超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題及對策研究

竇鵬，劉娟

（1.淄博市規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，山東 淄博 255000；2.淄博建衡工程檢測有限公司，山東 淄博 255000）

1 引言

在設(shè)計超高層建筑時，不僅要體現(xiàn)出建筑的觀賞價值，還要融入當?shù)氐奶厣幕?，設(shè)計人員可以采用現(xiàn)代設(shè)計方式進行超高層建筑設(shè)計。在設(shè)計超高層建筑時，建筑的結(jié)構(gòu)非常關(guān)鍵。進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員可以加入一些自己的設(shè)計理念，對超高層建筑的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。同時，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，也會遇到一些問題，影響結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量，如果不能及時解決，會拖慢超高層建筑的建設(shè)速度，還可能埋下安全隱患。因此，設(shè)計人員要不斷充實自己，遇到問題時，能結(jié)合自身的經(jīng)驗，及時處理問題，并找到問題產(chǎn)生的原因。

2 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化原則

與普通的高層建筑相比，超高層建筑的高度更高。要想保證超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量，設(shè)計人員要充分考慮建筑物的穩(wěn)定性、抗震能力和承載能力。另外，設(shè)計人員還要根據(jù)超高層的高度，對抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系進行合理選擇，考慮荷載的傳遞路徑，計算地震產(chǎn)生的荷載，從而防止在超高層建筑出現(xiàn)坍塌、扭曲和扭轉(zhuǎn)等狀況[1]。

在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，設(shè)計人員要遵循以下幾項原則：

1）經(jīng)濟性原則。超高層建筑建設(shè)期間，會用到大量的材料，材料購買時會花費大筆資金，建設(shè)期間如果受到外界因素的影響，也會出現(xiàn)經(jīng)濟損失。為此，設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化時，要秉承經(jīng)濟性原則，設(shè)計期間要做好該預(yù)算管理工作，為企業(yè)爭取最佳經(jīng)濟效益。

2）安全性原則。在設(shè)計時，設(shè)計人員要將安全放在首位，秉承安全性原則，確保建筑結(jié)構(gòu)符合規(guī)定的安全標準。

3）功能性原則。設(shè)計人員在設(shè)計時，要秉承功能性原則，對超高層建筑的各項功能進行完善和優(yōu)化，給人們帶來優(yōu)質(zhì)的居住體驗。

3 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的注意事項

根據(jù)建筑相關(guān)條例規(guī)定，建筑高度大于27.0 m的住宅建筑和建筑高度大于24.0 m的非單層公共建筑，且高度不大于100.0 m的。為高層民用建筑；建筑高度大于100.0 m為超高層建筑。無論從哪個角度來講，超高層建筑都比高層建筑復(fù)雜。在設(shè)計時，設(shè)計人員需要根據(jù)建筑的用途以及周圍環(huán)境進行設(shè)計。超高層建筑內(nèi)存在很多空間，設(shè)計人員要合理規(guī)劃這些空間，做好空間布局工作。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員不僅要考慮室內(nèi)布局，還要考慮建筑的承載性能，其中包括橫向承載力、水平承載力等。設(shè)計人員要制訂一份完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，在制訂方案時，不僅要考慮到方案的可行性，還要考慮超高層建筑的穩(wěn)定性和安全性。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員還要做好消防設(shè)計工作，要按照相關(guān)標準規(guī)劃建筑內(nèi)的通行路線，注意樓梯和電梯的數(shù)量和位置，確?；馂?zāi)發(fā)生時，能夠及時疏散居民，保障居民的生命財產(chǎn)安全[2]。

4 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的問題

4.1 設(shè)計人員的綜合素養(yǎng)有待提高

在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員的專業(yè)水平不夠高，出現(xiàn)失誤，將會導(dǎo)致設(shè)計方案存在漏洞。如果工人按照有誤的方案內(nèi)容進行施工，很容易引發(fā)安全事故。經(jīng)過筆者調(diào)查了解到，大部分設(shè)計人員缺乏實踐經(jīng)驗，在設(shè)計時容易忽略一些細節(jié)方面的問題，導(dǎo)致實際建設(shè)期間出現(xiàn)一些突發(fā)事件。因此，設(shè)計人員要結(jié)合實際情況，調(diào)整圖紙的內(nèi)容。另外，在繪制設(shè)計圖紙時，設(shè)計人員沒有做好考察工作，導(dǎo)致圖紙的內(nèi)容與實際有所出入，工程被迫停工，這會影響工程完工的時間。又如，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員沒有考慮到結(jié)構(gòu)的承重性，在后續(xù)建設(shè)時，很容易出現(xiàn)建筑坍塌的情況[3]。

