李國強

【摘要】隨著科技和社會的不斷發(fā)展和進步，自從19世紀以來出現(xiàn)了現(xiàn)代高層建筑，高層建筑越來越廣泛的出現(xiàn)在人們的生活中。作為一個龐大復雜的系統(tǒng)，高層建筑的結(jié)構(gòu)設計，一方面要滿足包括抗震，抗風等在內(nèi)的安全性能的要求，另一方面，也要滿足高層建筑結(jié)構(gòu)的科學性和合理性。本文作者對高層建筑結(jié)構(gòu)特征進行了介紹，對高層建筑結(jié)構(gòu)設計的原則進行了分析，對高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選型問題進行了闡述，并重點對高層建筑結(jié)構(gòu)設計問題及對策進行了探討。

【關鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設計

引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷進步與發(fā)展，高層建筑逐漸出現(xiàn)在城市建筑之中，區(qū)別于一般的建筑，高層建筑結(jié)構(gòu)在其設計、方案的選用之中具有更高的要求，因此勢必要對于高層建筑結(jié)構(gòu)的設計加以有效的探討和了解。高層建筑的結(jié)構(gòu)設計目前已成為我國高層設計的重要內(nèi)容，因此，研究高層建筑結(jié)構(gòu)設計設計具有十分重要的意義。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)的特征

高層建筑結(jié)構(gòu)不但承受著由于外界的風產(chǎn)生的水平方向的荷載，同時也承受著在垂直方向的荷載，并且對于地震的抵抗能力也有要求。一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)受到低層建筑結(jié)構(gòu)水平方向上的影響比較弱，然而在高層建筑中，外界地震的影響和外界風產(chǎn)生的水平方向的荷載的影響是主要的影響因素。隨著建筑物高度的增加，高層建筑的位移增加較快，但是高層建筑過大的側(cè)移不但影響人的舒適度，同時使得建筑物的使用受到影響，并且容易損壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。基于此，在設計高層建筑結(jié)構(gòu)時，首先控制側(cè)移在規(guī)定的范圍之內(nèi)，所以，高層建筑結(jié)構(gòu)設計的核心是抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設計。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設計的原則

（一）選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)

在計算簡圖在計算簡圖基礎上進行高層建筑結(jié)構(gòu)設計的計算，如果選擇不合理的計算簡圖，那么就比較容易造成由于結(jié)構(gòu)安發(fā)生的事故，基于此，高層建筑結(jié)構(gòu)設計安全保證的前提是合理的計算簡圖的選擇。同時，計算簡圖應該采用相應的構(gòu)造方法保證安全。在實際的結(jié)構(gòu)中，其結(jié)構(gòu)節(jié)點不單是鋼節(jié)點或者餃節(jié)點，保證和計算簡圖的誤差在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。

（二）選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)

基礎設計按照高層建筑地質(zhì)條件進行基礎設計的選擇。綜合分析高層建筑上部的結(jié)構(gòu)類型與荷載分布情況，考慮施工條件，相鄰的建筑物的影響等各個因素，在此基礎上選擇科學合理的基礎方案?；A方案的選擇應該使得地基的潛力得到最大程度的發(fā)揮，必要的時候要求進行地基變形的檢驗。高層建筑設計要有詳細的地質(zhì)勘查報告，如果缺失，那么應該進行現(xiàn)場勘查并參考相鄰建筑物的有關資料。一般情況下，相同結(jié)構(gòu)單元應該采用相同的類型。

（三）選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)方案

合理的結(jié)構(gòu)設計方案必須滿足經(jīng)濟性的要求，并且要滿足結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系的要求。結(jié)構(gòu)體系的要求是受力明確，傳力簡單。在相同的結(jié)構(gòu)單元當中，應該選擇相同結(jié)構(gòu)體系，如果高層建筑處于地震區(qū)，那么應力需要平面和豎向的規(guī)則。在進行了地理條件，工程設計需求，施工條件，材料等的綜合分析的基礎上，并和建筑包括水，暖，電等各個專業(yè)的相協(xié)調(diào)的情況下，選擇合理的結(jié)構(gòu)，從而確定結(jié)構(gòu)的方案。

（四）對計算結(jié)果進行準確的分析

隨著科技的不斷進步，計算機技術(shù)被廣泛的應用在建筑結(jié)構(gòu)的設計中。當前市場上存在著形形色色的計算軟件，采用不同的軟件得到的結(jié)果可能不同，所以，建筑結(jié)構(gòu)設計人員在全面了解的軟件使用的范圍和條件的前提下，選擇合適的軟件進行計算。由于建筑結(jié)構(gòu)的實際情況和計算機程序并不一定完全相符，所以進行計算機輔助設計的時候，出現(xiàn)人工輸入誤差或者因為軟件本身存在著缺陷使得計算結(jié)果不準確的問題，基于此，結(jié)構(gòu)設計工程師在得到了通過計算機軟件得到的結(jié)果以后，應該進行校核，進行合理判斷，得出準確結(jié)果。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設計方法

高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件（框架、剪力墻、筒體等）通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。下面是常見的一些基本假定：彈性假定；小變形假定；剛性樓板假定；計算圖形的假定。

對于框架-剪力墻體系來說，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算的方法很多，大都采用連梁連續(xù)化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件，可以建立位移與外荷載之間關系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同?？蚣?剪力墻的機算方法，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應力分布也不同，計算內(nèi)力與位移時需采用相應的計算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的計算方法是平面有限單元法。筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理；等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法來分析。

四、高層建筑結(jié)構(gòu)設計問題分析及對策

（一）高層建筑結(jié)構(gòu)存在著超高的問題

基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑規(guī)范對高層建筑的結(jié)構(gòu)的高度有嚴格的規(guī)定，針對

高層建筑的超高問題，在新規(guī)范中不但把原來限制的高度規(guī)定為A級高度，并且增加了B級高度，使得高層建筑結(jié)構(gòu)處理設計方法和措施都有了改進。實際工程設計中，對于建筑結(jié)構(gòu)類型的改變對高層超高問題的忽略，在施工審圖時將不予通過，應該重新進行設計或者進行專家會議的論證等。在這種情況下，整個建筑工程的造價和工期都會受到極大的影響。

（二）高層建筑結(jié)構(gòu)設計短肢剪力墻設置

建筑新規(guī)范中，短肢剪力墻是指墻肢的截面的高度和厚度比在5～8的墻，按照實際經(jīng)驗以及數(shù)據(jù)，高層建筑結(jié)構(gòu)設計中增加了對短肢剪力墻的使用限制。所以，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設計中，必須盡可能的減少或者避免使用短肢剪力墻。

（三）高層建筑結(jié)構(gòu)設計嵌固端的設置

一般情況下，高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此，結(jié)構(gòu)工程設計人員應該考慮嵌固端設置會可能帶來的問題?？紤]嵌固端的樓板的設計；綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比，并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的；高層建筑的整體計算時充分考慮嵌固端的設置，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結(jié)構(gòu)抗震縫隙設置的協(xié)調(diào)。

結(jié)語

高層建筑的結(jié)構(gòu)設計中要性不言而喻，就其技術(shù)含量來看，高層建筑的結(jié)構(gòu)設計是一項綜合性的技術(shù)工作，對于建筑的設計有著非常重要的作用和意義。作者衷心希望，以上關于對我國高層建筑結(jié)構(gòu)的設計研究能夠被相關方面負責人合理的吸收和采納，進而更好的推動我國建筑行業(yè)的發(fā)展與進步，保證高層建筑的高質(zhì)量，更好的服務于廣大人民群眾。

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