王躍興

【摘要】隨著建筑事業(yè)的不斷發(fā)展與城市化進(jìn)程的不斷加快，城市中出現(xiàn)了越來(lái)越多的復(fù)雜高層與超高層建筑，而對(duì)于這類建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直都是一項(xiàng)重難點(diǎn)問(wèn)題。本文首先分別介紹了復(fù)雜高層與超高層建筑的概念，然后結(jié)合實(shí)際對(duì)復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，希望有助于促進(jìn)我國(guó)復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的進(jìn)步與發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜高層建筑;超高層建筑;建筑結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、建筑高度日益增加是現(xiàn)代建筑的鮮明發(fā)展趨勢(shì)，但復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)與更高的建筑高度，也給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了更大難度。如果復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠科學(xué)與合理的話，那么將會(huì)給建筑埋下極大的質(zhì)量安全隱患，乃至造成不可估計(jì)的損失與極其惡劣的社會(huì)影響。因此有必要加強(qiáng)對(duì)復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究。

1、復(fù)雜高層與超高層建筑的概念

1.1復(fù)雜高層建筑

復(fù)雜高層建筑是指平面和豎向不規(guī)則>2條的高層建筑，其中平面不規(guī)則主要包括凹凸不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)等，豎向不規(guī)則主要包括側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向構(gòu)件承載力突變、豎向構(gòu)件不連續(xù)等。

1.2超高層建筑

超高層建筑是指比普通高層建筑高度更高、層數(shù)更多的建筑，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)超高層建筑的定義標(biāo)準(zhǔn)，樓層數(shù)>40層或建筑高度>100m的建筑物可視為超高層建筑。

2、復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性與否，直接決定著復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與否，所以應(yīng)當(dāng)要重視地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。在實(shí)踐中，首先需做好設(shè)計(jì)前的地基勘察工作，包括勘察施工現(xiàn)場(chǎng)及周邊區(qū)域內(nèi)是否存在不良地質(zhì)問(wèn)題、是否存在老河道、是否存在地下設(shè)施、地層結(jié)構(gòu)情況、各巖土層的施工性質(zhì)、周邊地下水文條件、抗震及設(shè)防區(qū)域內(nèi)的土壤種類和場(chǎng)地類型等;其次需合理進(jìn)行地基基礎(chǔ)埋深計(jì)算，在計(jì)算時(shí)一要充分考慮到建筑用途、基礎(chǔ)構(gòu)造和形式、地下設(shè)施情況等，二要充分考慮到地基承受的荷載類型與大小，三要充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)和水文等條件，四要充分考慮到周邊建筑物的基礎(chǔ)埋深度，五要充分考慮到地基土是否存在不良狀況或不良影響;再次需合理進(jìn)行地基穩(wěn)定性計(jì)算和地基承載力計(jì)算，在計(jì)算時(shí)應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)我國(guó)《基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2011》中的相關(guān)內(nèi)容，并采取科學(xué)的計(jì)算方法;最后需合理進(jìn)行地基變形計(jì)算，在計(jì)算時(shí)應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)我國(guó)《基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2011》中的相關(guān)內(nèi)容，并充分考慮到地基沉降量及沉降差、地基傾斜及局部?jī)A斜等問(wèn)題。例如，當(dāng)復(fù)雜高層與超高層建筑遇到了軟地基時(shí)，多會(huì)采用樁箱、樁筏等基礎(chǔ);當(dāng)深層巖基深入地下不足100m時(shí)，多會(huì)利用地下連續(xù)墻來(lái)加強(qiáng)地基;當(dāng)巖基較淺時(shí)，多會(huì)通過(guò)增設(shè)混凝土樁基的方式來(lái)增強(qiáng)基礎(chǔ)支撐。

2.2結(jié)構(gòu)抗側(cè)力設(shè)計(jì)

