對(duì)我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)組合問(wèn)題進(jìn)行分析

萬(wàn)明罡

摘 要：改革開(kāi)放后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平和科技水平得到了飛速發(fā)展，與此同時(shí)，我國(guó)高層建筑領(lǐng)域也取得了舉世矚目的成績(jī)--中國(guó)成為高層建筑發(fā)展的重心。但在建筑高度增加的同時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)組合問(wèn)題也要受到社會(huì)的高度重視。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)組合；鋼筋混凝土

1 地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)組合問(wèn)題

在高層建筑結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需要解決的問(wèn)題是將地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)區(qū)別與一般的多層結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)榈鼗A(chǔ)在整個(gè)工程造價(jià)中起了決定性作用。因此，在這一階段中要盡量避免可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題發(fā)生，從而減小可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題所導(dǎo)致的損失。為了保證建筑物不會(huì)發(fā)生沉降或傾斜，并且能保障人們的正常使用，設(shè)計(jì)師在高層建筑的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要深思熟慮，全面考慮建筑場(chǎng)地的環(huán)境及條件。其中最值得注意的是：①建筑場(chǎng)地的使用情況；②建筑場(chǎng)地的地質(zhì)及水位狀況；③建筑場(chǎng)地的上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型；④建筑場(chǎng)地的施工條件及相鄰建筑之間的影響；⑤深刻了解相鄰地下建筑物與其它地下設(shè)施的標(biāo)高和結(jié)構(gòu)。只有在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中綜合考慮需要關(guān)注的問(wèn)題，并了解地方性規(guī)范的重要性，才能保證高層建筑的安全性，才能推動(dòng)高層建筑發(fā)展的又一新高峰。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析組合問(wèn)題

所謂完美建筑，就是在滿(mǎn)足人們使用功能和視覺(jué)感受的條件下，不斷滿(mǎn)足使用者和社會(huì)各界的意愿和要求。在遵循設(shè)計(jì)要求的前提下，將力學(xué)的概念與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)相結(jié)合，不僅能讓參與計(jì)算的量以變量形式出現(xiàn)，形成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案域，而且還能利用數(shù)學(xué)手段在所形成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案域中找到滿(mǎn)足要求的最佳結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。由此可見(jiàn)，要提高高層建筑結(jié)構(gòu)組合的整體設(shè)計(jì)水量和設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少設(shè)計(jì)所用的時(shí)間、降低整體工程造價(jià)、提高經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，就要充分考慮結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析組合問(wèn)題。其中包括荷載、構(gòu)建與整理力；周期折減系數(shù)；振型數(shù)目是否足夠。

2.1 荷載、構(gòu)件與整理力問(wèn)題

荷載可分為內(nèi)部荷載與外部荷載。所謂內(nèi)部荷載，就是指結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及使用；而外部荷載是指風(fēng)、雪、施工、人為因素、外力作用等。在不同的因素影響下，如果要對(duì)各種不同情況下的組合問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算，這就需要通過(guò)對(duì)內(nèi)部荷載及外部荷載進(jìn)行計(jì)算。構(gòu)件截面是通過(guò)對(duì)荷載值的計(jì)算，以計(jì)算手冊(cè)為準(zhǔn)則，并利用已得出的荷載值對(duì)彎矩、扭矩、壓力等進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。

2.2 周期折減系數(shù)問(wèn)題

高層建筑結(jié)構(gòu)中存在非結(jié)構(gòu)的砌體填充墻。因此，在結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程中應(yīng)首先考慮非結(jié)構(gòu)的砌體填充墻對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響。而周期的折減應(yīng)考慮多重因素的影響，其中包括：①建筑物內(nèi)部的設(shè)置對(duì)周期折減系數(shù)的影響；②不同的建筑物結(jié)構(gòu)特征對(duì)周期折減系數(shù)的影響等。

2.3 振型數(shù)量的取值問(wèn)題

振型的數(shù)量取決于建筑物高度的大小，這就需要相應(yīng)的合理計(jì)算。由此可見(jiàn)，振型數(shù)量的取值就要依據(jù)在計(jì)算研究中所得出的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行判斷。

由于高層建筑是一個(gè)不斷循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，所以在實(shí)施高層建筑的同時(shí)，要以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，深刻剖析影響高層建筑結(jié)構(gòu)的各種因素，進(jìn)而保證建筑物的質(zhì)量和安全問(wèn)題。

3 鋼筋與混凝土組合問(wèn)題

我國(guó)現(xiàn)代高層建筑的結(jié)構(gòu)體系主要是由混凝土和鋼筋這兩種材料組合而成。若能充分利用混凝土和鋼筋這兩種材料的性能特點(diǎn)并改善兩者之間的組合方式，勢(shì)必會(huì)迎來(lái)一系列先進(jìn)有效的新構(gòu)件、新組合，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)組合問(wèn)題的不斷完善。隨著世界的發(fā)展，高層建筑的層數(shù)不斷增加，柱網(wǎng)尺寸不斷增大，單柱承擔(dān)的荷載也隨之加大。眾所周知，實(shí)施高層建筑勢(shì)必會(huì)采用鋼筋混凝土這兩種材料，因此高層建筑的柱斷面必然會(huì)加大，而柱斷面的加大不僅不利于抗震作用的發(fā)揮，同時(shí)也占用了土地的使用面積。針對(duì)這一缺陷，人們就在利用“組合作用”的前提下，充分利用混凝土和鋼這兩種材料的性能特點(diǎn)，將兩者有機(jī)組合在一起，進(jìn)而形成了一系列新組合、新構(gòu)件。

