高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析

劉立穎 鄭艷華

【摘 要】隨著高層建筑的興起和持續(xù)發(fā)展，在高層建筑基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，隨著城市化程度不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑越來越多。目前，超高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)在很多方面還不夠完善，可謂是理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐。而針對(duì)超高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作的需要來看，對(duì)一些問題還需要深入的研究。因?yàn)槌鞘谢慕ㄔO(shè)對(duì)于高層建筑的需求的提高，造成高層建筑數(shù)量激增。高層房屋建筑在設(shè)計(jì)當(dāng)中要考慮建筑的安全性與經(jīng)濟(jì)性因素，筆者通過對(duì)高層建筑的建筑設(shè)計(jì)中存在的常見問題進(jìn)行分析研究，提出對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)問題應(yīng)對(duì)的參考性措施。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；混凝土

1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震概念設(shè)計(jì)的重要性

高層建筑設(shè)計(jì)尤其是在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)非常重視概念設(shè)計(jì)，這是因?yàn)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，發(fā)生地震時(shí)的不確定性，人們對(duì)地震時(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)認(rèn)識(shí)的局限性與模糊性，高層結(jié)構(gòu)計(jì)算尤其是抗震分析計(jì)算的精確性，材料性能與施工安裝時(shí)的變異性以及其他不可預(yù)測(cè)的因素，致使設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果（尤其是經(jīng)過實(shí)用簡(jiǎn)化后的計(jì)算結(jié)果）可能和實(shí)際相差較大，甚至有些作用效應(yīng)至今尚無法定量計(jì)算出來。因此在設(shè)計(jì)中，雖然分析計(jì)算是必須的，也是設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，但往往不能滿足結(jié)構(gòu)安全性、可靠性的要求，不能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1現(xiàn)澆混凝土樓板的干縮開裂和支座負(fù)鋼筋踩踏的問題

（1）樓板開裂的問題?；炷翗前暹M(jìn)行澆筑之后，會(huì)在凝固后樓現(xiàn)開裂的現(xiàn)象，尤其是對(duì)于一些溫差較大的季節(jié)和一些混凝土標(biāo)號(hào)高的建筑物比較明顯，這種情況多多發(fā)生在住宅樓建設(shè)的過程中。產(chǎn)生裂縫的原因大多都是由于混凝土配比造成的，裂縫的出現(xiàn)降低了建筑結(jié)構(gòu)的剛度，增大了樓板的撓度，使得整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性都出現(xiàn)了明顯的降低。出現(xiàn)這種情況的原因就是由于現(xiàn)在建筑物的施工過程中大多的使用的是商品混凝土，混凝土是由預(yù)制拌廠直接進(jìn)行負(fù)責(zé)的，泵送混凝土的要求就是混凝土的和易性要相對(duì)于較好，流動(dòng)性要求高，混凝土為了達(dá)到這種效果就必須要加大混凝土的配合比，使得增大混凝土的水灰比例，從而影混凝土的質(zhì)量。還有一些是由于商混廠家錯(cuò)誤的添加外加劑造成的。

（2）支座負(fù)鋼筋踩踏的問題。在對(duì)樓板的鋼筋進(jìn)行綁扎之后，隱的工程在進(jìn)行驗(yàn)收之后才能進(jìn)行混凝土的振搗工作，但是在實(shí)際施工的過程中，由于對(duì)于已架好的支座負(fù)鋼筋沒有保護(hù)，使得施工人員隨意踩踏鋼筋，造成鋼筋倒伏。鋼筋的倒伏會(huì)造成支座負(fù)彎矩沒有足夠的鋼筋來支撐，引起支座板面出現(xiàn)裂縫，加大了撓度，降低了剛度，一般的受力狀態(tài)逐漸趨向間支，造成板配筋偏于不安全。

2.2沒有處理好高層建筑結(jié)構(gòu)的均衡關(guān)系高層建筑結(jié)構(gòu)在布局時(shí)還應(yīng)把握高層建筑的整體尺度、城市和街道尺度、細(xì)部尺度。一個(gè)造型完美的高層建筑必須很好地均衡主體、裙房和頂部的比例關(guān)系。高層建筑是城市形態(tài)的關(guān)鍵因素和重要景點(diǎn)，因此要規(guī)劃好城市的結(jié)構(gòu)中高層建筑的位置，以及高層建筑與城市街道的關(guān)系，保證高層建筑不能對(duì)街道行人和正?；顒?dòng)造成影響，也不能造成視覺上的影響。目前高層建筑在這一方面還具有一定的薄弱性，沒有處理好高層建筑結(jié)構(gòu)的均衡關(guān)系。

2.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)其受力情況和水平荷載的考慮不夠完善在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其高度不同，那么其受力情況也就不同，其水平荷載跟豎向荷載共同作用，是對(duì)高層建筑整體設(shè)計(jì)效果進(jìn)行控制的主要因素。但是隨著建筑高度的不斷增加，施工誤差造成的側(cè)向位移增加的速度也越來越快，底部彎矩也隨之加大，其側(cè)向變形過度會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)在橫向荷載下，附加應(yīng)力明顯增加，從而引起了填充墻的出現(xiàn)；導(dǎo)致電梯軌道以及裝修等服務(wù)設(shè)施，出現(xiàn)變形或者裂縫問題，嚴(yán)重危及了高層建筑結(jié)構(gòu)的正常使用和耐久性。

