現(xiàn)象，設(shè)計(jì)是可以不將土層液化問題納入?yún)⒖挤秶?，因此，可判斷為適宜工程建設(shè)地質(zhì)。綜合考慮場地的情況及建筑物荷載大的特點(diǎn)，需要將基礎(chǔ)置入中粗砂夾礫石或半膠結(jié)砂礫巖為持力層。根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，采用鉆孔灌注樁筏板基礎(chǔ)，單樁豎向承載力特征值為3700kN。鉆孔灌注樁既可以承壓，又可以抗拔，設(shè)計(jì)、施工都比較容易保證，擠土效應(yīng)不明顯。基礎(chǔ)計(jì)算考慮上部結(jié)構(gòu)、樁及筏板三者的共同作用，設(shè)計(jì)時由于上部結(jié)構(gòu)的剛度貢獻(xiàn)，將上部結(jié)構(gòu)剛度考慮到基礎(chǔ)頂面進(jìn)行共同作用，計(jì)算結(jié)果會更加貼近事實(shí)。根據(jù)基礎(chǔ)荷載的分布情況，核心筒墻體下均勻布置承壓樁，裙房框架柱下、汽車坡道柱下集中布置抗拔樁，起抗浮作用。

2.3 優(yōu)化高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)研究結(jié)果表明，在底部的轉(zhuǎn)換層中，其位置越高，它的上下高度的突變就會越大，轉(zhuǎn)換層的上下內(nèi)力的傳遞途徑，其突變也會加劇，落地的剪力墻以及墻體就容易出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，框架的支柱內(nèi)力加大，使得轉(zhuǎn)換層的上部其附近的一些墻體就會被破壞。因此說，轉(zhuǎn)換層位置偏高就不利于抗震。

2.4 科學(xué)布置平面布局

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題，這就需要在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，建筑結(jié)構(gòu)形式宜采用相對規(guī)則的圖形，并保證質(zhì)量的均勻分布，進(jìn)一步提高建筑體的穩(wěn)定性，保證建筑結(jié)構(gòu)的對稱性。即在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，具體通過科學(xué)進(jìn)行平面布局，以此來保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和安全性。

2.5 外框承擔(dān)剪力比

多道防線的抗震設(shè)計(jì)理念對結(jié)構(gòu)抗倒塌具有重要意義。對于高層結(jié)構(gòu)常采用的框架—核心筒結(jié)構(gòu)，核心筒為第一道防線，框架為第二道防線。在大震作用下，核心筒由于連梁破壞、墻體開裂和鋼筋屈服等原因剛度退化，會導(dǎo)致內(nèi)力重分布，部分地震力轉(zhuǎn)移至外框，因此規(guī)范規(guī)定了框架—核心筒結(jié)構(gòu)外框最小剪力分擔(dān)比以及剪力調(diào)整系數(shù)。

2.6 豎向規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)超限設(shè)計(jì)要點(diǎn)

就不同的高層建筑結(jié)構(gòu)超限設(shè)計(jì)，就要能采用相適應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，從整體上提升設(shè)計(jì)的質(zhì)量。豎向規(guī)則超限建筑的設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要從幾個要點(diǎn)上加強(qiáng)重視，如在立面收進(jìn)引起的超限方面，運(yùn)用臺階形多次內(nèi)收立面，就要保障結(jié)構(gòu)位移沿著豎向不發(fā)生突變的現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)要能得以有效控制。對于收進(jìn)部分豎向構(gòu)件和樓板要注重強(qiáng)化，收進(jìn)出現(xiàn)了偏心的問題，底部結(jié)構(gòu)會受到扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生內(nèi)力，驗(yàn)證抗震的性能是比較必要的。

3 結(jié)語

由于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會受到較多因素的影響，這也導(dǎo)致在實(shí)際設(shè)計(jì)中往往會存在一些問題，這就需要采用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法，有效的提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，確保高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，有效的推進(jìn)建筑行業(yè)的健康、有序發(fā)展。