3.1 高層建筑中的新組合——鋼骨混凝土和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)

鋼骨混凝土和鋼管混凝土顧名思義就是將混凝土和鋼這兩種材料有機(jī)組合而形成的。

鋼管混凝土是通過(guò)將素混凝土移入鋼管內(nèi)，經(jīng)過(guò)一系列的加工而形成新的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。鋼管混凝土在我國(guó)高層建筑中得到廣泛應(yīng)用，這主要取決于鋼管混凝土的優(yōu)勢(shì)特征：①鋼管混凝土可以增強(qiáng)管壁的穩(wěn)定性，且抗壓強(qiáng)度和抗壓縮變形的能力強(qiáng)大；②鋼管混凝土在制作時(shí)能適應(yīng)先進(jìn)的泵灌混凝土工藝，制作安裝比鋼筋骨架更簡(jiǎn)單方便；③鋼管混凝土用的是厚鋼板，質(zhì)量好，承載能力強(qiáng)，且鋼管混凝土的軸壓比不受限制，生命力強(qiáng)大。正是由于上述優(yōu)勢(shì)特征，鋼管混凝土在中國(guó)的發(fā)展前途不可限量。

3.2 高層建筑中的新組合——鋼管高強(qiáng)混凝土組合結(jié)構(gòu)

組合柱、組合剪力墻、組合拱等是組成鋼管高強(qiáng)混凝土組合結(jié)構(gòu)的主要成份。其中鋼管混凝土組合柱是鋼管高強(qiáng)混凝土組合柱的核心成份，它是由鋼管、管內(nèi)素混凝土、管外高混凝土三種材料組合而成的，是以鋼管混凝土為核心，將鋼筋混凝土澆筑在外圍而形成的。

在總結(jié)高層建筑實(shí)施過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)中我們可以了解到，鋼管混凝土組合柱比鋼管混凝土更有優(yōu)勢(shì)，不僅能防火、防腐蝕、減少用鋼量，還具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)特征：①鋼管混凝土組合柱是以混凝土為主材料，這樣鋼的使用量相對(duì)而言就會(huì)比較少。而鋼管混凝土是由管內(nèi)與管外兩部分組成，其中管內(nèi)價(jià)格較高，但使用量較少，可用于超高強(qiáng)混凝土；管外混凝土不僅價(jià)格便宜，性能和質(zhì)量也很好監(jiān)控，可用于一般高強(qiáng)混凝土。②鋼管混凝土組合柱能增加高層建筑物的結(jié)構(gòu)剛度，增加高層建筑抗風(fēng)能力和抗震能力。由于鋼管混凝土組合柱的抗力剛度大，所以在高層建筑中很受歡迎。在高層建筑中采用組合結(jié)構(gòu)并在部分裝置的配合下，能使高層建筑結(jié)構(gòu)組合問(wèn)題得到進(jìn)一步的優(yōu)化。③超高強(qiáng)混凝土是鋼管混凝土組合柱的核心，在管外的鋼筋混凝土的限制下，能提高超高強(qiáng)混凝土的套箍作用。若外圍混凝土的配箍率足夠的話(huà)，其對(duì)核心混凝土與核心鋼管的套箍作用就越明顯，還能抑制管中混凝土的脆性。

鋼和混凝土是現(xiàn)在建筑中不可或缺的材料，這兩種材料的有機(jī)組合不僅加快了高層建筑的飛速發(fā)展，也開(kāi)辟了今后高層建筑的新方向。在組合技術(shù)不斷完善、設(shè)計(jì)概念不斷創(chuàng)新、施工技術(shù)不斷加強(qiáng)的前提下，高層建筑結(jié)構(gòu)組合將會(huì)在更多領(lǐng)域上獲得長(zhǎng)足發(fā)展。

通過(guò)以上的探析可知，我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)組合問(wèn)題主要是指地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)組合問(wèn)題、結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析組合問(wèn)題、鋼筋與混凝土組合問(wèn)題。隨著我國(guó)高層建筑高度的不斷增加，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)組合問(wèn)題的研究要求也隨之嚴(yán)謹(jǐn)起來(lái)。因此，要充分完善我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)組合問(wèn)題，就要全面考慮高層建筑場(chǎng)地的環(huán)境及條件、深刻剖析影響高層建筑結(jié)構(gòu)的各種因素、充分利用混凝土和鋼筋這兩種材料的性能特點(diǎn)并改善兩者之間的組合方式，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)高層建筑事業(yè)的輝煌發(fā)展。

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