高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點及應注意的問題分析

張志宏

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摘要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對居住品質(zhì)的要求逐漸提高，尤其是對工程整體的質(zhì)量性與安全性也更加重視，這就要求建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計水平也不斷優(yōu)化和發(fā)展?；诖?，文章對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點及應注意的問題展開簡要的探討。

關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計

引言

由于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不當引發(fā)的安全事故時有發(fā)生，為國家經(jīng)濟發(fā)展帶來嚴重影響，也造成了建筑材料的嚴重浪費，為我國人身安全帶來嚴重損失。所以建筑設(shè)計師在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的過程中，必須要充分考慮各項影響建筑物安全性的因素，借助新的技術(shù)提高建筑物的設(shè)計水平，滿足建筑結(jié)構(gòu)的安全性要求。

1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

第一，要保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案科學合理性。在建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計過程中，設(shè)計人員在掌握施工地質(zhì)情況以及實際施工需求的基礎(chǔ)上進行方案制定，具體的設(shè)計方案必須連帶著一份地質(zhì)調(diào)查報告，相關(guān)人員還必須進行有效的地基變形演算。另外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計部門還必須加強對建筑物整體情況的研究，只有這樣才能從根本上保證設(shè)計質(zhì)量。第二，在進行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計之后，還要有效落實簡圖設(shè)計工作，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，必須深入研究相關(guān)數(shù)據(jù)，要在進行簡圖計算之后加強計算分析，從根本上提升結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定性，還要加強對結(jié)構(gòu)節(jié)點情況的分析，從根本上保證簡圖計算結(jié)果準確性。第三，還要嚴格遵循結(jié)構(gòu)對策完善原則，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，不僅要考慮到結(jié)構(gòu)組成成分的延展性，還要加強對薄弱環(huán)節(jié)的觀察監(jiān)測，嚴格控制建筑物實際溫度變化情況。

2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1科學選用結(jié)構(gòu)體系

高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)選擇中一般可以選擇框架結(jié)構(gòu)、剪力墻、框架-剪力墻以及筒體結(jié)構(gòu)。必須嚴格限制高層建筑中的結(jié)構(gòu)設(shè)計，科學選用結(jié)構(gòu)體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的缺陷就在于其變形較大，抵抗側(cè)向位移的剛度較小，導致應用框架結(jié)構(gòu)體系的高層建筑往往高度有限制。剪力墻結(jié)構(gòu)是指應用高層建筑的墻體來作為豎向承重的結(jié)構(gòu)體系，并且還可抵抗水平力作用。剪力墻體系廣泛應用在各種10-30層左右的高層建筑中，剪力墻的延性系數(shù)一般在3-5之間?？蚣茉诔惺芩搅Φ淖饔脮r通常為剪切變形，而剪力墻則呈現(xiàn)彎曲變形，框架-剪力墻體系就是將框架和剪力墻用樓板進行連接，二者變形結(jié)合為彎剪型變形?？蚣?剪力墻的結(jié)構(gòu)廣泛應用于20-40層的高層建筑，特別是塔式建筑。筒體結(jié)構(gòu)多應用在30-40層的較高層建筑上，筒體結(jié)構(gòu)體系的強度和剛度比剪力墻或框架-剪力墻結(jié)構(gòu)都要好。

2.2減少位移，適當提高整體剛度

高層建筑控制位移是設(shè)計中很重要的一環(huán)，直接關(guān)系到高層建筑本身的安全可靠以及居住的舒適性。為了控制位移，首先要考慮選擇較為合理的結(jié)構(gòu)體系，其次還應從立面的變化以及平面的體型等多方面來減少高層建筑的側(cè)向位移。為了提高整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度，在布置結(jié)構(gòu)之時應同時考慮結(jié)構(gòu)整體性的加強。為了減小由于基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)動或平移而導致的結(jié)構(gòu)側(cè)移，可以采取加強相關(guān)構(gòu)建連接、加強基礎(chǔ)的整體性或是加強樓蓋的整體性及其剛度等等方法。還要考慮適當?shù)募訌娊Y(jié)構(gòu)中較為薄弱的環(huán)節(jié)或是應力呈現(xiàn)復雜狀態(tài)的部位。為了抵抗傾覆力矩，還應增加整體結(jié)構(gòu)體系的有效寬度。

