高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法要點(diǎn)解析

姜久強(qiáng)

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤(pán)錦 124010）

1 高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 應(yīng)重視軸向變形。在采用框架-剪力墻或是框架體系的高層建筑中，邊柱的軸壓應(yīng)力是要小于中柱的軸壓應(yīng)力的，所以邊柱的軸向壓縮變形也是要更小的。房屋越高，這種軸向變形的差異值就會(huì)越大，這樣就會(huì)導(dǎo)致連續(xù)梁中間支座沉陷，其負(fù)彎矩值就會(huì)很小，而相對(duì)的跨中正彎矩值以及端支座負(fù)彎矩值就會(huì)很大。在高層建筑中，豎向載荷通常較大，就會(huì)引起較大的軸向變形，連續(xù)梁中間支座的負(fù)彎矩就會(huì)變小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值就增大了。同時(shí)也會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)構(gòu)件的下料長(zhǎng)度以及構(gòu)件側(cè)移和剪力產(chǎn)生一定的影響，所以必須充分的考慮到結(jié)構(gòu)的軸向變形值。

1.2 結(jié)構(gòu)延性是設(shè)計(jì)時(shí)重要參考參數(shù)。和樓層較低的結(jié)構(gòu)相比，高層建筑的結(jié)構(gòu)具有更好的柔和度，地震時(shí)所發(fā)生的變形也會(huì)更大。所以怎樣才能保證結(jié)構(gòu)具有更好的延性呢？當(dāng)其進(jìn)入塑性變形階段后，結(jié)構(gòu)不會(huì)坍塌，就必須要有很強(qiáng)的變形力，在構(gòu)造上就應(yīng)制定一些相對(duì)的措施。

1.3 水平荷載是決定性的因素。在多層以及低層的房屋結(jié)構(gòu)中，通常都是以重力為代表的豎向荷載決定著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，豎向荷載也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，而起著決定性作用的還是水平荷載。主要原因是高層建筑的自重以及在豎向構(gòu)件上使用的荷載所引起彎矩和軸力的數(shù)值，都只是與建筑高度的一次方成正比，然而因水平荷載所產(chǎn)生的傾覆力以及軸力，都是與樓房高度的平方成正比的；另外對(duì)一個(gè)高層建筑來(lái)說(shuō)，豎向荷載基本上是固定的，而包括了地震作用和風(fēng)荷載的水平荷載，卻是隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的變化而變化的。

2 選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)體系及分析

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)。所謂的剪力墻結(jié)構(gòu)體系就是指采用建筑物墻體作為抵抗水平荷載以及承受豎向荷載的體系。一般這種結(jié)構(gòu)體系都是系于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的，這樣水平的和豎向的荷載就全由墻體來(lái)承受了，剪力墻的開(kāi)洞情況是影響其變形狀態(tài)與受力特性的最重要的因素。一般情況下，根據(jù)其受力特性的差異，一般可將單片剪力墻分為單肢墻、聯(lián)肢墻、框支墻、小開(kāi)口整體墻以及特殊開(kāi)洞墻等類(lèi)型。一般我們采用平面有限單元法對(duì)剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，這種方法不但適用于多種類(lèi)型的剪力墻的結(jié)構(gòu)計(jì)算，同時(shí)其計(jì)算的準(zhǔn)確度也更高。

2.2 框架結(jié)構(gòu)體系。一般情況下，框架結(jié)構(gòu)體系主要是用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)中，梁和柱通過(guò)節(jié)點(diǎn)組成了承載結(jié)構(gòu)，框架所形成的建筑空間布置的十分靈活，并且還有很大的室內(nèi)空間，使用起來(lái)更為方便。計(jì)算框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的位移和內(nèi)力的方法有很多，而我們通常還是采用連梁連續(xù)化假定這種方法的。通過(guò)框架與剪力墻水平進(jìn)行位移以及轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)，我們就可以建立相關(guān)的微分方程了。當(dāng)然我們所采用的未知量以及考慮的因素都是差異的，解答的具體形式就也是有差異的了。而計(jì)算框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，我們首先還是應(yīng)將這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成等效的壁式框架結(jié)構(gòu)，從而更好的利用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移的方法進(jìn)行求解。

