王玉菲 甄少凱 譚新 孫金輝

摘要：高層建筑物的出現(xiàn)，極大地改善了城市人群的居住環(huán)境，也有效地豐富了城市建筑物的類型。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，不僅要滿足建筑物本身的各種特性，還要結(jié)合具體的使用目的、環(huán)境安全進行專業(yè)有效的設(shè)計，并對結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個要點進行可靠設(shè)計，以最大化地滿足高層建筑的優(yōu)勢發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;要點

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

（一）設(shè)計中計算簡圖使用問題

在高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，存在著計算簡圖不準確的現(xiàn)象。高層建筑的建筑高度很高，相比多層建筑需要進行更嚴格的設(shè)計與計算，結(jié)構(gòu)本身需要承受更多的荷載，但是在部分高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，對建筑物承受的外力計算不準確，不能合理地將各種外力影響因素進行分析、計算，計算簡圖與實際建筑物的結(jié)構(gòu)體系有偏差，造成整體建筑物的結(jié)構(gòu)計算結(jié)果有誤，影響高層建筑物的施工和使用安全。

（二）設(shè)計中嵌固端位置選取問題

在高層建筑物的設(shè)計過程中，嵌固端位置的選取問題，影響了設(shè)計的合理性和安全性。嵌固端位置的選取對整個高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要，在某些設(shè)計中，簡單地默認地下室頂板為建筑的嵌固端，這樣的設(shè)計很不合理，是當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要問題。另外，并沒有對地下室頂板的剛度進行精確的計算，如存在樓板開大洞的情況，造成地下室頂板剛度損失過大，使頂板作為嵌固端的條件不足，很可能造成結(jié)構(gòu)安全隱患。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點的對策分析

（一）對計算簡圖合理使用

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要善于合理地應(yīng)用計算簡圖。計算簡圖指用一個簡化的圖形代替實際結(jié)構(gòu)，反映實際結(jié)構(gòu)的主要性能。

高層建筑結(jié)構(gòu)體系比較復(fù)雜，很難憑空想象結(jié)構(gòu)的受力、傳力模式，而如果能熟練地使用計算簡圖，就能在設(shè)計之初，對整體結(jié)構(gòu)有相對明確的把控，對下一步精細設(shè)計進行完善的準備，雖然是計算簡圖，但是各種設(shè)計的要素和重點應(yīng)全部涵蓋，要保證從實際出發(fā)，真正地適用于該結(jié)構(gòu)，以便于后期更好地進行對比和計算。

另外，在計算過程中，要對各種影響計算結(jié)果的因素進行分析，對這些影響因素可能產(chǎn)生的影響進行預(yù)測和計算，盡可能地準確，保證將影響因素的作用降到最低，發(fā)揮出計算簡圖的作用。

（二）對嵌固端進行合理設(shè)計

嵌固端就是預(yù)期塑性鉸出現(xiàn)的部位，嵌固部位應(yīng)能限制結(jié)構(gòu)上部構(gòu)件在水平方向的平動位移和轉(zhuǎn)角位移，并將上部結(jié)構(gòu)的剪力全部傳遞給下部結(jié)構(gòu)。因此在選擇嵌固端時通過對結(jié)構(gòu)剛度和承載力的調(diào)整，使塑性鉸出現(xiàn)在設(shè)計預(yù)選的位置。對于把地下室頂板作為結(jié)構(gòu)嵌固端，首先，地下室的頂板標高與室外的實際地面高差，一般情況下不能高于地下1層高度的1/3。

其次，地下室頂板采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，不能開設(shè)大面積孔洞，使樓板剛度滿足設(shè)計的要求。要保證整個結(jié)構(gòu)的承載力能夠得到順利的傳遞，在實際施工過程中，地下室頂板的厚度要在180 mm以上，混凝土的等級也要在C30以上，配筋率不小于0.25%才符合結(jié)構(gòu)規(guī)范要求。如地下室頂板不能滿足成為嵌固端的相關(guān)要求時，應(yīng)將嵌固端移至結(jié)構(gòu)的最底部，即地下室底板。對于不帶地下室的結(jié)構(gòu)，地震作用下結(jié)構(gòu)塑性鉸一般出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)最底部，基礎(chǔ)面作為結(jié)構(gòu)嵌固端。

