超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題研究

王充

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，我國城市化進(jìn)展不斷深入，為了滿足越來越多的城市人口，高樓大廈的數(shù)目也越來越多。高層建筑往往能夠體現(xiàn)出城市的形象，也常常在一定程度上代表了當(dāng)?shù)氐墓I(yè)水平。作為我國現(xiàn)代建筑的核心內(nèi)容，超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要相關(guān)工作人員不斷深入研究。本文主要闡述了超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇，提出了現(xiàn)階段超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題，并介紹了提高超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的具體措施，對解決我國超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題具有一定的借鑒意義與參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：超高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);關(guān)鍵性問題;研究

引言：隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，超高層建筑越來越得到人們的普遍關(guān)注。實(shí)際上，超高層建筑能夠有效提高土地資源利用率，最大限度地發(fā)揮建筑的空間上的功能。由于超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及到許多專業(yè)領(lǐng)域的知識，所以有關(guān)設(shè)計(jì)師應(yīng)該具備先進(jìn)的理論基礎(chǔ)，并不斷更新設(shè)計(jì)理念，使得超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隨著我國的不斷發(fā)展而提升。而由于超高層建筑結(jié)構(gòu)具有餐飲娛樂、商務(wù)酒店等多種功能，所以相較于傳統(tǒng)建筑而言，超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題更加復(fù)雜，這就更加科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方式，保障建筑項(xiàng)目的各項(xiàng)指標(biāo)能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

一、超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇

（一）超高層建筑結(jié)構(gòu)體系分類

超高層常用的主體結(jié)構(gòu)體系為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)類型主要有筒中筒、框架-核心筒以及其他組合結(jié)構(gòu)，并根據(jù)需要可設(shè)置帶加強(qiáng)層。樓蓋結(jié)構(gòu)宜采用預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力扁梁、寬扁梁，大開間平板或壓型鋼板組合樓板等，這有利于減少樓蓋高度的結(jié)構(gòu)形式。

（二）超高層結(jié)構(gòu)體系選用原則

對于超高層結(jié)構(gòu)，水平風(fēng)荷載和地震作用是控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素，豎向荷載所需結(jié)構(gòu)材料的數(shù)量與層數(shù)成線性關(guān)系增加，抵抗水平荷載所需結(jié)構(gòu)材料的數(shù)量與高度成指數(shù)關(guān)系增加。因此，選擇結(jié)構(gòu)體系時(shí)應(yīng)選擇最高效的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。在選擇結(jié)構(gòu)體系時(shí)除了要考慮荷載作用的影響外，還應(yīng)考慮非荷載作用的影響.例如混凝土徐變收縮溫度變化、地基差異沉降等使結(jié)構(gòu)內(nèi)部變形對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。結(jié)構(gòu)體系選用的基本原則為：結(jié)構(gòu)在豎向重力荷載作用下受力均勻、平面均勻、體型簡單，結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量沿豎向均勻變化，結(jié)構(gòu)有足夠的抗扭剛度。

（三）超高層的結(jié)構(gòu)材料分析

現(xiàn)階段，在超高層建筑項(xiàng)目建設(shè)過程中應(yīng)用最為普遍的材料就是鋼筋混凝土。在進(jìn)行鋼筋混凝土材料選擇時(shí)，應(yīng)該以超高層建筑的結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)作為主要依據(jù)。只有這樣才能最大限度的發(fā)揮鋼筋混凝土材料的作用。實(shí)際上，鋼筋混凝土具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如耐久性大、維修費(fèi)用低等，也正因如此，越來越多的施工單位在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，在條件允許時(shí)會優(yōu)先選擇這種材料。但值得注意的是，應(yīng)該選擇合適的鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)厚度，進(jìn)而使混凝土材質(zhì)更加適合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

二、現(xiàn)階段超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題

（一）超高層建筑的扭轉(zhuǎn)問題

剛度的中心、整體結(jié)構(gòu)的重心和幾何形心是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三個核心。超高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題關(guān)鍵在于進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候未將剛度的中心、結(jié)構(gòu)重心和幾何形心重合，造成建筑物在水平壓力下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量注重平面布局圖的合理性，在一定程度上避免或預(yù)防建筑物的扭轉(zhuǎn)問題，從而保證了在超高層建筑中剛度中心、整體結(jié)構(gòu)的中心和幾何形心三個核心的重合。