在復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需充分考慮到各層不同結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的不同作用，根據(jù)實(shí)際作用進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力設(shè)計(jì)，不但能保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，并且還能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)中的不同抗側(cè)力構(gòu)件融合形成一個(gè)整體。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系主要有4種：①框架結(jié)構(gòu)體系：由梁+柱構(gòu)成的框架來(lái)承受建筑大部分荷載，自重輕、用材少、剛度強(qiáng)、整體性好、空間分隔靈活、易于標(biāo)準(zhǔn)化和定型化，經(jīng)合理設(shè)置斜撐和矩形框架等后，可用于低烈度區(qū)的復(fù)雜高層與超高層建筑;②剪力墻結(jié)構(gòu)體系：充分利用隔墻的豎向與水平承載力，幾何特征和受力形態(tài)獨(dú)特，厚度較小、高度與寬度較大，外形美觀、承載力大、剛度強(qiáng)、用鋼量少，以及可承受較強(qiáng)的建筑重力荷載、可抵抗風(fēng)荷載與地震作用、可同時(shí)承受雙向力的作用，缺點(diǎn)是空間布置不夠靈活，多用于復(fù)雜高層與超高層住宅、公寓建筑中;③框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系：兼具框架結(jié)構(gòu)體系與剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，剛度適宜、穩(wěn)定性強(qiáng)、抗震性能好、空間布置較靈活，在低烈度區(qū)的復(fù)雜高層與超高層建筑中應(yīng)用較廣泛;④核心筒結(jié)構(gòu)體系：外圍由梁+柱構(gòu)成框架、中間由電梯井等作為筒體，抗側(cè)力性能佳，有時(shí)需另設(shè)伸臂桁架與環(huán)帶桁架來(lái)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度、滿足變形要求，在復(fù)雜高層與超高層建筑中應(yīng)用十分廣泛。在實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)要根據(jù)復(fù)雜高層與超高層建筑的實(shí)際情況，合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的選擇。

2.3結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

復(fù)雜高層與超高層建筑由于建筑高度高、層數(shù)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及人群密度大，所以當(dāng)遇到地震災(zāi)害時(shí)，受到的威脅極大，而若想最大限度地減輕地震作用對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞及保護(hù)人們的人身財(cái)產(chǎn)安全，必須要進(jìn)行科學(xué)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。在實(shí)踐中，首先需結(jié)合實(shí)際情況和相關(guān)規(guī)范合理確定建筑的抗震設(shè)防類別，例如有的復(fù)雜高層與超高層建筑塔樓1-5層的抗震設(shè)防類別為乙類、6層及以上樓層的抗震設(shè)防類別為丙類;其次需合理確定抗震性能化設(shè)計(jì)參數(shù)，包括抗震設(shè)防烈度、地震動(dòng)放大系數(shù)、小震地震影響系數(shù)、水平地震影響系數(shù)、罕遇地震影響系數(shù)等等，均需按照相關(guān)規(guī)范取值;再次需合理確定抗震性能目標(biāo)，復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要分為三類，分別是普通豎向構(gòu)件（如裙房高度的框架柱、非底部加強(qiáng)區(qū)的剪力墻）、關(guān)鍵構(gòu)件（如底部加強(qiáng)區(qū)的剪力墻）、耗能構(gòu)件（如剪力墻連梁、框架梁），應(yīng)先對(duì)其抗震設(shè)防類別、震后損失、震后修復(fù)難度、成本等問(wèn)題進(jìn)行綜合考慮后，再確定抗震性能目標(biāo);最后還需進(jìn)行準(zhǔn)確的抗震性能分析和驗(yàn)算，包括動(dòng)力彈塑性分析和驗(yàn)算、基底剪力分析和驗(yàn)算、彈塑性層間位移角分析和驗(yàn)算以及連梁、剪力墻的非線性分析和驗(yàn)算等，注意在多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)抗震性能分析和驗(yàn)算中需采用彈性反應(yīng)譜分析法和時(shí)程分析法、在設(shè)防地震作用下的結(jié)構(gòu)抗震性能分析和驗(yàn)算中需采用彈性反應(yīng)譜分析法、在罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)抗震性能分析和驗(yàn)算中需采用彈塑性時(shí)程分析法。

2.4幕墻體系設(shè)計(jì)

復(fù)雜高層與超高層建筑中常用的幕墻體系有：金屬幕墻、石材幕墻、玻璃幕墻等。其中玻璃幕墻的應(yīng)用范圍最為廣泛，因?yàn)椴Ａ粔梢栽鰪?qiáng)建筑采光效果、完善結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)可靠性、提高建筑節(jié)能效果等。為了進(jìn)一步優(yōu)化玻璃幕墻的整體性能，可優(yōu)先選用新型節(jié)能玻璃和中空玻璃。另外在幕墻龍骨的安裝中，通常需要進(jìn)行后錨固，以確保外邊梁高度滿足相關(guān)要求。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，復(fù)雜高層與超高層建筑均是現(xiàn)代化城市中的常見(jiàn)建筑類型，它們的共同特點(diǎn)是都對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求很高，因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系著建筑質(zhì)量與安全。在復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，重點(diǎn)應(yīng)關(guān)注地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)抗側(cè)力設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)以及幕墻體系設(shè)計(jì)等問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]范斌.復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)剖析[J].居業(yè)，2020（08）：18+20.

[2]張立春.復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].住宅與房地產(chǎn)，2020（09）：64.

[3]高履偉.復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思考[J].住宅與房地產(chǎn)，2019（34）：71.

[4]王大高.復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].建材與裝飾，2019（31）：98-99.