高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題分析

黎濤

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口數(shù)量的增加，使城市高層建筑成為城市建筑結(jié)構(gòu)的主流。隨著高層建筑結(jié)構(gòu)體系的多樣化發(fā)展，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的一些問(wèn)題，直接影響了高層建筑的質(zhì)量。如何解決高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的一些問(wèn)題，已成為當(dāng)前建筑師重點(diǎn)研究的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行研究，分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在哪些問(wèn)題，并提出解決對(duì)策，僅供參考。

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

隨著城市化進(jìn)程的加快，為了使空間加大利用，我國(guó)房屋結(jié)構(gòu)已經(jīng)由單層向多層、高層發(fā)展，從傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)改變?yōu)楦邔拥目蚣?、剪力墻及筒體結(jié)構(gòu)，以此獲得更大、更靈活、更自由空間，可以滿足更多用戶需求，所以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要制定科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的一些問(wèn)題，使我國(guó)高層建筑得到穩(wěn)定的發(fā)展。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的定義及特點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，普遍應(yīng)用的是鋼與鋼筋混凝土作為基本材料。鋼筋混凝土具有造價(jià)低、來(lái)源豐富、形狀多樣等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的各種創(chuàng)意設(shè)計(jì)，還能有效的節(jié)省鋼材。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在耐久性與耐火性與承載能力方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。并且通過(guò)建筑設(shè)計(jì)師的巧妙設(shè)計(jì)，還能實(shí)現(xiàn)非常理想的抗震性。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也有一些缺點(diǎn)，例如：斷面大、自重大，而且費(fèi)模費(fèi)工[1]。

使用鋼材作為基本材料，具有強(qiáng)度大、韌性大和易于加工等特點(diǎn)。高層建筑使用鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有斷面小、自重輕和抗震性能良好等優(yōu)勢(shì)。尤其鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件可以在工廠加工完成后運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)使用，將工期大大縮短。使用鋼材作為高層建筑的材料也有很大的缺點(diǎn)，用鋼量過(guò)大，使工程造價(jià)提高，并且鋼結(jié)構(gòu)并不具備良好的耐火性，需要額外增加大量的防火涂料，這就使工程的施工周期與工程造價(jià)增加。

很多發(fā)達(dá)國(guó)家的高層建筑都使用鋼結(jié)構(gòu)。而我國(guó)高層建筑物也越來(lái)越多，高度也逐年增加，有些高層建筑也使用了鋼結(jié)構(gòu)。通過(guò)以上分析可以看出，鋼筋結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)各有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，所以，比較理想的高層建筑結(jié)構(gòu)形式就是將鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的組合使用，通過(guò)優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)的互補(bǔ)，使高層建筑取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量。目前我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)為以下幾點(diǎn)：

1.1 框架結(jié)構(gòu)

早期的高層建筑普遍使用框架結(jié)構(gòu)，梁和柱以鉸接或者鋼接連的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)的搭建，框架結(jié)構(gòu)的建筑空間有很高的靈活性，但是，由于梁柱截面積小，不具有很高的抗震能力，所以，框架結(jié)構(gòu)只能應(yīng)用于抗震要求不高的小型建筑[2]。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)是通過(guò)鋼筋混凝土墻板實(shí)現(xiàn)水平和豎向力的承重。而剪力墻結(jié)構(gòu)通用的形式是平面布置，一般情況下，使用雙向或者多向的布置，可以有效承受水平荷載與豎向荷載這兩方作用力。而鋼筋混凝土墻板需要保持豎向設(shè)置的穩(wěn)定性與整體性，所以，適合于較高建筑結(jié)構(gòu)使用。剪力墻結(jié)構(gòu)受力體系一定要滿足間距要求，這就在很大程度上限制了建筑空間實(shí)現(xiàn)靈活性。

1.3 框剪結(jié)構(gòu)

框剪結(jié)構(gòu)是將框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合使用的結(jié)構(gòu)體系。以框架結(jié)構(gòu)為主要結(jié)構(gòu)，應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)為輔助結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)形式配合使用，既能互相補(bǔ)充，又能彌補(bǔ)各自的不足?？朔蚣芙Y(jié)構(gòu)缺乏較強(qiáng)抗震性和剪力墻結(jié)構(gòu)缺乏靈活性的缺點(diǎn)，我國(guó)高層建筑普遍應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式就是框剪結(jié)構(gòu)[3]。

1.4 筒體結(jié)構(gòu)

豎向筒體承受水平和豎向的荷載，這種結(jié)構(gòu)就是筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)是從框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)展起來(lái)的，筒體結(jié)構(gòu)具有封閉性，可以使受力能力大大提高，實(shí)現(xiàn)高層建筑高度的增加。

1.5 組合結(jié)構(gòu)

我國(guó)高層建筑高度不斷在增加，要實(shí)現(xiàn)高層建筑各種功能，使建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)一步完善，將各種建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行各種組合，形成了組合結(jié)構(gòu)的體系，可以使我國(guó)高層建筑得到更大的發(fā)展[4]。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題分析

2.1 箱、筏基礎(chǔ)底板出挑板的問(wèn)題

桃板問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)角度分析，可以調(diào)勻邊跨的底板鋼筋，可以節(jié)約由于邊跨鋼筋產(chǎn)生的底板通長(zhǎng)筋的加大，出桃板還可以降低基底的附加應(yīng)力。天然地基與人工地基坎上的基礎(chǔ)形式，可以在天然地基上增加挑板，實(shí)現(xiàn)整體的沉降得到有效的控制，如果荷載偏心，可以在某些特定的部位增加挑板，使沉降差與整體傾斜都得到有效的調(diào)整[5]。

