對(duì)高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的幾點(diǎn)思考

王立民

（衡水金華裝飾工程有限責(zé)任公司　053000）

對(duì)高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的幾點(diǎn)思考

王立民

（衡水金華裝飾工程有限責(zé)任公司053000）

高層建筑的發(fā)展和建設(shè)在城市化進(jìn)程化的技術(shù)層面中，反映了城市土地資源的利用和經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展。本文從我國(guó)高層地下空間的功能布局分析出發(fā)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，以不同層面的高層建筑地下空間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行分析，以實(shí)現(xiàn)城市發(fā)展下的經(jīng)濟(jì)與建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的合理化的協(xié)同發(fā)展。

高層建筑；地下室結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；城市發(fā)展

引言

近些年，土地資源的利用成倍數(shù)的劇增，在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域和房地產(chǎn)建筑領(lǐng)域成為一度關(guān)注的經(jīng)濟(jì)性問題和合理化利用的反映。為此，高層建筑的發(fā)展和建設(shè)如雨后春筍般拔地而起，在城市化進(jìn)程化的技術(shù)層面突飛猛進(jìn)的建設(shè)發(fā)展，使得在發(fā)展中的我國(guó)一方面要解決土地資源的集約化，另一方要從高層建筑本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)出發(fā)，結(jié)合高層建筑的工程項(xiàng)目實(shí)際問題，從經(jīng)濟(jì)和建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)對(duì)高層建筑的地下空間集約化設(shè)計(jì)的有效利用。

1　高層地下空間的功能布局分析

地下空間的規(guī)劃和設(shè)計(jì)是按照城市和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo)、城市形象化進(jìn)程發(fā)展的布局進(jìn)行規(guī)劃。通過城市發(fā)展的自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)狀況和區(qū)域環(huán)境的利用條件來進(jìn)行綜合考慮的工程項(xiàng)目的施工。按照對(duì)地下空間的利用角度可以把高層地下空間功能布局和規(guī)模需求如下幾個(gè)方面細(xì)分：人防工程、市政工程、交通工程和倉(cāng)儲(chǔ)工程等功能規(guī)劃，以此形成城市地下空間與城市發(fā)展的資源利用為一體化的整體布局。

2　高層建筑地下空間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析

2.1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

高層建筑的結(jié)構(gòu)通常是由水平樓板鏈接所構(gòu)成的空間化結(jié)構(gòu)，以抗擊側(cè)力的框架、墻體和筒體來進(jìn)行三維空間的結(jié)構(gòu)構(gòu)建。因此，在構(gòu)建高層建筑的地下結(jié)構(gòu)考慮其幾個(gè)方面的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要素的實(shí)現(xiàn)。

（1）彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要考慮自然災(zāi)害（地震、臺(tái)風(fēng)）后的建筑結(jié)構(gòu)位移的裂縫，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要用彈性動(dòng)力分析方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)變量的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)假設(shè)。

（2）框架剪力墻設(shè)計(jì)。在高層建筑結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)要考慮其內(nèi)在的結(jié)構(gòu)與位移的外荷載力關(guān)系，用結(jié)構(gòu)間的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)等效壁式的建筑結(jié)構(gòu)框架。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要考慮其剪力墻的受力特性，在類型上以開口墻的截面分布設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算內(nèi)力的位移關(guān)系，目前針對(duì)低耗能和自由度方面均采用特殊開洞墻和框支剪力墻等受力的分布方法。

（3）計(jì)算機(jī)輔助假設(shè)設(shè)計(jì)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析手段，協(xié)同考慮抗側(cè)力構(gòu)件的位移方向和變形的虛擬假設(shè)和構(gòu)件的組成結(jié)構(gòu)假設(shè)，從縱向因素上界定抗力結(jié)構(gòu)的構(gòu)件位移自由度，從橫向因素上界定高層樓板的扭矩和水平力的計(jì)算。以自由度和各個(gè)抗擊外力作用下的方程，實(shí)現(xiàn)矩陣位移的求解。

