多层大跨超长混合建筑结构设计分析

丁超

摘要：本文具体分析了大跨度超长建筑结构的特征和优势，并对其设计中涉及的具体问题进行分析和总结，为项目设计和施工提供资料参考。

关键词：多层大跨度;超长;混合建筑;结构设计

对建筑进行研究，我们很容易发现梁、柱承重结构的身影。虽然这些承重结构能够提升建筑稳定性和可靠性，但在一些特殊场合中，这些梁和柱子就会十分碍事。比如说在飞机航站楼、火车站候车厅、大型的工厂、大型仓库等场所，过多的梁和柱子，就会影响空间的使用率，并且在视觉效果上也比较差。超长结构的出现，解决了这一问题，这种结构的建筑能够保证结构空间的完整性，视觉效果也十分优越，但在建筑结构设计上需要关注很多问题。

一、结构解析

（一）结构解析

这种结构的建筑，为何在传统建筑技术的背景下没有呢，关键就在于现代的材料科学和建筑技术，给该技术的实现提供了可能。比如说铝合金结构和复合材料结构，不仅稳定性得到了保证，并且其更轻、强度更高的结构也极大的降低了整体重量，保证了结构安全。只是有材料也不行，只凭借人力，是无法完成此类大型结构的安装工作的，还必须有相应的安装设备。中国建设工程机械安装技术发展也十分迅猛，很多大型、重型的安装设备都投入了使用，这使得人们可以将这些大型结构预先制作，现场进行拼接组装，就好似拼积木一样的将他们拼接在一起。

（二）技术难点

该结构虽然在空间利用上面有很大优势，但由于跨度比较大，因而设计难度较高。设计难度最大的就是对受力，不仅要考量材料，还需要对其形状、形变和可能带来的结构改变来精准计算。除此之外，施工同样需要考慮，因为无论什么样的设计，都需要具体的施工才能实现，如果在现有的设备和施工技术下无法完成的工程，那设计再精美再精巧也等于无用功。

二、结构特点

（一）结构更加稳定

由于该结构跨度大，因而就要对材料和结构进行优选，只有确保所有的结构都符合要求，才能保证建筑的最终成功。因此相比于传统的普通结构，这种结构由于设计难度大，对结构稳定性和计算的准确性有更精准的要求，而普通结构难度低，不会进行那么精密的计算，因此从成果上来说，此类结构稳定性都比较好。

（二）更高的刚度

刚度是衡量结构在形变作用下抵抗能力的要素，由于此类结构受力十分复杂，因而对材料和形状的要求十分具体，要求建筑不仅能够承载，并能够具有一定刚度，只有这样才能在使用中不会产生形变。因此，此类结构在施工中一般会用构件进行稳定性的固定。

（三）安全要求

越是庞大的建筑结构，越要对地震、风等安全影响因素进行综合性考量和设计，所以在建筑设计阶段，不仅要对其抗震性能进行整体化设计。在设计中要考虑到变形集中的问题，也就是说这种建筑很容易出现穹顶破坏严重的现象，尤其是多层结构中，很容易出现受力的薄弱楼层，这也是地震中受害最严重的地方。

二、设计施工要点

（一）结构类型选择

常见的大跨度多层超长结构主要有连接式和并列式两种结构，这两种结构在具体应用中都取得了很好的成绩。连接式多应用于功能复杂的建筑设计中，这是由于连接式的设计能够最大的保证实际的建设和安全要求。并列式则更适用于结构简单些的对称式的设计，因为该类型在受力下其结构能够进行自我的力学释放，所以设计难度稍小些。另外还有一种支撑式的设计方案，该结构对材料的要求比较高，刚性比较强大，并且抗震性能会更好一些，防风性能也比较优越，因此在一些风害比较严重，抗震要求高的地方有一定的应用。

（二）钢结构设计

钢结构是该建筑的主要受力和荷载系统，因此在设计的时候对钢结构的设计一定要慎重。设计的关键点就是要做好材料的选择，并做好受力结构的设计。除此之外还需要考虑到和基础的配型，并且将抗震和防风设计都综合在一起。除此之外，还需要对钢结构的预安装进行综合性的全盘考量，确保结构的整体性和连贯性。钢结构是需要与混凝土结构相连接的，因此连接点的力学特征也需要细致的计算。因此其钢结构设计并不是单一的设计，而是一项综合性较强的工程。

（三）混凝土设计

混凝土在该结构中主要承担着基础、连接件的作用，由于该结构整体性比较强，因此混凝土结构也承担着比较大的力学作用。如果混凝土设计不可靠，出现变形、裂缝等问题，那混凝土出问题的部位的局部受力就会改变，整体力学的稳定性就会受到影响。除此之外，混凝土的刚度、强度和韧性也需要达到标准，因此在混凝土设计的时候，对于关键的连接部位和受力结构，混凝土的强度、韧性设计要强于其他未知。除此之外，为了减少混凝土产生裂缝从而影响安全的概率，混凝土设计还需要考虑到预应力作用。虽然混凝土设计难度较大，但优秀的设计不仅不会影响整体的安全性和稳定性，反而会通过力学作用从而应用钢结构的力学形变来提升强度。但是对于一些力学特征不明显的位置的混凝土，也需要对其无缝设计进行考量，因为所有的混凝土结构都影响着整体结构的安全性和稳定性。

（四）温差分析

对于室内外温差比较大地区，超长混合结构设计难度就更大，因为需要考虑内外温差对结构的影响。温差不仅会影响钢结构的力学特征和刚性，对混凝土的形变量和裂缝问题还有重大影响。对于此类结构，要考虑到温度作用下的框架内力，因为越是大规模的结构，其内力聚集的问题就越严重，对建筑结构安全影响就越大。为了解决这一问题，可以通过在受力位置添加强纵筋或者梁配筋的方式，防治拉伸力给整体结构的影响。对于一些容易产生形变和裂缝的温差下的混凝土，可以通过增加配筋量来解决问题。而顶板混凝土应力形变的问题，则可以通过计算机进行建模分析，对温差工况进行细致分析，从而找到最适合的配筋和混凝土配比，提升整体的抗温差能力。

综上所述，我国大跨度多层混凝土结构设计能力已经比较强大，这得益于我国材料科学、机械设备的进步和经验的积累，但作为一种大型的综合性项目，其设计仍然是整个项目能否实施的重点，相信随着技术的不断进步和发展，该技术将在国内得到更广泛的应用。

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