高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

宗光國

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑行業(yè)的規(guī)模不斷的擴(kuò)大，近幾年高層建筑已成為城市發(fā)展過程中不可或缺的元素。文中針對高層建筑結(jié)構(gòu)的布置原則進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行了具體的闡述。但土地資源的緊張，隨著我國高層建筑技術(shù)的迅速發(fā)展，高層建筑已經(jīng)成為城市空間中不可缺少的元素，成為城市的一道亮麗風(fēng)景。如何設(shè)計(jì)出舒適、安全同時又符合人們精神生活要求，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的建筑現(xiàn)已成為設(shè)計(jì)師們要首先解決的問題。就高層建筑結(jié)構(gòu)布置原則及設(shè)計(jì)要點(diǎn)等問題進(jìn)行一些探討，希望能對我們以后的工作產(chǎn)生幫助，使設(shè)計(jì)水準(zhǔn)更上一層樓。

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

前言

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，城市的建筑發(fā)生著日新月異的變化，大量人口涌入到城市中來，城市人口的驟增，導(dǎo)致城市土地的緊張，這些外來人口為城市的發(fā)展起到了極大的推動作用，同時也對建筑行業(yè)在滿足城市人口的居住問題上提出了新的問題。城市為了節(jié)約土地及空間及人們對居住環(huán)境的要求，從而帶動了高層建筑技術(shù)的迅速發(fā)展，高層建筑已成為城市中的一道亮麗的風(fēng)景，是城市空間中不可或缺的元素。在高層建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，如何更好的滿足人員居住及精神生活的要求，并保證建筑的實(shí)用性成為當(dāng)前設(shè)計(jì)師需要考慮的主要問題。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的布置原則

1.1 結(jié)構(gòu)平面布置

平面形狀簡單、規(guī)則、對稱盡量使質(zhì)心和鋼心重合。偏心大的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大，會加大端部構(gòu)件的位移，導(dǎo)致應(yīng)力集中。高層建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置，當(dāng)由于使用功能與建筑的要求，結(jié)構(gòu)平面布置嚴(yán)重不規(guī)則時，應(yīng)將其分割成若干比較簡單、規(guī)則的獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元。對于地震區(qū)的抗震建筑，簡單、規(guī)則、對稱的原則尤為重要。

1.2 結(jié)構(gòu)立體布置

結(jié)構(gòu)豎向布置最基本的原則是規(guī)則、均勻。結(jié)構(gòu)宜設(shè)計(jì)成剛度下大上小，自下而上逐漸減小。下層剛度小將使變形集中在下部，形成薄弱層，嚴(yán)重的會引起建筑的全面倒塌。上不樓層收進(jìn)使得體型較小的情況經(jīng)常發(fā)生，但是對于收進(jìn)的尺寸應(yīng)當(dāng)限制。收進(jìn)的部位越高，收進(jìn)后的平面尺寸越小，高振型的影響明顯加大。如果上部樓層外挑，造成“頭重腳輕”的狀況，將使扭轉(zhuǎn)反映明顯加大，豎向地震影響也明顯變大。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)中地基更是極其重要的一部分，在高層項(xiàng)目的整個工程造價中，地基占有很大一部分，因此，建筑設(shè)計(jì)師對地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)都特別重視，所以在高層建筑的地基設(shè)計(jì)當(dāng)中，結(jié)構(gòu)工程師要首先對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件有詳細(xì)的了解，我國幅員廣闊，各地的地質(zhì)情況都有所差異，所以在設(shè)計(jì)之前要對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況有個深入的學(xué)習(xí)過程，從而保證設(shè)計(jì)及施工的順利進(jìn)行，避免對整個工程的設(shè)計(jì)造成嚴(yán)重的影響。高層建筑設(shè)計(jì)不同于多層建筑，首先要對施工場地的地質(zhì)情況及地下水水位進(jìn)行了勘探，從而得出相關(guān)的數(shù)據(jù)，同時還要對高層上部結(jié)構(gòu)的類型及使用功能、施工條件等進(jìn)行綜合的考慮，另外還要考慮到施工時對周圍的建筑安全性的影響，這樣可以有效的保證建筑物建成后發(fā)生沉降或傾斜的可能。同時為了施工中的安全及施工的順利進(jìn)行，還要對周邊構(gòu)筑物及地下的設(shè)施的位置及標(biāo)高進(jìn)行了解，從而保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性，保證施工的正常進(jìn)行。