（三）對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)進行合理設(shè)計

1、結(jié)構(gòu)抗側(cè)力合理布置

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，要依照均勻、分散、對稱的原則進行設(shè)計，尤其是在進行結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)設(shè)計的過程中，更要注意嚴謹遵循這些原則。在設(shè)計過程中，為了更好地控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，要對結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心之間的距離進行必要的控制，如果兩者之間的距離太大，則會出現(xiàn)高層建筑整體抗側(cè)力分配不均勻的問題，一旦出現(xiàn)如地震、強風(fēng)等影響，會造成高層建筑整體扭曲的現(xiàn)象。

2、平面剛度均勻性增強

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要對平面的剛度均勻性進行有效的增強，使其更好地保證設(shè)計的合理和穩(wěn)定。平面剛度的設(shè)計在整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮著降低扭轉(zhuǎn)破壞程度的作用，如結(jié)構(gòu)平面剛度分布不均，在結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)時，抗側(cè)剛度弱的一側(cè)就會出現(xiàn)很大位移，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞，因此在設(shè)計過程中，要在合理的位置設(shè)置剪力墻。在剪力墻的設(shè)置過程中，要綜合分析整體建筑高層的情況，進行對稱、合理的布置，以最大限度地減小扭曲發(fā)生的程度，保證整個建筑平面剛度均勻性，發(fā)揮出最佳的設(shè)計效果。

3、抗扭剛度結(jié)構(gòu)性增強

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，為最大地減少扭轉(zhuǎn)發(fā)生的不利影響作用，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度應(yīng)均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度應(yīng)自上而下逐漸增強，且應(yīng)避免抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)向剛度和承載力突變。一般情況下，增加剛度有2種途徑，第一種，對抗側(cè)力的剛度的提升，第二種，對剪力墻進行剛度的提升。其中，在進行剪力墻剛度提升的過程中，大多數(shù)設(shè)計會使用以下幾種方法。

（1）在設(shè)計過程中，對整個高層建筑的四周進行剛度的保障，并在四周設(shè)置L形剪力墻的設(shè)計，保證四周的穩(wěn)定。

（2）對剪力墻的厚度進行必要的提高，提升剪力墻的剛度。

（3）增加剪力墻梁的高度，在增加的過程中，巧妙地使用樓層中窗下的位置，進行連梁的設(shè)計，能有效提升整個結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。

（四）對結(jié)構(gòu)抗震進行合理設(shè)計

1、合理選擇建筑位置

要注意對建筑物的建筑位置進行合理的設(shè)計。首先，要對建筑物所在城市的地震情況進行詳細的了解，對地震帶的分布進行必要的勘測，在選擇建設(shè)高層建筑的過程中，不能將高層建筑物設(shè)計在地震斷裂帶的位置，這樣會增大高層建筑物的安全風(fēng)險。要選擇在相對穩(wěn)定，且地震影響較小的位置進行高層建筑物的設(shè)計。其次，要對高層建筑物的具體設(shè)計區(qū)域進行地質(zhì)勘測，由于高層建筑物在長期的使用過程中，會對地層產(chǎn)生一定的沉降問題，要選擇有資質(zhì)的專業(yè)地勘單位對土層情況進行檢測，避免高層建筑在后期的施工和使用過程中，出現(xiàn)大面積不均勻沉降現(xiàn)象，影響整個結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，也限制了抗震結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計。

2、結(jié)構(gòu)形式的選擇

不同的結(jié)構(gòu)形式直接影響建筑的抗震性能。高層建筑常用的結(jié)構(gòu)形式包括框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、鋼框架結(jié)構(gòu)等。根據(jù)建筑高度、平面布局、設(shè)防烈度等因素選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，盡可能地將抗震設(shè)計融合在整體設(shè)計中的每一個環(huán)節(jié)，才能使整個結(jié)構(gòu)設(shè)計既安全又經(jīng)濟。

三、結(jié)束語

以上就是對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在問題的分析，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及的方面很多，存在的問題也很多，隨著社會的進步和建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，高層建筑也越來越多，希望本文能對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一定幫助。

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