分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注意的若干問題

劉堅斌

摘要：高層建筑是城市快速發(fā)展與建筑用地緊張的產(chǎn)物，而隨著建筑物縱向的延伸，其結(jié)構(gòu)設(shè)計便成為影響整個高層建筑穩(wěn)定性與性能發(fā)揮的關(guān)鍵因素，因而高層建筑施工前必須強化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計。本文結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點對其設(shè)計中需要注意的若干問題進行了探究，希望能促使建筑領(lǐng)域逐漸形成一套完善的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，以為我國建筑領(lǐng)域的縱向發(fā)展提供技術(shù)支撐。

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

前言：

近年來隨著城鄉(xiāng)一體化發(fā)展建設(shè)對建筑領(lǐng)域的大力推動，縱向延伸是全國各地建筑領(lǐng)域的顯著特點，而高度越高，地基所應(yīng)承受的載重便越大，便會對建筑的整體質(zhì)量、安全系數(shù)等造成一定的影響，因而高層建筑工程中強化整個建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計是最為重要的工作之一。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中設(shè)計人員首先需要對施工現(xiàn)場的具體的地質(zhì)、水文等進行勘探，從而結(jié)合具體的勘探數(shù)據(jù)來進行建筑結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計。高層建筑與一般建筑的區(qū)別較大，因而高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中設(shè)計人員需要在明確設(shè)計特點的基礎(chǔ)上進行詳細的設(shè)計作業(yè)，從而為建筑整體施工提供質(zhì)量安全保障。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

1.1 水平力

房屋建筑設(shè)計中其水平力會隨著高度的增加而發(fā)生一定的位移變化，水平力所產(chǎn)生的側(cè)向頂點會隨著高度的的增加而向上移動，這便表明建筑物水平力頂點位移與其高度有著正比例關(guān)系，因而高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要根據(jù)高度的數(shù)值變化來明確水平力的具體設(shè)計。

1.2 承載力

承載力是一個建筑工程的基礎(chǔ)工作，尤其是高層建筑中，由于建筑物隨著高度的升高抗外力因素便會有所下降，因而必須加強地基承載力的設(shè)計，以為整個建筑提供質(zhì)量安全保障。而在其他方面承載力上高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中也應(yīng)盡量縮減其本身的重量以緩解建筑地基的承載壓力，所以外墻、窗玻璃、女兒墻及其他文化等必須有足夠的承載力以與建筑結(jié)構(gòu)的主體緊密的結(jié)合在一起，從而可以大大降低風(fēng)荷載對建筑的損壞程度。

2 高層呢個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題

2.1 建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性能問題

近年來世界范圍內(nèi)地震災(zāi)害的頻頻發(fā)生要求房屋建筑施工中必須加強建筑物的抗震性能方面的建設(shè)，而由于建筑物高度的增加，其抗震性能將會逐漸弱化，因而高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須將抗震設(shè)計作為設(shè)計的重點，設(shè)計過程中首先應(yīng)遵循的是“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)計目標及原則，而具體的設(shè)計中應(yīng)注意的問題有：其一，選用強度較高的建筑材料來增強高層建筑本身的抗震系數(shù)，而選擇的材料除在強度要高外還應(yīng)在重量上占有一定的優(yōu)勢，從而降低建筑物本身重量對地基承載力的影響。其二，合理設(shè)計抗震縫，抗震縫應(yīng)設(shè)置在建筑結(jié)構(gòu)最容易發(fā)生變形的敏感部位，沿著房屋基礎(chǔ)頂面全面設(shè)置，這樣將建筑分成若干個強度均勻的單元獨立變形區(qū)域，這種結(jié)構(gòu)將地震造成的整體的壓力分割成多個均勻的力，大大削弱了地震對建筑物的整體影響。其三，建立多道防線分批次削弱地震的影響，如果第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)建受到了破壞，那么便需要設(shè)計第二道及第三道防線的抗側(cè)力構(gòu)建進行接替，這樣便可以大大削弱地震對高層建筑物所造成的能量沖擊。其四，結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中設(shè)置控制裝置，建筑結(jié)構(gòu)和控制裝置共同承受地震的作用力以削弱地震的反應(yīng)，采用基礎(chǔ)隔震的方式，在建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)置一個隔震裝置系統(tǒng)，這樣就能夠把證結(jié)構(gòu)始終處于彈性工作狀態(tài)，避免建筑物出現(xiàn)坍塌。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題

