關(guān)于高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理的研究

王政源 江西省建工設(shè)計(jì)院有限公司，江西 南昌 330000

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行各業(yè)對于建筑房屋的需求和人們對建筑的觀念改變，使得我國的建筑行業(yè)突飛猛進(jìn)地發(fā)展起來。然而高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在諸多問題，造成設(shè)計(jì)過程中安全性和經(jīng)濟(jì)性不能有效的把握。我們必須重視這些問題，并探尋恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方法，以促進(jìn)我國高層房屋建設(shè)工作的穩(wěn)定發(fā)展。

1 高層房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

高層房屋的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與我國傳統(tǒng)的低層和多層房屋的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是不同的。高層房屋不僅在建筑設(shè)計(jì)方面要求有藝術(shù)感的立面效果和流暢合理的平面布置，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面也要具備較強(qiáng)的抗震性能和抗風(fēng)能力。從而就需要了解高層房屋在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的特點(diǎn)，做好充分的考慮和周密的計(jì)算，并做好相應(yīng)的控制。

1.1 控制指標(biāo)的側(cè)移

建筑高度的增加會(huì)導(dǎo)致水平的荷載作用之下的結(jié)構(gòu)側(cè)向產(chǎn)生更大的變形，結(jié)構(gòu)側(cè)移和建筑的高度四次方是成正比的，因此結(jié)構(gòu)強(qiáng)度必須足夠大，還要考慮足夠抗側(cè)移的剛度，保證結(jié)構(gòu)于水平的荷載作用下所產(chǎn)生的側(cè)移是在規(guī)范限定內(nèi)。當(dāng)側(cè)移過大的時(shí)候，位于建筑物里的人會(huì)產(chǎn)生心理不適;建筑物里的電梯軌道、建筑裝飾以及填充墻等設(shè)施易產(chǎn)生裂縫、變形、損害狀況;且側(cè)移過大會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂甚至損害狀況，最終危及結(jié)構(gòu)使用的期限。因此要確保建筑物的正常使用功能，就必須做好控制建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移工作。

1.2 水平力

影響高層房屋的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要因素的是水平力，和控制多層或底層房屋結(jié)構(gòu)的荷載產(chǎn)生的力是不同的。在高層建筑里，水平荷載對房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有十分重要的影響，其中常見的為風(fēng)荷載，以及地震所產(chǎn)生的水平荷載，這就對高層建筑要求較高的剛度。

1.3 軸向變形不容忽視

在外力的作用下所有的建筑結(jié)構(gòu)都會(huì)產(chǎn)生剪切變形、彎曲變形、和軸向變形這三種位移。由于一般的結(jié)構(gòu)構(gòu)件其軸力與剪力產(chǎn)生的影響比較小，因此在低層的房屋建筑結(jié)構(gòu)中經(jīng)常忽視軸向變形與剪切變形。然而高層房屋建筑結(jié)構(gòu)的軸向變形由于軸力大和建筑層數(shù)比較多對高層房屋的結(jié)構(gòu)內(nèi)力存在較大的影響，再加上建筑高度的升高會(huì)給軸向變形帶來顯著的變化。因此高層房屋的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對剪力墻的截面考慮就要非常慎重。

1.4 較高抗震設(shè)計(jì)

高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，以便發(fā)生小地震的時(shí)候建筑物可以不遭損害、發(fā)生中地震時(shí)能通過維修來恢復(fù)原貌，發(fā)生大地震的時(shí)候不出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象，確保人們的財(cái)產(chǎn)以及人身安全。這就需要通過一系列的抗震構(gòu)造措施來加強(qiáng)高層房屋的抗震性能。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的管理原則

2.1 選擇合適的計(jì)算簡圖

由于結(jié)構(gòu)計(jì)算以計(jì)算簡圖作為基礎(chǔ)而進(jìn)行，計(jì)算簡圖的選擇不合適會(huì)造成結(jié)構(gòu)安全事故，因此為了保證結(jié)構(gòu)的安全就必須選擇合適的計(jì)算簡圖，并且還需要配合相應(yīng)的構(gòu)造措施。盡管實(shí)際的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)不能是純粹的剛接點(diǎn)或者鉸接點(diǎn)，然而我們也要分析判斷，將誤差設(shè)計(jì)在合理的范圍內(nèi)。