2.2高層建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)分析

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足遇震作用下的彈性變形能力，因此，在對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要對(duì)建筑的地震作用下的性能或變形進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈性設(shè)計(jì)。用我國(guó)現(xiàn)階段的抗震規(guī)范GB50011-2001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算地震作用下的高層建筑的構(gòu)件內(nèi)力和位移。并對(duì)個(gè)別特殊建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的模型分析，實(shí)現(xiàn)剪力、各個(gè)樓層的位移、側(cè)移和轉(zhuǎn)角、層間位移下的安全性以及危險(xiǎn)性的數(shù)據(jù)分析。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要注意高層建筑的高度適用比例。以我國(guó)JGJ3-2002規(guī)定為綜合參照。在材料上以選用剛度小的鋼結(jié)構(gòu)框架的比例，減小和縮短位移，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)及承受抗震的剪力作用。鋼材選用上以鋼骨混凝土、鋼管混凝土和純鋼結(jié)構(gòu)來抵抗地震的危害。

2.3高層建筑地下結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞設(shè)計(jì)分析

高層建筑的風(fēng)荷載力士控制建筑結(jié)構(gòu)安全性和使用性的設(shè)計(jì)。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上主要采用的風(fēng)工程方法有：大氣邊界層的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和風(fēng)洞指標(biāo)數(shù)值的模擬測(cè)試。以管道的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)封閉式的控制氣流，以運(yùn)動(dòng)相對(duì)實(shí)驗(yàn)和相似性數(shù)據(jù)氣動(dòng)試驗(yàn)的模擬。因此在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮其空間的整體受力彎矩和扭矩的設(shè)計(jì)，在柱體和墻體的軸力關(guān)系下的承載面積的計(jì)算。同時(shí)還要考慮其高層建筑的水平力的可控彈性彎矩的控制分布設(shè)計(jì)。以及高層建筑的不同樓層墻體和柱體的軸向變形內(nèi)力影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上一最大的風(fēng)致動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行順風(fēng)脈動(dòng)風(fēng)荷載力的動(dòng)力放大作用，進(jìn)行橫風(fēng)風(fēng)向震效為核心框架的核心筒設(shè)計(jì)。

3　結(jié)論

我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)在發(fā)展中要解決土地資源的集約化，要從高層建筑本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，在以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)出發(fā)，結(jié)合高層建筑的工程項(xiàng)目實(shí)際問題，從經(jīng)濟(jì)和建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)對(duì)高層建筑的地下空間集約化設(shè)計(jì)的有效利用。以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法：彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、框架剪力墻設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助假設(shè)設(shè)計(jì)；以結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)分析高層建筑的內(nèi)力與位移關(guān)系。從而實(shí)現(xiàn)高層地下空間利用下安全性以及危險(xiǎn)性動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，為城市化土地資源的集約化利用構(gòu)建合理化的協(xié)同發(fā)展。

[1]薛華培，張偉，等.論中等城市地下空間開發(fā)利用的途徑與措施[J].南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（3）：55～60.

[2]夏正偉.城市活力空間的延續(xù)與拓展——城市地下空間開發(fā)利用的新思考[J.]常州工學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（3）：21～25.

[3]楊木壯，張建峰，鄭先昌.城市地下空間開發(fā)利用的潛在不利影響及其對(duì)策[J].現(xiàn)代城市研究，2008（8）：24～28.

[4]祁紅衛(wèi)，陳立道.城市居住區(qū)地下空間開發(fā)利用探討[J].地下空間，2000，20（2）：137～140.

[5]彭穎，夏才初，王文杰.地下空間在我國(guó)城市立體開發(fā)中的發(fā)展[J].地下空間，2003，23（2）：216～219.

TU318

A

1673-0038（2015）27-0048-02

2015-6-10