2.2 高層建筑結(jié)構(gòu)平面及立面形式的選擇

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了避免扭轉(zhuǎn)問題的發(fā)生，所以在設(shè)計(jì)時要做到建筑的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心盡可能匯于一點(diǎn)，這樣可以有效的減少結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)的可能。如若在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒有做到三心合一，由此就會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)問題。扭轉(zhuǎn)問題就是結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下發(fā)生的扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)在風(fēng)載等水平荷載載荷情況下會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時要選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，從而達(dá)到建筑物的三心合一，因此在設(shè)計(jì)時對平面和立面形式進(jìn)行選擇是十分關(guān)鍵的。作為高層建筑，更適宜簡單、規(guī)則的對稱形態(tài)，而過于復(fù)雜的平面形式則不適宜。同時如果平面布置不對稱，有過多的外凸、內(nèi)凹等復(fù)雜形式都容易造成震害。因此在高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，為了保證結(jié)構(gòu)的安全性，要保證結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)體系的選擇、布置、構(gòu)造措施比軟件的計(jì)算結(jié)果都要精確，這樣將保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性，從而保證結(jié)構(gòu)的安全性。

2.3 提高結(jié)構(gòu)重要部位的延性

在結(jié)構(gòu)豎向，對于剛度沿高度均勻分布的、體形較簡單的高層建筑，應(yīng)著重提高底層構(gòu)件的延性；對于大底盤高層建筑，應(yīng)著重提高主樓與裙房頂面相銜接的樓層中構(gòu)件的延性；對于不規(guī)則立面的高層建筑，應(yīng)著重加強(qiáng)體形突變處樓層構(gòu)件的延性。在結(jié)構(gòu)平面位置上，應(yīng)該著重提高房屋周邊轉(zhuǎn)角處、平面突變處以及復(fù)雜平面各翼相接處構(gòu)件的延性。

2.4 注重抗震設(shè)計(jì)

在需要抗震設(shè)防的高層建筑中，盡可能不采用純框架體系，可以采用框架一剪力墻、剪力墻或筒體結(jié)構(gòu)體系，要根據(jù)我國的具體條件進(jìn)一步總結(jié)對高層建筑的剛度要求，以便能夠更經(jīng)濟(jì)合理地布置剪力墻及筒體等抗側(cè)力構(gòu)件。

2.5 高層的連梁設(shè)計(jì)

在內(nèi)力和位移計(jì)算時，其構(gòu)件可采用彈性剛度，在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁剛度可予以折減。因此，處理連梁超筋或截面控制超過剪壓比的首要方法是選好剛度折減系數(shù)。當(dāng)連梁剛度折減后，部分樓層的連梁仍然不滿足要求時，可采用內(nèi)調(diào)幅，調(diào)幅不宜超過20%。

2.6 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)因其即能承擔(dān)垂直荷載又能抵抗水平力作用，因此在高層建筑中得以廣泛使用，即將房屋的內(nèi)、外墻都做成實(shí)體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其面積較大，同時又有樓蓋的支撐，所以其自身有較大的側(cè)向剛度，剪力墻作為一種剛性結(jié)構(gòu)，即使有水平荷載作用下，也不會發(fā)生較大的側(cè)移量，所以對于15-35層的高層建筑非常適宜。但剪力墻也有自身的弱點(diǎn)，由于其是剛性結(jié)構(gòu)，自身的剛度較大，因此一旦發(fā)生地震，地震力也會完全作用于剪力墻上，如果在施工中處理不好，在地震中會造成較大的破壞。同時對于公共建筑所需要的較大空間，剪力墻則無法完成，因?yàn)榧袅υ诓贾脮r對間距有較強(qiáng)的要求，間距不能過大，同時平面布置也不靈活。

3 結(jié)束語

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市規(guī)劃中對空間規(guī)劃有了一定的需求，高層建筑結(jié)構(gòu)已越來越成為城市建筑的重點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，高層建筑結(jié)構(gòu)因較多層建筑要具有較大的復(fù)雜性，因此在設(shè)計(jì)中要綜合多方面因素進(jìn)行考慮，對各部位的受力情況及參數(shù)的選取要進(jìn)行仔細(xì)的分析和研究，從而保證高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全，以免留下設(shè)計(jì)中的安全隱患，從而保證高層建筑的安全性。

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