建筑三心指的是建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)重心、幾何形心和剛度中心在其結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中必須保證這三心是匯聚在一點的。如果在實際的工作中沒有做到這三心匯聚到一點，那么就會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題，水平荷載的影響下建筑結(jié)構(gòu)就會發(fā)生振動扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。為了防止建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)破壞的問題在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中我們就應(yīng)選擇更加科學(xué)的平面布局和結(jié)構(gòu)形式盡可能的保證建筑物是三心匯聚于一點。在我國各類城市的城市規(guī)劃文件中其對建筑場地都是有一定限制的并且對街道景觀也是有著具體的要求的通常情況下高層建筑都是不能采用簡單的平面形式的。如果不得不采用復(fù)雜的平面形式加十字形、t形或是I形那么就必須保證凸出部分的寬度和厚度的比值是符合具體的規(guī)范要求的布置結(jié)構(gòu)的平面形式時，應(yīng)保證其是出于對稱狀態(tài)的。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)的地基問題

首先，有地下室時要全面考慮荷載，如隔墻、停車、水池、設(shè)備、局部填土、外挑部分底板復(fù)土等，也要考慮荷載偏心的不利影響。其次，按倒樓蓋法計算箱基和筏基的梁板配筋時，應(yīng)扣除直接作用在底板上的荷載和梁板自重，箱筏基礎(chǔ)的四角和四邊邊區(qū)格上，地基反力最大應(yīng)加強配筋。再次，地面上部設(shè)有中庭時，應(yīng)在基礎(chǔ)底沿軸線設(shè)十字形基礎(chǔ)梁，內(nèi)力分析時不能將不到頂?shù)闹虚g柱作為倒梁法計算的不動支點，而應(yīng)將柱底反力當(dāng)集中荷載進行計算。第四，箱基設(shè)計應(yīng)考慮洞口上下連梁的截面驗算，當(dāng)洞口位置、大小修改時，應(yīng)復(fù)核連梁的抗彎和抗剪強度。第五，在樁基設(shè)計中采用整體的箱基和筏基時，應(yīng)考慮樁土共同工作的影響；計算基礎(chǔ)底板時，應(yīng)考慮樁土共同作用時土的反力或樁沉降而引起地基反力等變化的影響。最后，厚板筏基具有施工方便的優(yōu)點，在軟土地基或群樁基礎(chǔ)中采用較多，設(shè)計時可根據(jù)地基反力和差異沉降等因素，底板厚度按每層50mm估算，再進行抗彎、抗剪和沖切驗算，局部沖切強度不夠時，可增加柱帽來提高其抗沖切強度。

2.4 建筑結(jié)構(gòu)的延性與強度

在建筑結(jié)構(gòu)不斷受力的狀態(tài)下，其就會進入到塑性變形階段，此時其是具有非常大的變形能力的，因此為防止建筑倒塌事故的出現(xiàn)，投計人員不但要保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強度，同時也要保證構(gòu)件具有良好的延性，通過電算的位移剛度可以有效的控制劍舞結(jié)構(gòu)的強度，而要想有效的控制建筑結(jié)構(gòu)的延性，則應(yīng)做好以下四個方面的工作：首先，改善構(gòu)件截面的抗震承載力。當(dāng)?shù)卣饋砼R時為了保證建筑物可以達到柔性破壞，那么就應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實時受力狀態(tài)進一步的改進和提高重力荷載和水平地震作用組合所對應(yīng)的構(gòu)件截面的抗震承載能力力.其次，控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剪壓比。為了充分的提升高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和延性高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件在水平荷載和重力荷載的共同作用下肩效的控制其剪壓比是一項重要的對策。再次，控制豎向構(gòu)件的軸壓比。對于高層建筑的豎向構(gòu)件來說加果能夠合理的控制其軸壓比那么對于保證高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和延性也是非常有力的。最后，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有合理的含鋼率。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中設(shè)計人員應(yīng)確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土的強度等級與截面尺寸，在配置各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件時必須保證各種非受力構(gòu)造鋼筋和受力鋼筋具有良好的含鋼率，從而保證高層建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度與強度，從而有效的避免各類建筑裂縫的出現(xiàn)。

總結(jié)：

有效的分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題，從而為高層建筑的順利施工與長期的使用提供質(zhì)量安全，是我國高層建筑領(lǐng)域必須深化的工作重點。文章結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點對設(shè)計中應(yīng)注意的問題進行了探究，希望能為相關(guān)企業(yè)施工提供參考。

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