關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的要點分析

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展進(jìn)步，建筑行業(yè)中高層建筑工程也逐漸增多，由于高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中不斷出現(xiàn)不同程度的弊端和問題。因此，就要對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化處理，優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)能夠使工程項目的質(zhì)量安全和環(huán)保節(jié)能方面進(jìn)行均衡的分配，進(jìn)而提高高層建筑項目的增值，進(jìn)一步推動了我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展水平。本文主要就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的要點進(jìn)行簡要分析與討論。

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

一、引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的日益進(jìn)步，建筑行業(yè)也得到了蓬勃的發(fā)展，面對高層建筑的數(shù)量越來越多的現(xiàn)狀，關(guān)于如何控制好質(zhì)量問題已經(jīng)成為建筑行業(yè)普遍關(guān)注的重要問題。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑施工中的重點工作，會對整個建筑工程質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。因此，要做好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化工作，保證設(shè)計的各個環(huán)節(jié)都能做到科學(xué)性、合理性，進(jìn)而為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化提供強(qiáng)有力保障，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)最大的力量。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

2.1、側(cè)移成為控制指標(biāo)

結(jié)構(gòu)側(cè)移作為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素，也是高層建筑與較低樓房的不同點之一。樓房的高度越高，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形就越大，因此，結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度范圍內(nèi)。

2.2、軸向變形不容忽視

由于高層建筑中的豎向荷載數(shù)值很大，會在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩造成影響，使其連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值則會增大；除此之外，還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度、構(gòu)件剪力和側(cè)移等都會產(chǎn)生影響。

2.3、結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo)

與較低樓房相比，高層建筑在地震作用下的變形更大一些。為了避免樓房倒塌，就要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧蛊浣Y(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，保證高層建筑的整體結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

2.4、水平荷載成為決定性因素

建筑物自身重量和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，與建筑物高度成線性關(guān)系；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩則與建筑物高度的二次方成正比?？偠灾瑢εc具有一定高度的建筑物來說，豎向荷載基本上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載的數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力特性的不同會隨時發(fā)生較大幅度的變化的。

三、當(dāng)代高層建筑結(jié)構(gòu)類型

3.1、剪力墻結(jié)構(gòu)體系

在剪力墻結(jié)構(gòu)中，豎向承重結(jié)構(gòu)是由很多橫向和縱向的鋼筋混凝土剪力墻組成的，剪力墻除了需要承受重力荷載作用之外，還要承受很多像風(fēng)、地震等水平荷載的作用。剪力墻因其與框架結(jié)構(gòu)相比有更大的測向剛度以及更小的側(cè)移，而將其結(jié)構(gòu)歸屬于剛性結(jié)構(gòu)體系。從理論的上來說，剪力墻的結(jié)構(gòu)特點完全可以用來建造上百層的建筑，但是由于實際的技術(shù)限制和特殊的地理位置限制需要控制房屋高度，例如地震區(qū)的剪力墻一般都要控制在一定層數(shù)和高度的范圍內(nèi)。剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點是間距較小，一般在3米到6米之間，因而使得建筑平面的布置缺乏靈活性，在使用時也會受到一定的限制。

3.2、框架結(jié)構(gòu)體系

框架結(jié)構(gòu)是由梁和柱體兩部分組成的縱橫兩個方向的框架所形成的結(jié)構(gòu)體系，框架結(jié)構(gòu)需要同時承受豎向荷載和水平荷載?？蚣芙Y(jié)構(gòu)有很明顯的優(yōu)缺點：優(yōu)點，建筑平面布置靈活，便于形成較大的內(nèi)部空間，對于建筑立面的處理也十分簡便；缺點，側(cè)向剛度小，建筑層數(shù)較多時會發(fā)生側(cè)向位移，很容易造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞，影響使用。

3.3、筒體結(jié)構(gòu)體系

筒體結(jié)構(gòu)就是將剪力墻和柱體框架集中到房屋，房屋的內(nèi)部和外圍而形成的空間就是一個封閉式的筒體。筒體結(jié)構(gòu)的主要特點就是由于剪力墻結(jié)構(gòu)比較集中，使得房屋內(nèi)部有較大的空間可以自由分割，這種多用于寫字樓建筑。

