淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設計

王凱 董云攀

【摘 要】高層建筑的結(jié)構(gòu)設計工作是一項涉及諸多因素和問題的綜合性技術(shù)工作，高層建筑對結(jié)構(gòu)設計的要求非常高，建筑設計師一定要在準確分析計算的前提下，根據(jù)結(jié)構(gòu)設計的原則性要求，結(jié)合實際的工程條件和地質(zhì)條件，設計和采用合理的結(jié)構(gòu)設計方案。本文所論述的高層建筑的結(jié)構(gòu)設計的類型及特點和一般原則，以及常見問題的探討分析，可以為高層建筑結(jié)構(gòu)設計的具體工作提供參考的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設計；特點；原則；問題分析

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設計類型和特點分析

高層建筑的結(jié)構(gòu)設計最開始出現(xiàn)的是比較簡單的框架結(jié)構(gòu)，隨后又出現(xiàn)了鋼筋混凝土構(gòu)造的剪力墻結(jié)構(gòu)，由框架部分與剪力墻部分共同作用的框剪結(jié)構(gòu)，由筒體體系構(gòu)成的筒體結(jié)構(gòu)以及不同結(jié)構(gòu)相結(jié)合而形成的組合結(jié)構(gòu)和一些巨型結(jié)構(gòu)（巨型梁結(jié)構(gòu)、巨型柱結(jié)構(gòu)等等）。

這些結(jié)構(gòu)各有受力特點，適用于高度不同的結(jié)構(gòu)體系，不同建筑結(jié)構(gòu)的選擇也影響著后續(xù)的建筑結(jié)構(gòu)設計。高層建筑的結(jié)構(gòu)形式與工程施工、工程造價、建筑設備安裝等諸多因素密切相關(guān)，所以結(jié)構(gòu)設計時應該注意設計特點和設計要點。第一，高層建筑相對低層建筑整體上會導致受力增加，相對于豎直荷載，水平荷載地位提高，成為決定性因素，必須考慮基于水平荷載的建筑荷載能力，水平荷載主要包括地震和風荷載，高層建筑應該有更加優(yōu)秀的抗震能力。第二，高層建筑的側(cè)移是結(jié)構(gòu)設計的重要因素，也是重要的控制指標。第三，高層建筑的柱中容易產(chǎn)生豎向變形，這會造成連續(xù)梁的長度變化和預制構(gòu)件的下料長度變化，忽略軸向變形是潛在的危險因素。第四，高層建筑結(jié)構(gòu)設計應注意有較大的結(jié)構(gòu)延性，作為一種預防措施保證整體結(jié)構(gòu)在高荷載作用產(chǎn)生巨大變形下不至于倒塌。

2、高層建筑設計的一般原則

2.1關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)計算簡圖的選取原則

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設計和受力分析過程當中，要進行相關(guān)的計算，而計算簡圖是進行結(jié)構(gòu)設計計算的基礎，所以計算簡圖的選取恰當與否關(guān)系著高層建筑的結(jié)構(gòu)設計是否合理，也關(guān)系著高層建筑的使用是否安全可靠。在進行高層建筑結(jié)構(gòu)計算簡圖的選取時，要特別的仔細認真，這樣才能保證結(jié)構(gòu)設計計算結(jié)果的可靠，保證高層建筑的安全建設和使用。同時，計算簡圖要有一定的構(gòu)造措施和構(gòu)造方法來保證安全，尤其是建筑節(jié)點在圖紙上和實際中略有差別，必須保證計算簡圖的誤差在允許的設計誤差范圍內(nèi)。此外，設計工程師要仔細的分析軟件計算的結(jié)果，避免因為不同計算軟件的計算結(jié)果而造成比較大的計算偏差和失誤。

2.2關(guān)于基礎設計和建筑結(jié)構(gòu)設計的方案選取原則

高層建筑的基礎比較深，基礎設計要考慮多種因素。高層建筑的基礎設計必須參考詳細的地質(zhì)勘探報告，然后結(jié)合地區(qū)的地質(zhì)條件進行基礎的合理設計。同時，采用哪種高層建筑的結(jié)構(gòu)類型也影響著基礎的設計工作，不同的建筑類型的荷載不同，高層建筑的基礎設計必須與結(jié)構(gòu)類型和荷載分布相一致。綜合考慮各種因素來確定基礎的設計工作的目的是使地基的穩(wěn)定性能和承載能力發(fā)揮到最大。

建筑結(jié)構(gòu)的設計方案一般要滿足兩方面的要求，一是受力特性和建筑的力學性質(zhì)的合理性，對于整個高層建筑的結(jié)構(gòu)體系的受力和荷載要明確，力的分析與計算必須簡單。二是要滿足經(jīng)濟成本合理性的基本要求，建筑結(jié)構(gòu)的設計方案直接決定了后續(xù)的施工方案的選取工作和施工設計，這個過程必須考慮整體建筑施工成本合理的要求。另外，高層建筑的結(jié)構(gòu)設計方案也必須考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)條件、地理地形條件、工程施工的要求、施工方案和建筑設備安裝等具體的因素，在各種因素相互協(xié)調(diào)的情況下，確定結(jié)構(gòu)設計的最優(yōu)方案。

