高層建筑結構設計問(wèn)題及對策的論文
摘要:高層建筑的出現為現代城市建筑的發(fā)展指出了一條明路。在筆者看來(lái)，高層建筑的結構設計應該踐行“物盡其用”的設計理念。從現狀分析上看，相對于低層建筑，在高層建筑的結構設計中，要更加注重水平方向上的位移影響因素;在問(wèn)題研究中發(fā)現，高層建筑的結構設計必須考慮到方方面面的影響因素，尤其是要注重與具體施工條件的對接;針對這些現狀與問(wèn)題，筆者提出了一些可行對策，以期對高層建筑結構設計的發(fā)展有所幫助。
關(guān)鍵詞:高層建筑；結構設計；現狀分析；問(wèn)題研究；可行對策
關(guān)于建筑的“實(shí)用美”與“藝術(shù)美”兩種設計理念之間的辨證討論歷久彌新［1］，無(wú)數設計師前赴后繼，都試圖在二者的“找平”中成長(cháng)為真正的設計大師［2］。但在筆者看來(lái)，建筑的“藝術(shù)美”難有定論，畢竟仁者見(jiàn)仁、智者見(jiàn)智，不同時(shí)代、不同地區都有其各自擁躉眾多的潮流與經(jīng)典;而建筑的“實(shí)用美”卻是要經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗，并且每個(gè)使用者都說(shuō)得上話(huà)的，更值得設計者加以關(guān)注。結構設計作為高層建筑這一龐雜系統的設計核心，其合理性直接影響著(zhù)高層建筑的安全和性能。筆者試圖通過(guò)對高層建筑結構設計的現狀分析和問(wèn)題研究，提出切合實(shí)際的可行對策，從而最大程度地滿(mǎn)足使用者的功能需求，踐行“物盡其用”的設計理念。
1高層建筑結構設計的現狀分析
(1)與低層建筑相比較，高層建筑要更注重水平方向的結構設計在過(guò)去，低層建筑結構受到的垂直方向上的影響比較大，設計者往往重視多樓層壓力所引發(fā)的負荷，而對水平方向上的位移影響較為忽略。在現在，較高乃至超高的樓層使得高層建筑的結構設計，不但要考慮垂直方向上由于較多樓層所引發(fā)的壓力負荷;更要考慮水平方向上由于外界空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的位移距離，。(2)在外形選擇上，高層建筑的結構設計要更注重對地震抵抗能力的要求。通常來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)樓層高度的增加，垂直方向上的壓力負荷是一個(gè)可預見(jiàn)的定值，水平方向上的影響則會(huì )因建筑結構特性的不同而被急劇放大或縮小。例如，將球形結構與方形結構相對比，高層建筑的位移距離會(huì )有很大差距。如果不在結構設計上重視這一點(diǎn)，水平面上的過(guò)大位移不但會(huì )降低高層建筑使用者的舒適度，還容易損壞高層建筑的基本構件，從而逐漸減弱高層建筑的使用性能，降低高層建筑對地震的抵抗能力，甚至大大縮短高層建筑的壽命�？傊�，高層建筑的結構設計現狀就是，要更多地考慮水平方向的影響因素，在方案與細節設計上加重對抗側力結構方面的考量。
2高層建筑結構設計的問(wèn)題研究
對好的建筑設計者來(lái)說(shuō)，最突出的表現就是能考慮到方方面面的因素，并在前期設計中就加以體現。但在當前高層建筑的結構設計中，產(chǎn)生問(wèn)題最多的就是“不接地氣”，即不能與具體施工條件接軌而修圖乃至重畫(huà)圖紙。
2．1因預留數據不足凸顯出的設計方案不合理
眾所周知，高層建筑結構設計的基礎就是設計方案，高層建筑的安全保障首先是選擇合理的結構設計設計方案。當下，因結構設計不合理而產(chǎn)生的施工困難，絕大多數都是源于結構設計中，對預留數據的估計不足而造成的設計方案計算不合理。例如，在高層建筑結構設計的設計方案計算中，僅僅預留出結構節點(diǎn)因不同材料特性產(chǎn)生的延展空間，而未充分考慮不同天氣下溫度、濕度等條件的變化產(chǎn)生的延展作用，造成實(shí)際施工時(shí)預留數據的不足，最終凸顯出簡(jiǎn)圖方案的不合理。
2．2因施工標準不一表現出的設計功能不完善
在高層建筑的結構設計中踐行“物盡其用”的設計理念，具體來(lái)講，就是高層建筑結構設計的功能是否完善的唯一標準為，使用者的多元化需求是否得到了滿(mǎn)足。但是，設計師往往會(huì )發(fā)現，在高層建筑中，同樣的結構設計經(jīng)過(guò)不同的施工者的手，其設計功能的實(shí)現效果就大為不同。有時(shí)甚至由于施工標準的極大差異，在實(shí)際使用中表現為設計功能的缺失。例如，在高層建筑的結構設計功能中，即便同樣的管道口設計也會(huì )因不同的施工標準而產(chǎn)生較大差異，造成實(shí)際安裝使用時(shí)的不便，甚至表現為同一建筑上某一樓層電路、排氣管道的功能無(wú)法實(shí)現。