一般不在窗井位置設(shè)置長(zhǎng)挑板，而是挑板上砌墻，而且此次板不按挑板進(jìn)行計(jì)算。如果數(shù)層地下室的窗井具有很密的橫隔墻，而橫隔墻又能夠和內(nèi)部的墻體進(jìn)行連通，就要重新考慮挑板的設(shè)置和計(jì)算問(wèn)題。如果地下水位高出基礎(chǔ)挑板，是可以有效解決一些抗浮的問(wèn)題，如果取消挑板，將更方便柔性的防水。

2.2 箱、筏基礎(chǔ)底板桃板陽(yáng)角的問(wèn)題

基礎(chǔ)底板的底面積中的陽(yáng)角面積小，很多時(shí)候可以使用直角，而陽(yáng)角則在懸挑的部分可以保持不變，也不使用輻射筋。

2.3 基坑開(kāi)挖的問(wèn)題

基坑開(kāi)挖時(shí)，基坑旁土一般不會(huì)出現(xiàn)反彈，這是受摩擦角控制，坑中心基土容易發(fā)生反彈，可以使用人工做好基土的清理，約束力大時(shí)可以不計(jì)回彈?；椎母郊討?yīng)力如果對(duì)稱(chēng)，就要做好計(jì)算，約束力如果小時(shí)，就要對(duì)基底壓力進(jìn)行計(jì)算，箱基沉降時(shí)也要做好計(jì)算[6]。

2.4 梁、板計(jì)算跨度的問(wèn)題

一般的計(jì)算跨度，只適用常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果在寬扁梁的計(jì)算中就不適合。而梁板結(jié)構(gòu)是通過(guò)梁中心線設(shè)置剛性支座，這就使梁失去真正的概念意義。一般情況下對(duì)梁板的認(rèn)識(shí)是，變截的面板。扁梁結(jié)構(gòu)的梁高并不大于板厚，計(jì)算時(shí)，要將長(zhǎng)度計(jì)算到梁中心，確定梁中心彎矩與梁的厚度，確定梁邊彎矩與板厚配筋。很多時(shí)候?qū)χ拥恼J(rèn)識(shí)歸為超大截面梁，梁配筋要取柱邊彎矩。出現(xiàn)削峰情況是正常的，沒(méi)有削峰現(xiàn)象就是真正出現(xiàn)了問(wèn)題。

2.5 回彈再壓縮的問(wèn)題

進(jìn)行基坑開(kāi)挖，一般情況下，摩擦角范圍坑邊的基底土不會(huì)出現(xiàn)反彈，是受到了約束，而基坑中心地基土出現(xiàn)反彈，回彈的基底土可以通過(guò)人工的方式進(jìn)行清除?；A(chǔ)小就會(huì)使坑底受大的約束力，獨(dú)立的基礎(chǔ)可以忽略回彈的計(jì)算。

進(jìn)行沉降計(jì)算時(shí)，可以通過(guò)基底的附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。基坑大不會(huì)受到太大的約束力，例如：箱基，在計(jì)算沉降時(shí)，就可以按照基底的壓力進(jìn)行計(jì)算，而基坑邊土的約束部分，可以按照安全儲(chǔ)備，所以，計(jì)算沉降要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際的沉降[7]。

2.6 抗震縫的問(wèn)題

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要注意加大抗震縫的設(shè)計(jì)。如果只按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗震縫的設(shè)計(jì)，真正發(fā)生地震時(shí)，抗震縫就會(huì)發(fā)生碰撞，所以要加大抗震縫的設(shè)計(jì)，可以更好的穩(wěn)定效果。

2.7 增加附加筋的問(wèn)題

一般情況下，對(duì)附加筋的認(rèn)識(shí)只限于次梁截面范圍內(nèi)的主梁箍筋不能增加箍筋或者說(shuō)箍筋發(fā)生短缺，可以在次梁的兩側(cè)進(jìn)行修補(bǔ)，附加筋在一般情況下需要具備，不過(guò)并不是絕對(duì)需要具備。一般梁截面在一定范圍內(nèi)的荷載是根據(jù)具體的情況進(jìn)行確定的。主梁與次梁的截面如果沒(méi)有太大的差別，當(dāng)次梁的荷載過(guò)大，就一定要增加附加筋。主梁過(guò)高，次梁截面過(guò)小，而且荷載過(guò)小的時(shí)候，可以不增加附加筋。如果主次梁的截面大，主次梁荷載不大，這時(shí)的主梁也可以不增加附加筋。

總之，主梁上次梁出現(xiàn)開(kāi)梁，次梁受壓的區(qū)頂直到主梁底，這個(gè)截面高度混凝土要增加箍筋才能完全承受次梁的剪力，而主梁則可以考慮不增加附加筋。當(dāng)梁上的集中力所產(chǎn)生剪力于梁范圍內(nèi)表現(xiàn)相同時(shí)，滿足抗剪力的情況下，集中力的位置就可以獲得自然的滿足。

很多時(shí)候，懸挑梁適合制成等截面，特點(diǎn)適合出挑的長(zhǎng)度過(guò)短的情況下。而挑梁自重則占到總荷載十分小的比例，如果作為變截面則不能實(shí)現(xiàn)有效的減重。當(dāng)變截面挑梁附加筋也各不相同，這就使施工的實(shí)際難度加大，使變截面梁撓度大于了等截面梁。而外露大挑梁則可以在某些情況下改成變截面，實(shí)現(xiàn)更好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，可以使高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平得到進(jìn)一步的完善，使高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到保證，進(jìn)而影響整個(gè)高層建筑的施工質(zhì)量及實(shí)際應(yīng)用，對(duì)于我國(guó)建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展具有重大意義。

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