四、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

4.1、基礎(chǔ)設(shè)計問題

對任何一項建筑工程來說，地基都是建筑施工的基礎(chǔ)，作為建筑設(shè)計人員在對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行設(shè)計時首先就要全面了解建筑地基的實際情況，對建筑結(jié)構(gòu)和建筑環(huán)境進(jìn)行深入分析，確保做出的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在實際施工過程中具有很好的可實行性。由于各個地區(qū)的建筑環(huán)境不同，地質(zhì)情況也有所不同，因此，設(shè)計人員在對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行設(shè)計時需要深入研究當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)狀況及建筑環(huán)境，確保施工的順利進(jìn)行。除此之外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員還要進(jìn)行水位勘探，全面考慮地質(zhì)情況、上層結(jié)構(gòu)類型和施工條件等內(nèi)容。另外，設(shè)計者還需要對周邊的建筑環(huán)境的安全系數(shù)進(jìn)行深入的研究，從而觀察建筑物傾斜或者沉降情況。除此之外，設(shè)計人員還需要通過了解建筑物的具體位置和標(biāo)高，來分析建筑施工是否具有科學(xué)性的保障，進(jìn)而為建筑工程施工的順利進(jìn)行提供有力保障。

4.2、水平荷載問題

在建筑工程施工的過程中會受到很多因素對建筑質(zhì)量造成影響，如垂直荷載、水平荷載、地震抵抗力等。水平荷載是決定建筑質(zhì)量的關(guān)鍵性因素，是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要控制因素。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員需要對水平荷載的方向以及大小進(jìn)行深入的分析，以避免由水平荷載導(dǎo)致的高層建筑結(jié)構(gòu)問題出現(xiàn)，還可以通過加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化效果，進(jìn)而減少水平荷載導(dǎo)致的建筑結(jié)構(gòu)問題。

4.3、結(jié)構(gòu)延性問題

高層建筑在地震作用下因其良好的柔和性，變形程度會更大一些。為了避免樓房倒塌，就要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，使其具備更好的抵抗變形的能力。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，通過對高層建筑邊角和底座等部分的處理可以使其在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有足夠的延性，進(jìn)一步提高高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。

4.4、結(jié)構(gòu)選型問題

要嚴(yán)謹(jǐn)仔細(xì)的選擇高層建筑結(jié)構(gòu)所需要的施工工藝。施工工藝不僅對建筑施工材料的消耗程度有很大影響，還對整個工程的工期和建筑質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。因此，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)選型時，設(shè)計人員需要全面考慮整個建筑的結(jié)構(gòu)體系，選擇最合理的建筑結(jié)構(gòu)的施工工藝。另外，設(shè)計人員需要對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善的力學(xué)分析，確保建筑施工的受力特性和工程效益。除此之外，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員還要充分考慮到選型環(huán)境和施工效果等方面的特點，從整體上提高建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，最大程度上減少工程資源浪費的情況。

4.5、抗震及連梁問題

一般情況下，在進(jìn)行高層建筑抗震設(shè)計時，高層建筑通常使用框架剪力墻、剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)等實現(xiàn)加固的目的，而不是使用單純的框架結(jié)構(gòu)體系來提高其抗震效果。在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，設(shè)計人員可以通過減少剛度系數(shù)來降低連梁的剛度，如果降低連梁的剛度之后還是無法滿足設(shè)計的要求的話，設(shè)計人員還可以適當(dāng)內(nèi)調(diào)幅連梁，但是在實際調(diào)幅的過程中，必須保證調(diào)幅力度低于20個百分點。

五、結(jié)束語

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作不僅影響著我國建筑行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展和住宅建筑的質(zhì)量，同時也是對我國建筑行業(yè)的設(shè)計人員的專業(yè)素質(zhì)和水平的考驗。如果還是按照傳統(tǒng)的設(shè)計方法進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，則會造成巨大的浪費。因此，對高層建筑來說，最重要的是抓住高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點，尋找能實現(xiàn)資源合理分配和節(jié)約建筑造價的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法勢在必行。

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