4.2 消防設(shè)計有待加強

大部分建筑內(nèi)都會有地下車庫，車庫內(nèi)存在很多車輛，車輛內(nèi)含有大量汽油，如果火勢蔓延到地下車庫，很容易發(fā)生爆炸。在進行消防設(shè)計時，設(shè)計人員沒有在超高層建筑內(nèi)設(shè)置足夠的消防設(shè)施，當危險來臨時，無法利用消防設(shè)施滅火。另外，消防逃生通道的設(shè)計位置比較隱蔽，當火災(zāi)發(fā)生時，人們無法快速逃離。因此，超高層建筑的消防設(shè)計水平提升工作，是設(shè)計人員首要解決的問題。

5 如何進行超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

5.1 抗震設(shè)計

在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員要做好抗震設(shè)計。我國對超高層房屋的抗震等級有著明確的規(guī)定，設(shè)計人員要按照規(guī)定進行設(shè)計。設(shè)計人員要仔細研究建筑的抗震結(jié)構(gòu)，提出抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。方案制訂完畢后，要交由有關(guān)部門審核，檢查方案的可行性，方案通過后，工作人員方可按照方案的內(nèi)容進行建造[4]。

5.2 防風設(shè)計

建筑在使用過程中，很容易受到外界因素的影響，這些因素有可能是人為因素，也有可能是自然因素。建筑物在使用時，會受到自然侵害，部分地區(qū)風沙較大，會對建筑造成影響。風力隨時都會發(fā)生變化，如果風力較小，對建筑的影響微乎其微，如果風力較大，會對建筑產(chǎn)生一定的影響，容易造成建筑結(jié)構(gòu)外皮脫落等情況。為了防止上述情況發(fā)生，設(shè)計人員要做好防風設(shè)計工作，在設(shè)計時要調(diào)查該地區(qū)目前所產(chǎn)生的最大風速，根據(jù)調(diào)查的結(jié)果進行防風設(shè)計。

5.3 消防設(shè)計

在設(shè)計時，設(shè)計人員要做好規(guī)劃工作，在建筑物內(nèi)要設(shè)置防火分區(qū)，當火災(zāi)出現(xiàn)時，能夠更好地防止火勢蔓延。在進行超高層建筑設(shè)計時，要將防火性較強的材料運用到超高層建筑當中，并在每個區(qū)域內(nèi)安裝感應(yīng)式防火卷簾門，當火災(zāi)發(fā)生時，卷簾門會受到感應(yīng)，及時關(guān)門，防止火勢蔓延。在設(shè)計防火卷簾門時，要注意卷簾門要緊貼墻壁房梁，二者之間不能存在空隙，否則火勢會蔓延到其他區(qū)域。防火卷簾門在一定程度上能夠減緩火勢蔓延的速度，能夠為消防人員爭取到更多的救援時間。設(shè)計人員要在建筑內(nèi)設(shè)計排煙管道，火災(zāi)發(fā)生時，會產(chǎn)生大量的濃煙。為了防止居民吸入大量的濃煙，設(shè)計人員要做好排煙設(shè)計工作，將排煙通道放置在墻體上方，當火災(zāi)發(fā)生時，人們能夠快速找到排煙通道并打開。在設(shè)計建筑墻體時，設(shè)計人員要按照防火規(guī)定進行設(shè)計，確保墻體的防火性能達到規(guī)定的標準。

5.4 節(jié)能設(shè)計

超高層建筑在建造過程中會用到大量的材料，也會消耗大量的能源。目前，我國能源消耗量過大，漸漸開始出現(xiàn)能源緊缺的情況。因此，在設(shè)計時，設(shè)計人員不僅要注重結(jié)構(gòu)設(shè)計，還要加強節(jié)能設(shè)計。節(jié)能設(shè)計就是在設(shè)計過程中貫穿節(jié)能理念，在建造過程中，要使用節(jié)能設(shè)備，減少能源消耗。設(shè)計人員要使用綠色材料進行建造。設(shè)計人員可以將太陽能、風能等清潔類能源運用到超高層建筑當中，可以在建筑頂部安裝太陽能電池板，為居民提供電能，在建筑內(nèi)設(shè)計多個通風口，保持室內(nèi)空氣流動，在夏季時，降低室內(nèi)的溫度。

