譚志平

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和建筑功能的多樣化，城市人口的不斷增多及建設(shè)用地日趨緊張和城市規(guī)劃的需要，促使高層建筑得以快速發(fā)展。特別是各種結(jié)構(gòu)設(shè)計新規(guī)范陸續(xù)實施以來，結(jié)構(gòu)設(shè)計者在工作中經(jīng)常會碰到一些問題。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的常見問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；常見問題

1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)

1.1 水平作用力起決定性作用。盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響，但是水平荷載卻起著決定性作用，因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比，而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎向構(gòu)件中引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比；與此同時，對高層建筑來說，豎向荷載作用可以看成是確定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度變化的。

1.2 側(cè)向位移成為控制指標(biāo)。與多層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大，與建筑高度的四次方成正比。另外由于高層建筑隨著高度的增加、輕質(zhì)高強(qiáng)材料的應(yīng)用、新的建筑形式和結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)，導(dǎo)致側(cè)向位移迅速增大，因此在設(shè)計中不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，還要具有足夠的抗側(cè)移剛度使結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下產(chǎn)生的側(cè)向位移被控制在限制內(nèi)，否則結(jié)構(gòu)會發(fā)生由于側(cè)向位移增加而導(dǎo)致主體發(fā)生大裂縫甚至房屋倒塌這樣的嚴(yán)重情況。

1.3 軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)粱彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。

1.4 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo)。相對于多層建筑而言，高層建筑結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?。保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延伸性。

2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的問題及解決措施

2.2高層結(jié)構(gòu)超高。由于近年來地震災(zāi)害的發(fā)生率越來越頻繁，對高層建筑工程有直接的威脅，因此在當(dāng)今高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮地震因素的影響，要保證高層建筑物的高度在規(guī)定范圍內(nèi)，同時還要加強(qiáng)建筑物的防震結(jié)構(gòu)設(shè)計，以往高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中最為常見也是最為嚴(yán)重的問題就是高度超標(biāo)，另外還有與工程設(shè)計變更性較大，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)計人員對超高問題不夠重視，因此在施工前施工圖紙的審核過程中，沒有仔細(xì)地檢查高度設(shè)計，從而導(dǎo)致施工中出現(xiàn)嚴(yán)重的施工故障，不但造成了經(jīng)濟(jì)損失，還延誤了工期。

2.3嵌固端設(shè)置環(huán)節(jié)中的問題。由于當(dāng)今的高層建筑通常情況下都具備地下室和相應(yīng)的人防設(shè)備，高層建筑物中的地下室通常情況下為1-4層，其中的地下室頂板位置和人防頂板位置一般都設(shè)置相應(yīng)的嵌固端結(jié)構(gòu)，然而在進(jìn)行高層建筑實際設(shè)計過程中，設(shè)計工程師和相應(yīng)的設(shè)計人員都沒有對嵌固端的設(shè)置位置選擇予以高度的重視，另外對于嵌固端設(shè)置需要高度關(guān)注的方面往往被設(shè)計工程師等設(shè)計人員所忽視，從而為設(shè)計后期帶來了大量不必要修改的麻煩，同時給工程項目施工過程中，直接影響了安全施工和正常生產(chǎn)。

2.4高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)則性方面。高層建筑的設(shè)計環(huán)節(jié)中應(yīng)嚴(yán)格按照國家新頒布的高層建筑規(guī)范，由于新頒布的規(guī)范與原來的相關(guān)規(guī)范有很大的出入，另外還由于新規(guī)范在舊規(guī)范的基礎(chǔ)上又添加了很多限制性法規(guī)，因此，要保證高層建筑物的設(shè)計工作滿足當(dāng)今高層建筑施工的需要，就必須遵守現(xiàn)行的規(guī)范要求?，F(xiàn)行的規(guī)范新添加的限制性要求主要包括：平面規(guī)則信息要求、嵌固端上下強(qiáng)度比例要求等多環(huán)節(jié)的要求。除此之外，現(xiàn)行的高層建筑設(shè)計規(guī)范還明確的要求了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要具備一定的規(guī)范性，并堅決杜絕使用規(guī)則性地的設(shè)計方案，因此設(shè)計工程師和相關(guān)設(shè)計人員要在設(shè)計之前對新規(guī)范有所了解，并嚴(yán)格按照相關(guān)要求來進(jìn)行高層建筑群房結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范性符合標(biāo)準(zhǔn)要求，避免因結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)范所導(dǎo)致的設(shè)計為后期的審核工作帶來的不便。