3.提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施

3.1滿足建筑抗震要求

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保其結(jié)構(gòu)各部分的剛度是對(duì)稱的、是均勻的，各結(jié)構(gòu)單元的平面形狀也需要盡量保持簡(jiǎn)單和規(guī)則。其結(jié)構(gòu)如果比較復(fù)雜，并且不規(guī)則、不對(duì)稱，那么對(duì)其復(fù)雜的地震應(yīng)力就非常難以進(jìn)行計(jì)算和處理，比如說應(yīng)力集中和扭轉(zhuǎn)等，這些對(duì)于建筑抗震設(shè)計(jì)非常不利。所以說，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，就需要盡量使地震力作用中心和建筑剛度中心進(jìn)行重合，一般其偏心距e不宜超過垂直于外力作用線建筑物邊長(zhǎng)的5%。同時(shí)還可以采用比較利于抗震的豎向布置，但是豎向布置中需要對(duì)剛度的均勻性以及連續(xù)性進(jìn)行確保。

3.2建筑結(jié)構(gòu)中規(guī)范性問題

近年來，國(guó)家對(duì)于建筑施工與居住的安全性問題越來越重視。也相應(yīng)地對(duì)于高層建筑的施工與設(shè)計(jì)也作出了更多的要求與規(guī)范。其一是加強(qiáng)對(duì)高層建筑施工工程中安全隱患的排查與防控工作。其二是頒布了最新的建筑施工規(guī)范，明確指出高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須采用符合規(guī)范的結(jié)構(gòu)建筑方案，在實(shí)際的高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，務(wù)必遵照新規(guī)范的要求進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而避免施工與居住安全隱患的發(fā)生。

3.3短肢剪力墻設(shè)置問題

在對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置的過程中，一般情況下必須要具備以下幾點(diǎn)：控制短肢墻的位置與數(shù)量，符合抗側(cè)力的要求和豎向荷載的要求。盡量的將短肢墻分布好，并且不會(huì)存在較大差異的軸心應(yīng)力。當(dāng)建筑的結(jié)構(gòu)為剪力墻或框剪結(jié)構(gòu)時(shí)，剪力墻主要承受地震水平力，它也是承受豎向荷載的重要構(gòu)件，所以在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)要沿著剪力墻全墻布樁，樁的中心線要和剪力墻的中心線重合，布置雙排樁時(shí)，樁的承臺(tái)要具有足夠的剛度，并應(yīng)作承臺(tái)的抗彎和沖剪驗(yàn)算。短肢墻和兩方向的梁在進(jìn)行連接的過程中，盡量將墻肢平面內(nèi)布置連梁，控制連梁的寬度和墻肢的厚度相同。在對(duì)墻肢的厚度進(jìn)行控制的過程中，不適合太厚，間隔墻的表面應(yīng)該盡量減少凸出，全面保證穩(wěn)定的進(jìn)行施工，通常選擇300mm、250長(zhǎng)度不可太短，厚度要適當(dāng)增加，以保證其穩(wěn)定性。

3.4確定整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性以及合理。

結(jié)構(gòu)剛度和重力荷載之間的比例成為剛重比。其影響了建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)也是影響了重力二階級(jí)效應(yīng)的重要參數(shù)。一般情況下都會(huì)使用增大剛重比的方法來對(duì)重力的二階效應(yīng)進(jìn)行考慮。結(jié)構(gòu)的剛重比增大則二階效應(yīng)就會(huì)減小，二階效應(yīng)要控制在20%以內(nèi)，如果剛度布置不能達(dá)到要求，則可能引起結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)導(dǎo)致坍塌。剪重比是抗震設(shè)計(jì)中非常重要的參數(shù)。其反映的是地震過程中速度對(duì)建筑物的影響，建筑物越高剛度越小其計(jì)算出來的水平地震作用下的剪重比較小。對(duì)于長(zhǎng)周期的結(jié)構(gòu)，地震動(dòng)態(tài)作用下的地面加速和位移會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用，如果剪重比<0.02，結(jié)構(gòu)的剛度可以滿足水平位移限制的要求，但卻不能達(dá)到結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的條件，設(shè)計(jì)人員要在設(shè)計(jì)過程中綜合地考慮剛重比和剪重比的合取值。

4.結(jié)束語

建筑工程在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中是一個(gè)相對(duì)于較為復(fù)雜的過程中，需要深厚的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，再加上設(shè)計(jì)人員嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，必須要綜合考慮居住人員對(duì)建筑的要求，還必須要滿足建筑的質(zhì)量、穩(wěn)定性和安全性等多個(gè)方面的需求和要求。這就需要設(shè)計(jì)人員除了必須要具備一定的專業(yè)的素質(zhì)和技能之外，還必須要有一定的建筑設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，除此之外，還必須要對(duì)整個(gè)建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的配置，同時(shí)熟練的掌握整個(gè)建筑工程的設(shè)計(jì)，這樣才能夠避免在設(shè)計(jì)的過程中出現(xiàn)的問題，全面保證建筑工程設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫凱.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對(duì)策探討[U].價(jià)值工程.2011，25：88-89

[2]楊軍科，王小軍.有關(guān)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及對(duì)策的探討[J].山西建筑.2014，02：43-44.

[3]嚴(yán)慶平.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及對(duì)策探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，18：221

[4]郭雪.有關(guān)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的若干問題探討[J].門窗，2013，08：202+206.

[5]呂波，沈惠梅.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及對(duì)策研究[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013，17：45.