2.3 筒體結(jié)構(gòu)。通常我們可將單個(gè)筒體分為框筒、實(shí)腹筒以及桁筒。框筒就是框架通過(guò)減小肢距，從而形成的空間薄壁筒體；而實(shí)腹筒就是由平面剪力墻所形成的空間薄壁筒體；如果是由桁架組成的筒壁，那么就是桁筒了。對(duì)于筒體結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的方法一般有三大類(lèi)：等效離散化方法、等效連續(xù)化方法以及三維空間分析，其中主要的等效離散化和等效連續(xù)化兩種方法。等效離散化這種方法就是把連續(xù)的墻體離散成為等效的桿件，這樣就能更好的采用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行分析了，核心筒的構(gòu)架分析法以及平面構(gòu)架子結(jié)構(gòu)法構(gòu)成了這種方法；而等效連續(xù)化這種方法就是把結(jié)構(gòu)中的離散桿件進(jìn)行等效的連續(xù)化處理的方法。主要有兩種處理方法：首先應(yīng)只在幾何分布上對(duì)其連續(xù)化，這樣能更好的使用連續(xù)函數(shù)描述它的應(yīng)力，其次就是要在物理和幾何上對(duì)其連續(xù)處理，將離散桿件看作是等效的正交異性彈性薄板，這樣就能很好的應(yīng)用分析彈性薄板的種種方法了。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)的問(wèn)題分析

3.1 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問(wèn)題。我國(guó)的新版的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范與舊版的是有一定的差異的，最主要就是體現(xiàn)在新規(guī)范中增加了更多的限制條件。如果建筑結(jié)構(gòu)的周期比和位移比超規(guī)范規(guī)定時(shí)，那么結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度就是要大于結(jié)構(gòu)的抗扭剛度的，結(jié)構(gòu)就會(huì)有較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。對(duì)一些高層建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于功能上的需求，下部基層的空間都是較大的，而上部又都是客房或是辦公室，有很多的隔墻，這就導(dǎo)致了上下層的剛度有較大的差異，而在這個(gè)剛度發(fā)生變化下一層的位置處就應(yīng)為薄弱層，并且要進(jìn)行內(nèi)力放大的處理。

3.2 結(jié)構(gòu)的高度問(wèn)題。在我國(guó)的《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中明確的規(guī)定了，設(shè)計(jì)時(shí)必須要充分的考慮到適用性與經(jīng)濟(jì)性的原則，同時(shí)也明確了幾種較為常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)體系最大的適用高度。而這個(gè)適用高度也是現(xiàn)階段我國(guó)的科研水平、施工水平以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平所能達(dá)到的，與整個(gè)土木工程行業(yè)中的規(guī)范體系是較為協(xié)調(diào)的。但是在實(shí)際的施工建設(shè)中，還是有很多高層建筑的高度超過(guò)了這個(gè)適用高度。在相關(guān)的各類(lèi)規(guī)范中，對(duì)于結(jié)構(gòu)高度的要求還是較為嚴(yán)格的，所以也經(jīng)常出現(xiàn)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)變更而導(dǎo)致了施工圖紙審查不合格，從而大大的增加了工程的施工工期，并且也浪費(fèi)了很多的人力、物力和財(cái)力。

3.3 短肢剪力墻的設(shè)置問(wèn)題。在我國(guó)新的《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中，把對(duì)墻肢截面高度和厚度比為5：8的就定義為短肢剪力墻了，并且根據(jù)過(guò)往的實(shí)際的施工經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)階段所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用這種短肢剪力墻結(jié)構(gòu)還是有很多的限制和要求的。因此，在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量的少采用甚至是不采用這種短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，避免為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作帶來(lái)不必要的麻煩，同時(shí)保證整個(gè)項(xiàng)目工程的施工質(zhì)量。

通過(guò)以上的論述，我們對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、選擇合理的高層建筑的結(jié)構(gòu)體系及分析以及高層建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)的問(wèn)題分析三個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的分析和探討。我國(guó)高層建筑的建設(shè)工作的發(fā)展是十分迅速，然而高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量卻并不十分理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)師們往往更重視結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性，同時(shí)卻也忽略了結(jié)構(gòu)方案的實(shí)際情況，所以最后選擇的結(jié)構(gòu)方法不一定是最合理的。在今后的發(fā)展過(guò)程中，我們要遵循高層建筑的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)理念，選擇最為經(jīng)濟(jì)合理的高層建筑結(jié)構(gòu)體系，做好高層建筑的建設(shè)工作，同時(shí)也保證我國(guó)的高層建筑行業(yè)得到更健康的發(fā)展。

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