高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思考

陳雷

摘 要：隨著建筑技術(shù)不斷前進(jìn)以及土地供給的緊俏，目前高層建筑在我們的城市建筑中越來越多，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為這些建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，而且加之建筑的類型和功能越來越多元化，所以針對高層建筑需要認(rèn)真研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的問題，以便更加合理的設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)。

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

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16723198（2014）03018901

信息越來越發(fā)達(dá)、人們生活節(jié)奏也越來越快，而變化的不僅僅是人們的生活方式，社會(huì)所有領(lǐng)域都發(fā)生著深刻的變化。我國正在進(jìn)行城鎮(zhèn)化進(jìn)程，漫步于城市之中，你往往會(huì)看到好多工地，而且這些現(xiàn)象在一線城市和正在興起的城市更為明顯。有一個(gè)現(xiàn)象或許我們已經(jīng)感覺到了，就是我們在一線城市核心區(qū)買新建住宅的時(shí)候，往往很難找到幾層樓高的房產(chǎn)了。究其原因，或許是和現(xiàn)在土地寸土寸金、開發(fā)商拿地成本很高有關(guān)。高層建筑大量的出現(xiàn)在建設(shè)規(guī)劃中，稍微有點(diǎn)專業(yè)知識的人都清楚，高層建筑考慮的問題很多，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該成為需要首要考慮的問題之一，因?yàn)楦邔咏ㄖ母叨仍陲@現(xiàn)了其較普通建筑更為強(qiáng)大的使用功能外，也對其結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。下面，結(jié)合筆者工作實(shí)際，談?wù)剰母邔咏ㄖ慕Y(jié)構(gòu)特性的角度應(yīng)該考慮的一些東西。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

1.1 設(shè)計(jì)富有技術(shù)性和專業(yè)性

我們都知道：高層建筑和多層建筑來說，在功能上和設(shè)計(jì)上會(huì)有很大的不同，這是因?yàn)閷τ诟邔咏ㄖ?，它們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到它的各種使用功能的實(shí)現(xiàn)情況，還關(guān)系著高層建筑作為一項(xiàng)土建工程所產(chǎn)生的造價(jià)和工期問題。

1.2 水平荷載成為決定因素

水平力在所有建筑結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)計(jì)中都是最重要的因素，對于高層建筑來說更是如此，因?yàn)槠胀ńㄖ校芷浣ㄖ叨认拗?，水平力對于建筑的結(jié)構(gòu)影響較小，但是隨著建筑高度的增加，水平力在建筑結(jié)構(gòu)中起到的作用也隨之增大。從專業(yè)角度講，一方面，建筑的自重和露面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，它與建筑高度的一次方成正比；從另一個(gè)角度來看，而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，樓房的高度從豎向荷載來說一般情況是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。

1.3 承載力設(shè)計(jì)需要基礎(chǔ)

在高層建筑結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)計(jì)上，必須要保證它的承載力基礎(chǔ)，特別是要注重剛度的加強(qiáng)，以抵抗側(cè)向力。結(jié)構(gòu)側(cè)移是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，這是余較低樓房不同的地方。建筑物層數(shù)的增加，使得每多一層其側(cè)向力都會(huì)發(fā)生很大的變化，所以建筑物特別是高層建筑物需要控制水平荷載因素。

1.4 其他關(guān)鍵因素更需關(guān)注

第一是高層建筑的抗風(fēng)因素，需要要認(rèn)真的計(jì)算出風(fēng)荷載作用下的位移值，以有針對性的采用調(diào)整結(jié)構(gòu)和裝飾構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)高層建筑的抗風(fēng)。第二是高層建筑的抗震要求，應(yīng)該在建筑前認(rèn)真的選擇地基位置，并詳細(xì)的勘測該區(qū)域的地質(zhì)情況。第三個(gè)是高層建筑的地基情況，要保證其承載力和剛度滿足建筑上部結(jié)構(gòu)的要求。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要關(guān)注的問題

2.1 選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要首要考慮的問題，特別是幾個(gè)關(guān)鍵因素，比如：結(jié)構(gòu)類型、荷載分布情況、施工條件、地基潛力、相鄰建筑物影響等，都需要在設(shè)計(jì)上分別有針對性的加以考慮。同時(shí)，還應(yīng)考慮到相同的結(jié)構(gòu)單元當(dāng)中，應(yīng)該選擇相同結(jié)構(gòu)體系。在首要考慮問題的基礎(chǔ)上，還需要考慮地理?xiàng)l件、工程設(shè)計(jì)需求、施工條件、材料等因素綜合分析基礎(chǔ)上，加之包括水、暖、電等各個(gè)專業(yè)的相協(xié)調(diào)的情況下，選擇合理的結(jié)構(gòu)，從而確定結(jié)構(gòu)的方案。

2.2 充分考慮設(shè)計(jì)施工經(jīng)濟(jì)性

安全、適用、經(jīng)濟(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的三要素。三個(gè)要素之間既有層次關(guān)系又相互平衡和制約。在滿足前兩個(gè)要素的前提下，就要考慮如何實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性問題。直接經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一般采用結(jié)構(gòu)造價(jià)百分比、單位面積結(jié)構(gòu)綜合造價(jià)或者單位面積材料用量（如鋼材、鋼筋和混凝土）。對于高層建筑而言，我們還需要考慮它的施工周期長、投資回收慢、豎向構(gòu)件面積大等特點(diǎn)，這些都需要用到間接指標(biāo)，比如：豎向構(gòu)件占樓層面積比、施工可建性、社會(huì)效應(yīng)、樓層凈高等。具體地講：首先，在超高層建筑中，風(fēng)荷載是主要水平控制荷載，因此，減小風(fēng)荷載是最有效的措施之一。其次，提高抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的效率是節(jié)約材料用量的有效途徑；不同材料的有機(jī)組合也可發(fā)揮材料各自的優(yōu)點(diǎn)，降低結(jié)構(gòu)綜合造價(jià)。最后，確定合理的設(shè)計(jì)性能指標(biāo)，既確保結(jié)構(gòu)安全，又能滿足經(jīng)濟(jì)要求。

2.3 充分進(jìn)行計(jì)算并校對

高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算需要精細(xì)化，如果出現(xiàn)誤差那將會(huì)引起建筑物因結(jié)構(gòu)問題而發(fā)生的事故。所以，首先需要選擇合理的計(jì)算簡圖，特別是針對結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性，確保其計(jì)算誤差控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。另外，需要充分運(yùn)用各種計(jì)算機(jī)軟件，充分利用軟件進(jìn)行校對并進(jìn)行合理判斷，從而得出準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)。

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