于浩　董艷君

【摘 要】本文通過(guò)對(duì)高層建筑中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)以及其中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出一些措施，期望能更好的促進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)定高層建筑結(jié)構(gòu)的同時(shí)提高高層建筑結(jié)構(gòu)安全的效果。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；剪力墻；水平荷載

引言

高層建筑的出現(xiàn)是科技發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步、建筑行業(yè)提升的重要標(biāo)志，當(dāng)前，國(guó)家和城市發(fā)展越迅速，高層建筑的數(shù)量和層次就越高，很多大城市已經(jīng)開始了超高層建筑的設(shè)計(jì)和施工，并已經(jīng)逐漸成為一種社會(huì)和行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。在這樣的趨勢(shì)下，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作就顯得尤為重要，在設(shè)計(jì)工作中要通過(guò)科學(xué)的手段、統(tǒng)籌的方法和高超的技巧將設(shè)計(jì)的合理性、安全性和需要的廣泛性和差異性有效地統(tǒng)合在一起，滿足從行業(yè)到社會(huì)，從個(gè)人到集體，從需要到發(fā)展等各方面的需要。當(dāng)前，各界為建筑行業(yè)提出了做好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要了解高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，注意設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)和受力性能進(jìn)行關(guān)注，在堅(jiān)持安全、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)的原則下，提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平。

一、高層建筑的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

高層建筑由于高度相對(duì)較高，勢(shì)必要承受更多的外來(lái)因素的影響。而常見的外來(lái)因素主要有外部荷載、地震、風(fēng)力等。這使得高層建筑不僅要承受來(lái)自外界水平方向風(fēng)力產(chǎn)生的荷載，同時(shí)還需要承受來(lái)自自身垂直方向的重力應(yīng)力荷載。這些都是需要加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的重要因素。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，未來(lái)高層建筑的高度會(huì)不斷的增高，為了應(yīng)對(duì)更為嚴(yán)重的位移和外來(lái)因素影響，使這些干擾因素對(duì)高層建筑的影響不會(huì)干擾到居住住戶的舒適度，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)將抗側(cè)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確立為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

（一）基礎(chǔ)方案合理

建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)單位需要根據(jù)實(shí)際施工地質(zhì)條件，根據(jù)實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)施工需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案需要配置完善的施工地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，最大程度的發(fā)揮建筑物地基的潛力，必要的情況下設(shè)計(jì)人員還需要對(duì)地基的變形做好相應(yīng)的演算。另一方面，設(shè)計(jì)單位還需要對(duì)建筑物進(jìn)行綜合性分析，尤其是對(duì)于建筑物負(fù)荷以及上部結(jié)構(gòu)類型，通過(guò)對(duì)這些綜合性分析，最終選定最適合的基礎(chǔ)方案，從而可以在提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上提高設(shè)計(jì)單位經(jīng)濟(jì)效益。

（二）計(jì)算簡(jiǎn)圖適當(dāng)

計(jì)算簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)，也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的重要題，主要原因在于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)一些基本的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，而這些計(jì)算分析都必須要建立在計(jì)算簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)之上。只有通過(guò)計(jì)算簡(jiǎn)圖基礎(chǔ)之上的數(shù)據(jù)分析，才可以提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性以及牢靠性。舉例來(lái)講，建筑物結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，建筑物結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)并不是我們傳統(tǒng)觀念中的鉸節(jié)點(diǎn)或者是鋼節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行計(jì)算簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深入研究，提高計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算的精確性，進(jìn)而將計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差控制在合理的范圍內(nèi)。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

（一）高層建筑水平荷載的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

水平荷載是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該考慮的重點(diǎn)因素，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的價(jià)值和意義非常重要。水平荷載主要引起高層建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)傾覆力矩，力矩大小與高層建筑的凈高的平方成正比；水平荷載還會(huì)引起高層建筑結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的軸力，其大小也同高層建筑凈高的二次方成正比，因此，我們不難得出結(jié)論，在高層建筑結(jié)構(gòu)越來(lái)越高、體積越來(lái)越大的發(fā)展趨勢(shì)下，水平荷載的因素要予以重點(diǎn)考慮，這是維護(hù)高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的需要，同時(shí)也是設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)的必然要求。

（二）滿足建筑抗震要求

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保其結(jié)構(gòu)各部分的剛度是對(duì)稱的、是均勻的，各結(jié)構(gòu)單元的平面形狀也需要盡量保持簡(jiǎn)單和規(guī)則。其結(jié)構(gòu)如果比較復(fù)雜，并且不規(guī)則、不對(duì)稱，那么對(duì)其復(fù)雜的地震應(yīng)力就非常難以進(jìn)行計(jì)算和處理，比如說(shuō)應(yīng)力集中和扭轉(zhuǎn)等，這些對(duì)于建筑抗震設(shè)計(jì)非常不利。所以說(shuō)，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，就需要盡量使地震力作用中心和建筑剛度中心進(jìn)行重合，一般其偏心距e不宜超過(guò)垂直于外力作用線建筑物邊長(zhǎng)的5%。同時(shí)還可以采用比較利于抗震的豎向布置，但是豎向布置中需要對(duì)剛度的均勻性以及連續(xù)性進(jìn)行確保。