2.3做好抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

首先應使設(shè)計的各個結(jié)構(gòu)單元的平面形狀盡量達到規(guī)則而且簡單，使結(jié)構(gòu)的各部分的剛度均勻且較為對稱。如果是不對稱且不均勻的復雜結(jié)構(gòu)通常會增加地震應力的復雜性，使之難以處理或者計算數(shù)值，還可能出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)或是應力集中的現(xiàn)象，使抗震設(shè)計更加復雜。在設(shè)計高層建筑中，應盡量注意剛度中心的位置，使得地震力作用中心和剛度中心盡量一致，注意偏心距e（剛度中心與地震力作用中心的距離）應在建筑物邊長垂直外力作用線5%以內(nèi)。應力集中現(xiàn)象多出現(xiàn)在高層建筑的拐角處，故電梯間等應盡量避開高層建筑的拐角來設(shè)置。立面的體型應減少凹陷或是突出的狀況，這種狀況通常將使剛度在垂直方向上出現(xiàn)突變的情況。經(jīng)過對震害的分析，可以總結(jié)出高層建筑的剛度不均勻、平面布置不對稱、屋頂局部的突出、高低錯層連接或是沿垂直高度剛度發(fā)生突變等等情況，都會在地震時產(chǎn)生破壞性較強的震害。還應限制高層建筑的平面長度，保持長寬比L/B在一定的限度內(nèi)，滿足抗震設(shè)計相關(guān)要求。結(jié)構(gòu)采取豎向布置時可以減少地震發(fā)生時產(chǎn)生的破壞，但應考慮剛度需對稱而且均勻。應盡量避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不連續(xù)或是剛度突變的情況，避免上部剛度較小，從而導致“鞭擊”情況的出現(xiàn)。

2.4重視細部優(yōu)化設(shè)計

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅要注重整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的協(xié)調(diào)，也應在結(jié)構(gòu)細節(jié)部分的設(shè)計中加強重視。例如，為減少必須鋼筋的使用量，可以用冷軋鋼替代普通鋼筋使用，這樣的基礎(chǔ)設(shè)計，既能增加高層建筑對地震剪力的抵抗能力，又能降低成本，增大經(jīng)濟效益。又如，在現(xiàn)澆板的設(shè)計方案中，將異形板劃分為方形板，從而不免建筑物受力不均，減少完工后現(xiàn)澆板在使用過程中斷裂的可能性。同時提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對抗震性能的重視。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計高層建筑設(shè)計中的安全性、實用性決定了設(shè)計人員必須具備扎實的專業(yè)知識，其經(jīng)濟性、美觀性又對設(shè)計人員在思維創(chuàng)新方面提出了要求。

2.5確定科學的計算方法

在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，會用到許多的計算公式、計算程序，如果對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，就會用到更多的數(shù)據(jù)計算，其中涉及到大量數(shù)據(jù)以及計算方法。在數(shù)據(jù)計算過程中，設(shè)計人員要時刻注意，不能帶有約束條件，如果有的話也要轉(zhuǎn)化成沒有的，如此更能提高數(shù)據(jù)的準確性。在數(shù)據(jù)計算過程中會應用到大量的計算方法，它們之間都有各自的優(yōu)缺點，設(shè)計人員要結(jié)合工程的實際情況進行合理選擇，優(yōu)選既實用又簡便的方法，有助于推進工程進度節(jié)約資金。

3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應注意的問題分析

3.1提升設(shè)計師的安全意識

建筑設(shè)計師在進行建筑設(shè)計的過程中充分地考慮到建筑結(jié)構(gòu)的安全性，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中需要在甲方要求與建筑的安全性之間進行平衡、自覺監(jiān)督建筑結(jié)構(gòu)的施工等，從而最大限度地保障建筑的結(jié)構(gòu)安全。因此，我們一定要促進建筑設(shè)計師安全意識的提升。在實際操作方面，可以通過強化建筑設(shè)計師在整個建筑中的安全責任來保障。

3.2保證設(shè)計方案的合理性

判定高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計方案合理性的依據(jù)是，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案與建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及施工各項要求方式是否相符合。一方面，高層建筑結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計要滿足高層建筑結(jié)構(gòu)的要求，滿足結(jié)構(gòu)體系傳力簡單、受力明確的要求，相同結(jié)構(gòu)單元的高層建筑體，應具備相同的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；另一方面，此方案還必須能夠保證其在具體施工中的經(jīng)濟性要求。

3.3提高建筑居住舒適度

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的基本出發(fā)點和根本目的為滿足人們的舒適度需求。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中還應考慮到舒適的居住性能，滿足人們對室內(nèi)空間、采光通風等各種需求，盡量配合其他專業(yè)，盡可能的避免在住戶的居住空間中出現(xiàn)梁柱的壓抑或是在分隔墻的材料中選用隔聲性能較差的材料。在選用剪力墻結(jié)構(gòu)時，應盡量選用大開間的布置。方便暖通的相關(guān)設(shè)備的布置以及其他電氣設(shè)施的設(shè)置。

結(jié)語

綜上所述，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計對結(jié)構(gòu)整體的剛度要求較普通建筑要高，由于層高所帶來的多種因素都要綜合考慮，是一個復雜且困難的問題，解決方案較多，通常應選擇經(jīng)濟且最為安全可靠的結(jié)構(gòu)體系來抵抗相關(guān)的水平力作用引起的各種變形。在設(shè)計高層建筑時要注意認真按照設(shè)計原則和規(guī)范，才能建造出優(yōu)質(zhì)的高層建筑。

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