3高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項

3.1協(xié)調(diào)合理的平面以及豎向布置。在高層建筑結(jié)構(gòu)布置過程中，平面布置簡單規(guī)則，盡可能的對稱，使結(jié)構(gòu)的剛度與質(zhì)量中心重合，平面的長度不宜過長，突出部分應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)臏p小，平面凹角部分必須有加強(qiáng)設(shè)計。對于豎向布置，應(yīng)盡可能的做到結(jié)構(gòu)剛度的連貫性，避免側(cè)向剛度與承載力的突變造成薄弱層。由于高層建筑的結(jié)構(gòu)上部通常為截面縮小的突出構(gòu)造，容易造成剛度突變應(yīng)當(dāng)采取一定的設(shè)計加過措施。高層建筑物的高寬比一般控制在5-6以下，對于對抗震設(shè)防烈度等級較高的高層建筑設(shè)計，高寬比更應(yīng)嚴(yán)格控制。

3.2高層建筑結(jié)構(gòu)受力荷載計算必須準(zhǔn)確。對于高層建筑物設(shè)計中，荷載計算主要是指豎向荷載以及水平荷載的計算。在結(jié)構(gòu)設(shè)計豎向荷載計算時可以采取滿布活荷載的方式計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，如果結(jié)構(gòu)的豎向活荷載比較大，必須分析活荷載的不利位置單獨(dú)計算。水平荷載的計算主要包括地震荷載與風(fēng)荷載，由于水平荷載對高層建筑物產(chǎn)生的傾覆力矩及其長產(chǎn)生的豎向軸力與高度的平方成正比，而且由于高層建筑的水平荷載例如風(fēng)荷載等的具有隨機(jī)性，其荷載大小隨結(jié)構(gòu)特性的不同變化程度較大，因此在設(shè)計參數(shù)選取時必須綜合分析。

3.3嚴(yán)格控制各項設(shè)計指標(biāo)。高層建筑設(shè)計需要綜合考慮分析的設(shè)計指標(biāo)主要包括側(cè)移變形與位移比、結(jié)構(gòu)延性以及剪重比與單位面積重度。由于高層建筑物較高，水平荷載作用下的側(cè)移變形較大，必須對側(cè)移變形嚴(yán)格控制。位移比對于評價結(jié)構(gòu)平面是否規(guī)則具有重要的作用，根據(jù)相關(guān)規(guī)范說明，對于偶然偏心影響的地震作用下，A、級高層建筑位移比需要小于1.5，B、級高層建筑物位移比需要小于1.4。對結(jié)構(gòu)延性的控制，則主要是應(yīng)對地震等災(zāi)害發(fā)生時，為了提高高層建筑物塑性變形時期的變形能力，以避免倒塌破壞的發(fā)生。剪重比主要是體現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)對地震反應(yīng)程度的指標(biāo)，單位面積重度則是分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面設(shè)計是否合理，同時也是高層建筑荷載計算的參數(shù)之一，高層建筑物的單位面積重度一般控制在15kN/ m2左右。

3.4合理的基礎(chǔ)形式及埋深設(shè)計。高層建筑物的基礎(chǔ)形式需要結(jié)合建筑物的規(guī)模以及地質(zhì)條件確定，而且需要確保足夠的埋置深度。高層建筑大多采用樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)又分為樁柱基礎(chǔ)、樁梁基礎(chǔ)、樁墻基礎(chǔ)、樁筏基礎(chǔ)以及樁箱基礎(chǔ)。高層建筑形狀規(guī)則而且高度不是較高的情況下通常采用小群樁的樁柱基礎(chǔ)以及樁梁基礎(chǔ)，對于形狀不規(guī)則而且地基條件相對較差時，一般采用樁筏或樁箱基礎(chǔ)。對于樁基礎(chǔ)設(shè)計，必須合理的選擇持力層以及樁長設(shè)計，同時確保樁基滿足水平荷載的要求。

4結(jié)語

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個長期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過程，任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設(shè)計過程變得更加復(fù)雜或使設(shè)計結(jié)果存在不安全因素。所以，設(shè)計人員要嚴(yán)格按照規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計。只有精益求精、對自己設(shè)計的每一項工程負(fù)責(zé)，不斷學(xué)習(xí)、汲取前人的經(jīng)驗和教訓(xùn)，才能真正地做好結(jié)構(gòu)設(shè)計。

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