2.3關(guān)于計算結(jié)果正確性分析的原則

隨著計算機技術(shù)的不斷進步，計算機應用軟件不斷地加入到高層建筑結(jié)構(gòu)設計的分析計算當中，但是與建筑結(jié)構(gòu)設計有關(guān)的軟件的品種數(shù)量眾多，不同的軟件品種的計算方法、流程和編程實現(xiàn)方法不一定相同，導致了有關(guān)結(jié)構(gòu)設計的計算結(jié)果存在著許多差異。設計工程師要正確認識和分析這些計算結(jié)果的差異，充分了解所采用的計算軟件的計算范圍和計算條件，要在仔細審核的基礎上進行仔細的判斷，排除人工數(shù)據(jù)輸入的錯誤，才能夠得出所需要的正確結(jié)果。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)設計相關(guān)問題分析

3.1高層建筑的基礎設計相關(guān)問題

高層建筑的地基設計既是高層建筑結(jié)構(gòu)設計的前提性工作，也是建筑設計師非常重視的一個問題。地基設計的重要性不言而喻，地基設計的質(zhì)量直接影響著基礎的類型選擇和工程的造價?；A的設計工作包含了基礎的類型設計和對地基的處理工作。地基類型的選擇要考慮到上部結(jié)構(gòu)的荷載、地基的承受荷載的能力以及工程的整體造價等因素，其中比較重要的是上部建筑荷載的準確計算和結(jié)構(gòu)選型。另外在地基的設計和相關(guān)計算中一定要遵守國家規(guī)范和地方性規(guī)范，因為就全國來說，各地的地質(zhì)條件差別很大，國家規(guī)范沒有辦法作出統(tǒng)一全面的規(guī)定，所以在地基的設計工作中要注意遵守地方性的設計規(guī)范的問題。

3.2高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的剪力墻設置問題

高層建筑中的剪力墻的數(shù)量要求和位置的設置問題也是高層建筑結(jié)構(gòu)設計的重要因素之一。第一，在現(xiàn)行的建筑規(guī)范中，具體描述了短肢剪力墻的定義問題，短肢剪力墻是指截面的高度和厚度的比在5-8的墻體，在具體的建筑應用中，短肢剪力墻的使用受到諸多限制，結(jié)構(gòu)設計中應盡量少使用這種墻體結(jié)構(gòu)，避免后續(xù)的設計上的諸多問題。第二，剪力墻的位置設置除了在建筑的兩端以外，在建筑的縱向中軸線還應該增加剪力墻結(jié)構(gòu)，并調(diào)整剪力墻中心的位置，合理設置厚度以及截面，使建筑的結(jié)果位移保持在合理的范圍之內(nèi)。

3.3高層建筑中的結(jié)構(gòu)規(guī)則性問題

關(guān)于高層建筑的結(jié)構(gòu)設計的新舊質(zhì)量規(guī)范在諸多問題的內(nèi)容描述上都存在著一定的變化和改動，這主要體現(xiàn)在兩個方面，第一，新的建筑規(guī)范中針對舊的建筑規(guī)范的高層建筑結(jié)構(gòu)設計的規(guī)則性問題，增加了許多的限制條件，比如建筑結(jié)構(gòu)設計中的平面規(guī)則性問題和結(jié)構(gòu)嵌固端的剛度比問題。第二，新的建筑規(guī)范中采用強制性的條文規(guī)定了嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設計方案是不能采用的。所以，結(jié)構(gòu)設計師要注意到新舊規(guī)范的的內(nèi)容改動，嚴格遵守規(guī)定的限制條件，合理的規(guī)劃自己的結(jié)構(gòu)設計，避免為后續(xù)的施工設計和施工圖的設計工作帶來不必要的麻煩。

4、結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，城市中建筑物的數(shù)量不斷增加，城市用地趨于緊張，高層建筑不斷出現(xiàn)。相對于常見的低層建筑，高層建筑的體型更加龐大，基礎較深，結(jié)構(gòu)設計復雜性增加，是高層建筑的規(guī)劃建設的難點所在。高層建筑的出現(xiàn)，一方面是為了緩解城市的用地緊張的情況，提高土地的綜合利用率，使城市規(guī)劃逐漸合理化和科學化；另一方面原因是高層建筑本身具有美學方面的重要意義，是一個城市現(xiàn)代發(fā)展的名片，可以作為城市重要的地標建筑。高層建筑作為一個復雜而又龐大的綜合系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)設計是否合理影響著高層建筑的安全和性能，所以高層建筑的結(jié)構(gòu)設計有三個方面的基本要求：不但要滿足抗震、抗風的安全性要求，而且要滿足結(jié)構(gòu)合理、構(gòu)造科學的專業(yè)性要求，還要滿足建設成本合理的經(jīng)濟性要求。

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