（三）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的布置方式

1.平面布置平面布置的形狀相對(duì)簡(jiǎn)單，規(guī)則對(duì)稱，可實(shí)現(xiàn)質(zhì)心、鋼心相重合，但當(dāng)偏心較大時(shí)，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)也會(huì)增加，從而使端部的構(gòu)件位移增大，造成應(yīng)力集中。通常平面不應(yīng)突出過(guò)長(zhǎng)。對(duì)于扭轉(zhuǎn)大小的問(wèn)題，可以通過(guò)概念設(shè)計(jì)方法判斷得知，其與鋼心的質(zhì)心以及偏心距的計(jì)算大體相同，此外還可對(duì)結(jié)構(gòu)最遠(yuǎn)邊緣處的最大層間變形與質(zhì)心處的層間變形進(jìn)行比較分析，當(dāng)這一比率超過(guò)1.1時(shí)則扭轉(zhuǎn)過(guò)大，結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生不規(guī)則現(xiàn)象。2.立體布置立體布置的前提是要求規(guī)則均勻。這里的規(guī)則指建筑體型規(guī)則，如果發(fā)生變化，也是漸變體型向著豎直方面發(fā)生劇變。這里的均勻指上下體型、承載能力、剛度以及質(zhì)量分布均勻，這種情況下的變化自然也是均勻的。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合剛度下大上小，從下到上遞減的原則。如果下層剛度過(guò)小，可能導(dǎo)致下部發(fā)生變形，出現(xiàn)薄弱層，甚至造成建筑倒塌的嚴(yán)重后果。即使改變體型的尺寸，也要按照下大上小的規(guī)則逐漸改變，切記不可出現(xiàn)過(guò)大突變問(wèn)題。小尺度的收進(jìn)上部樓層可能時(shí)常存在，但應(yīng)注意對(duì)收進(jìn)尺寸做好限制把握，如果收進(jìn)部位過(guò)高，則收進(jìn)以后的平面尺寸可能變小，相應(yīng)的增大了結(jié)構(gòu)的高振型反應(yīng)。

（四）高層建筑結(jié)構(gòu)的延性和強(qiáng)度

在建筑結(jié)構(gòu)不斷受力的狀態(tài)下，其就會(huì)進(jìn)入到塑性變形階段，此時(shí)其是具有非常大的變形能力的，因此為防止建筑倒塌事故的出現(xiàn)，計(jì)人員不但要保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)也要保證結(jié)構(gòu)具有良好的延性。通過(guò)電算的位移剛度可以有效的控制建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，而要想有效的控制建筑結(jié)構(gòu)的延性，應(yīng)做好以下四個(gè)方面的工作，改善構(gòu)件截面的抗震承載力。當(dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí)，為了保證建筑物可以達(dá)到柔性破壞，那么就應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)受力狀態(tài)進(jìn)一步的改進(jìn)和提高重力荷載和水平地震作用，組合所對(duì)應(yīng)的構(gòu)件截面的抗震承載能力，控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剪壓比。為了充分的提升高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和延性，高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件在水平荷載和重力荷載的共同作用下，有效的控制其剪壓比是一項(xiàng)重要的對(duì)策；控制豎向構(gòu)件的軸壓比，對(duì)于高層建筑的豎向構(gòu)件來(lái)說(shuō)，如果能夠合理的控制其軸壓比那么對(duì)于保證高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和延性。

（五）高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖

計(jì)算簡(jiǎn)圖是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)的中要基礎(chǔ)，因此，需要選擇適宜的高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖。在計(jì)算簡(jiǎn)圖中要對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的剛節(jié)點(diǎn)和鉸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)把握，同時(shí)要控制計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差，使其限定在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的允許范圍中。在高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的應(yīng)以中要對(duì)構(gòu)造的重點(diǎn)防護(hù)措施進(jìn)行強(qiáng)化，這樣有利于控制高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（六）剪力墻數(shù)量

通過(guò)判斷剪力墻數(shù)量合理的辦法是采取結(jié)構(gòu)自振周期校核的方法，根據(jù)地震作用情況來(lái)看，當(dāng)剪力墻的結(jié)構(gòu)剛度較小時(shí)，相對(duì)的地震作用也較小，容易滿足位移限制要求，然而該結(jié)構(gòu)可能不符合工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，其結(jié)構(gòu)自振周期可能不達(dá)標(biāo)，通常的結(jié)構(gòu)自振周期應(yīng)滿足Tl=（0.09一0.12）NS要求，其中NS代表樓層數(shù)。當(dāng)剪力墻數(shù)量較多時(shí)，則框架剪力墻的結(jié)構(gòu)剛度較大，發(fā)生地震時(shí)的周期較短地震力較大，耗材也較多。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，以及建筑物的高度、所在位置的設(shè)防烈度等參考以上計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算取值。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性、系統(tǒng)性較強(qiáng)的技術(shù)工作。隨著我國(guó)高層建筑工程實(shí)踐活動(dòng)的不斷增多，高層建筑所承載的任務(wù)和功能越來(lái)越多，其勢(shì)必需要更加嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)。本文著重分析了高層建筑的結(jié)構(gòu)體系選型問(wèn)題，以及在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中常見的問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題提出了有效的應(yīng)對(duì)策略。為我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展提供了借鑒和參考。

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