2.2 選擇合適的結(jié)構(gòu)方案

選擇合適的結(jié)構(gòu)方案即選擇可行的結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)體系需要滿足傳力簡捷，受力明確的條件。同一結(jié)構(gòu)單元不能混合使用不一樣的結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)要盡可能的符合豎向和平面規(guī)則。同時(shí)要綜合分析工程的材料供應(yīng)、設(shè)計(jì)要求、施工條件、地理環(huán)境等情況，和其他專業(yè)進(jìn)行充分的協(xié)商，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)的選型，以確定好結(jié)構(gòu)方案。在有必要的情況下需要進(jìn)行多方案的比較，建立模型分析比對，選擇最合理的結(jié)構(gòu)方案。

2.3 選擇恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)方案

要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的類型、工程地質(zhì)條件、施工條件、相鄰建筑物影響、載荷分布等因素來選擇恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)方案。在設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡可能的發(fā)揮地基潛力，在必要的時(shí)候要做好地基變形的驗(yàn)算。并配合詳細(xì)的地質(zhì)報(bào)告來做基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行現(xiàn)場的查看或者對臨近的建筑資料進(jìn)行參考。

2.4 做好計(jì)算結(jié)果的分析

目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多為軟件計(jì)算，且種類比較多，不同的軟件易和不同的計(jì)算方法都會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)果。設(shè)計(jì)前應(yīng)全面了解程序的適用條件和范圍，熟悉設(shè)計(jì)規(guī)范，讓計(jì)算機(jī)作為輔助設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，如人工輸入錯(cuò)誤;軟件本身有缺陷;結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和程序的不符等，都會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，所以設(shè)計(jì)師計(jì)算完成后，應(yīng)對電算結(jié)果認(rèn)真分析審核，做出準(zhǔn)確的判斷。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)問題的分析

3.1 短肢剪力墻設(shè)置問題

新規(guī)范把墻肢的截面高厚比為5 ～8 剪力墻稱呼為短肢剪力墻，并且對在高層建筑中使用短肢剪力墻的增加了限制。其破壞形式與剪力墻起有區(qū)別，所以在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，要盡減少短肢剪力墻的使用。

3.2 嵌固端設(shè)置問題

高層建筑通常有二層或者二層以上的人防或者地下室，嵌固端可能設(shè)在人防或者地下室頂板等位置，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程師經(jīng)常會(huì)忽視由嵌固端設(shè)置所帶來的嵌固端的上下層剛度比限制;嵌固端上下層的抗震等級一致性;嵌固端樓板設(shè)計(jì)等需要注意的問題，給后期的設(shè)計(jì)工作埋下隱患。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理案例的分析

4.1 工程案例中的高層建筑簡介

江西某高層建筑，其地下有3 層，地上有28 層，總建筑面積約是6萬平方米。地下3 層是車庫和設(shè)備用房;1 ～3 層是商場;4 ～5 層是辦公區(qū);第6 層是空中花園及用作設(shè)備轉(zhuǎn)換;7 ～28 層是用作居住。其中，第7 層的樓蓋是該高層建筑結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層。高層建筑總高度為90.4m。此外，這個(gè)高層建筑的工程主體是鋼筋混凝土的框架剪力墻，其墻體的厚度是200mm 到400mm;梁截面的面積是190mm×400mm 到240mm×600mm;柱截面的面積是700mm×1100mm 和800mm×1100mm;板的厚度是:天面120mm、轉(zhuǎn)換層180mm、裙樓110mm、住宅10mm;轉(zhuǎn)換層的框支梁是400mm×1300mm 到500mm×1500mm。預(yù)期的抗震等級是:低于6 層的普通框架是一級;1 到8 層是一級;框架框支是特一級;8 層以上是二級。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)不規(guī)范處

根據(jù)以上的數(shù)據(jù)分析得出該建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)具有以下不規(guī)范處:(1)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則;(2)凹凸不規(guī)則;(3)樓板局部不連續(xù);(4)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)。解決的措施:(1)將層板的厚度增大到180mm;(2)將剪力墻底部加強(qiáng)部位的鋼筋配筋率提高到0.5%;(3)提高框支柱和剪力墻的底部等部位的抗震等級;(4)提高框支柱配筋率;(5)增大周邊的樓板厚度和塔樓的樓梯間到150mm。

5 結(jié)束語

高層房屋的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，因此我們要因地制宜的實(shí)行全過程的管理和控制。以使整個(gè)高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，工程建設(shè)順利進(jìn)行。

［1］毛華毅.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的若干問題［J］.山西建筑，2010.

［2］張建，倪彩琴.淺議房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中問題的分析［J］.建筑設(shè)計(jì)管理，2010.