2．3因盲目相信軟件計算結果造成的設計數據誤差
科技進(jìn)步大大簡(jiǎn)化了建筑設計中的計算工作量，尤其是高層建筑的結構設計，設計師越來(lái)越依賴(lài)各種各樣的計算軟件。這些軟件固然可以加快高層建筑的結構設計進(jìn)度，但由于這些軟件的條件設置與實(shí)際建筑的結構數據并不完全相符，多元化的軟件計算對高層建筑的結構設計是一把雙刃劍。例如，利用軟件輔助高層建筑的結構設計時(shí)，由于軟件本身可能存在缺陷以及人工輸入造成的誤差，極易出現計算結果不準確的問(wèn)題［3］。因此，過(guò)度依賴(lài)這些層出不窮的計算軟件，最終得到的高層建筑結構設計數據，與實(shí)際施工時(shí)的情況并不一定相符，甚至會(huì )存在較大的誤差。
3高層建筑結構設計的可行對策
針對高層建筑結構設計當下的發(fā)展現狀與存在的問(wèn)題，筆者試提出以下可行對策，以供設計師在以后的高層建筑的結構設計中參考。
3．1確定高層建筑的結構設計方案時(shí)，要考慮多種需求下的多元設計方案
在確定結構設計的方案時(shí)，明確受力、經(jīng)濟傳力是最基本的要求。而在確定高層建筑的結構設計方案時(shí)，在綜合分析使用需求、施工條件、地理條件、材料等的基礎上，要考慮使用者的多種需求，在各種條件的綜合考量中選擇最合理的結構，從而確定高層建筑的結構設計的多元方案。例如，按結構形式分類(lèi)，高層建筑的結構體系包括“框架結構、抗震墻結構、框架一抗震墻結構、簡(jiǎn)體結構、部分框支抗震墻結構、板柱一抗震墻結構”［4］等等。各種結構體系適用的高度范圍，因其剛度、強度上的巨大差距也存在極大差異，要組合應用，考慮多種需求下的多元設計方案，真正踐行“物盡其用”的設計理念。
3．2在高層建筑的結構設計功能方面
要預留足夠的施工誤差空間。高層建筑的結構設計必須考慮到方方面面的影響因素。而在高層建筑的結構設計功能方面，要真正滿(mǎn)足使用者的多元化需求，保證即使經(jīng)手不同的施工者，設計功能的實(shí)現效果也不會(huì )被削弱。因此，在高層建筑的結構設計功能方面，就不能不考慮不同施工標準下這些設計功能的實(shí)現條件，從而預留施工的誤差空間。例如，高層建筑結構設計的構造措施的預設中，應當把握“強剪切力弱彎變，強壓力弱拉力，強柱弱梁”［5］的原則，關(guān)注材料在不同溫度、濕度條件下的性能，充分考慮應力、溫度對結構元件的影響，注重與具體施工條件的對接，從而預留足夠的施工誤差空間，真正做到“接地氣”。
3．3使用高層建筑的結構設計軟件時(shí)，要對軟件計算結果進(jìn)行多方面的測試
使用高層建筑的結構設計軟件時(shí)，為了盡可能地減少數據誤差，筆者主要從以下兩方面考量解決的問(wèn)題的對策:一是軟件本身可能存在缺陷;二是人工輸入造成的誤差。
3．3.1使用多個(gè)不同的軟件模型
以防止單個(gè)軟件可能存在的缺陷。例如，分析突發(fā)地震時(shí)的內力作用和變形作用，高層建筑這一復雜結構應當使用多個(gè)不同的軟件模型，并對其力學(xué)計算結果進(jìn)行分析比較，最大程度地避免因單一軟件存在缺陷造成的高層建筑結構設計數據誤差。
3．3.2進(jìn)行多次測試，核對最終的計算數據
應對重要軟件進(jìn)行多次數據輸入的測試，并核對最終的計算結果，以防止單次的人工輸入失誤造成的數據誤差�？偠灾�，高層建筑的結構設計應該踐行“物盡其用”的設計理念。相對于低層建筑，高層建筑的結構設計要更加注重水平方向上的位移影響因素，在方案與細節設計上加重對抗側力結構方面的考量。同時(shí)，還必須考慮到方方面面的影響因素，尤其是要注重與具體施工條件的對接。最終，提出高層建筑的結構設計要考慮多種需求下的多元設計方案、預留足夠的施工誤差空間、對軟件計算結果進(jìn)行多方面的測試等可行對策。筆者僅以上述拙見(jiàn)在此拋磚引玉，希望能引起更多學(xué)者對高層建筑結構設計的關(guān)注，并因此對高層建筑結構設計的發(fā)展有所助益。
參考文獻:
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