（二）嵌固端設(shè)置問題

我國現(xiàn)有較多超高層建筑物在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)都會配置地下室，超高層建筑的嵌固端自然而然地被設(shè)置在地下室頂板的位置。超高層建筑的結(jié)構(gòu)嵌固端對高層建筑基礎(chǔ)具有一定的要求，其基礎(chǔ)需具有--定的埋置深度，目的是為了保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并對減弱地震反應(yīng)也起著一定的作用。設(shè)計(jì)師在嵌固端設(shè)置的問題上面一定要表現(xiàn)出高效的工作狀態(tài)，從而避免在施工過程中由于嵌固端的設(shè)置而修改設(shè)計(jì)方案，造成日后不必要的麻煩。

（三）受力性能的問題

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，很少有設(shè)計(jì)人員能夠在超高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中考慮其具體的結(jié)構(gòu)特征，相比來說，空間結(jié)構(gòu)考慮的相對較多。這一問題的存在，則導(dǎo)致超高層建筑結(jié)構(gòu)本身的受力性能受到影響。為了有效解決這些問題，就需要技術(shù)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中提前明確地基承載力和結(jié)構(gòu)體系向下作用力之間的關(guān)系，并且需要在確定超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的過程中，加強(qiáng)建筑主要承重部位的數(shù)量核定以及布局優(yōu)化。

三、提高超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的具體措施

（一）提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃水平

復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)劃水平能夠保障建筑項(xiàng)目使用的安全穩(wěn)定性，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)該更加關(guān)注超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)劃，綜合考慮工程周圍環(huán)境例如水文、人文等，不斷完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃。首先，有關(guān)工作人員必須要關(guān)注設(shè)計(jì)過程中的相關(guān)原理，在準(zhǔn)備設(shè)計(jì)時(shí)遵循建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)則性以及協(xié)調(diào)性，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的各方面與建筑整體風(fēng)格的高度統(tǒng)一。而且進(jìn)行超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)應(yīng)該靈活的運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將更加高效的軟件運(yùn)用到設(shè)計(jì)規(guī)劃中，不斷完善超高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)劃，盡可能的令建筑項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的各項(xiàng)預(yù)期目標(biāo)。

（二）加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的審核工作

有關(guān)工作人員在對超高層建筑結(jié)構(gòu)混凝土圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡可能的將圖中內(nèi)容詳盡標(biāo)明，有關(guān)數(shù)據(jù)也要經(jīng)過精密計(jì)算后記錄。在設(shè)計(jì)師完成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還需要再次對圖紙進(jìn)行嚴(yán)格審核，一旦發(fā)現(xiàn)問題，必須妥善解決進(jìn)而完善圖紙內(nèi)容。只有這樣才能在保證后續(xù)施工過程中的順利展開的同時(shí)提高資金投入率，避免影響施工進(jìn)度。

（三）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工過程緊密結(jié)合

優(yōu)良的超高層建筑項(xiàng)目離不開科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操作規(guī)范的工作過程，在進(jìn)行建筑項(xiàng)目建設(shè)時(shí)必須將二者緊密結(jié)合，只有這樣才能保證超高層建筑結(jié)構(gòu)項(xiàng)目有效提高經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)過程中一定要注意結(jié)構(gòu)的規(guī)則性與科學(xué)性，保證施工可以順利展開，而且，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一定要保持清晰的設(shè)計(jì)思路，使超高層建筑結(jié)構(gòu)整體水平不斷提高。設(shè)計(jì)師與施工單位要密切交流，防止由于施工過程與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互脫節(jié)而導(dǎo)致超高層建筑項(xiàng)目各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)難以達(dá)標(biāo)。

四、結(jié)束語

綜上所述，超高層建筑能夠在提升城市的整體規(guī)劃質(zhì)量的同時(shí)滿足市民越來越高的物質(zhì)及精神層面上的需求，實(shí)現(xiàn)城市整體的進(jìn)一步發(fā)展。在進(jìn)行超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇，避免在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)各類問題，不斷加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃，注重結(jié)構(gòu)完成后的審核工作，同時(shí)將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工過程緊密結(jié)合，不斷促進(jìn)超高層建筑結(jié)構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而推動我國城市化的不斷深入，為最終實(shí)現(xiàn)共同富裕的目標(biāo)不斷努力。

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