5.5 做好受力性能分析

在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，最關(guān)鍵的就是建筑的受力性能。在設(shè)計時，設(shè)計人員一定要將建筑的受力性能考慮在內(nèi)，結(jié)合建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及實際高度，明確受力點，在選擇材料時，也要選擇承重性能較強的材料。如果超高層建筑的受力性能達不到規(guī)定的標準，會影響超高層建筑的使用安全，在后續(xù)維護時，也會增加維護成本。因此，在設(shè)計過程中，設(shè)計人員要對超高層建筑的受力性能進行深入分析，明確超高層建筑結(jié)構(gòu)的作用力，并對當下的設(shè)計方案進行調(diào)整和優(yōu)化，通過優(yōu)化設(shè)計方案來提高超高層建筑的受力性能。在設(shè)計時，設(shè)計人員還要注意超高層建筑受力不均的問題，通過對承重墻、梁以及柱進行計算統(tǒng)計，來解決超高層建設(shè)設(shè)計受力不均的問題。設(shè)計人員要對平面設(shè)計圖進行詳細分析，確保超高層建筑整體結(jié)構(gòu)的荷載分布均勻，確保建筑的使用安全。在設(shè)計期間，設(shè)計人員可以應(yīng)用BIM技術(shù)，采用空間分析法，將平面計算簡圖和BIM技術(shù)結(jié)合起來，將圖紙以三維的形式呈現(xiàn)出來，這樣可以從根本上解決建筑在受力性能方面的問題。

5.6 重視結(jié)構(gòu)自重問題

在設(shè)計時，設(shè)計人員需要明確超高層建筑自身的重力荷載情況，根據(jù)所了解到的情況，選擇適合的樓板，確保樓板的承重性能可以滿足超高層建筑的設(shè)計和施工需求。設(shè)計人員通過對樓板進行組合，減少樓板所承受的重量，同時也能加快施工的進度。在進行設(shè)計時，一定要明確組合梁的施工步驟和順序，通過樓板以及組合梁，來解決超高層建筑在自重方面的問題。除此之外，還要重視內(nèi)部的構(gòu)件，注意構(gòu)件與框架之間的銜接處，在施工時，如果發(fā)現(xiàn)構(gòu)件變形，要及時更換，在選擇連接方式時，可以選擇聯(lián)合應(yīng)用鉸連接和桁架腹桿延遲連接方式，這兩種方式能夠?qū)ψ冃蔚臉?gòu)件進行改善，通過改善變形構(gòu)件，來減輕構(gòu)件所承受的重量，減輕超高層建筑的自重，從而提高超高層建筑的建設(shè)質(zhì)量。

5.7 提高設(shè)計人員的專業(yè)素養(yǎng)

超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員的專業(yè)素養(yǎng)非常重要，關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的整體排布。要想增強設(shè)計人員的專業(yè)素養(yǎng)，就要對設(shè)計人員進行培訓(xùn)，增強設(shè)計人員的專業(yè)能力，在設(shè)計之初，要讓設(shè)計人員進行現(xiàn)場勘察，明確超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，使其按照相關(guān)要求完成設(shè)計工作。在培訓(xùn)時，可以聘請專家前來培訓(xùn)，企業(yè)可以與相關(guān)高校達成協(xié)議，定期為企業(yè)輸送設(shè)計方面的人才。此外，在人才管理過程中，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)要改善人才管理的方式，通過管理來提高設(shè)計人員的專業(yè)素養(yǎng)。

6 結(jié)語

綜上所述，我國建筑企業(yè)發(fā)展速度不斷加快，建筑企業(yè)的規(guī)模不斷擴大，建筑的種類不斷增多，超高層建筑就是其中之一。在進行超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員主要從抗震、防風、節(jié)能、消防、地基方面進行設(shè)計，在設(shè)計過程中，要明確結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點，同時，還要找出超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的問題，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，主要出現(xiàn)的問題一個是設(shè)計人員的專業(yè)素養(yǎng)有所欠缺，還有就是在消防設(shè)計方面會出現(xiàn)問題，設(shè)計人員可以從這兩個方面入手解決。此外，設(shè)計人員還要明確超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化原則以及注意事項，按照相關(guān)標準做好超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，確保超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量，促進我國建筑行業(yè)的發(fā)展。