高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及某工程結(jié)構(gòu)選型研究

沙建華

摘要：隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高，建筑行業(yè)得到了飛速發(fā)展，建筑質(zhì)量得到了顯著提高。隨著建筑項目的增多以及土地面積的不斷減少，城市中的高層建筑占據(jù)了城市建筑的主導(dǎo)位置，為了使高層建筑物的安全性和穩(wěn)定性得以保證，就要做好其結(jié)構(gòu)設(shè)計和選型。文章對高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和工程結(jié)構(gòu)選型進行了分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；結(jié)構(gòu)選型；建筑行業(yè)；建筑質(zhì)量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU208 文章編號：1009-2374（2015）30-0011-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.006

隨著我國各項經(jīng)濟建設(shè)速度的增快，促進了房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，建筑行業(yè)無疑成為了我國經(jīng)濟增長的支柱，而城市中的高層建筑物非常多，并與生產(chǎn)建設(shè)以及人們生活密切相關(guān)，為此要想確保高層建筑物的穩(wěn)定性就要做好其結(jié)構(gòu)的設(shè)計和選型。本文從高層建筑物的結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，探討了做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和選型的方法，希望能夠為相關(guān)部門提供一些借鑒。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點

1.1 抗震性能好

高層建筑是城市發(fā)展的產(chǎn)物，在城市化進程的推動下，高層建筑的重要性逐漸凸顯，并且其建設(shè)質(zhì)量決定著一個城市的發(fā)展程度。其主要特點為：一般高度的建筑物結(jié)構(gòu)都會承受來自外界的垂直負荷以及水平負荷，其抗震性能標準是非常高的。因為一旦發(fā)生地震，如果建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能無法達到標準，結(jié)構(gòu)物的平面布置不當，就會造成剛度中心和質(zhì)量中心有較大的不重合，結(jié)構(gòu)會沿著豎向剛度有很大的變化，則容易造成結(jié)構(gòu)破壞，進而因為結(jié)構(gòu)過大的扭轉(zhuǎn)或反應(yīng)，變形集中，建筑薄弱底層房屋將倒塌。尤其是高層建筑，其抗震性能更是設(shè)計人員應(yīng)該著重考慮的問題。現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)基本采用鋼結(jié)構(gòu)，而鋼結(jié)構(gòu)在實踐中的應(yīng)用得到一致的好評。鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、結(jié)構(gòu)的抗震能力好、強度和剛度都很高的優(yōu)點，能滿足現(xiàn)代高層建筑施工的基本要求。

1.2 穩(wěn)定性能好

此外，來自外界的建筑結(jié)構(gòu)水平負荷對低層建筑物產(chǎn)生的影響較小，而高層建筑物因為高度的限制受到水平負荷和地震影響較大，并且隨著建筑物的增高，其產(chǎn)生的位移會大大增加，如果位移幅度較大將對居民的生活產(chǎn)生較大的影響，會增加人的不舒適感。為此，其結(jié)構(gòu)位移是高層建筑結(jié)構(gòu)的一大特點，要想確保其穩(wěn)定性，就要將結(jié)構(gòu)位移控制好，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計是非常重要的。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能是影響建筑施工安全的重要因素，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是確保后期工程項目能正常投入使用的重要前提和基礎(chǔ)。建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要包括部分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計中，要考慮的因素很多，是一項十分復(fù)雜且注重細節(jié)的工作，所以設(shè)計人員應(yīng)該不斷積累自身實踐經(jīng)驗，從細節(jié)出發(fā)，確保結(jié)構(gòu)整體格局的穩(wěn)定性，保證結(jié)構(gòu)體系的完整性。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

2.1 應(yīng)用分析方法了解各類結(jié)構(gòu)體系

2.1.1 框架式的剪力墻結(jié)構(gòu)。高層建筑結(jié)構(gòu)種類是非常多的，其中框架式的剪力墻結(jié)構(gòu)就是較為普遍的一種建筑結(jié)構(gòu)，其內(nèi)在的位移結(jié)構(gòu)設(shè)計方法非常多，并衍生出了很多的計算方法，應(yīng)用最為普遍的是連續(xù)假定方法。在對位移的協(xié)調(diào)性進行計算時，要明確剪力墻框架的水平位移與轉(zhuǎn)角狀況，從而對其進行正確的計算，其求解的方法是構(gòu)建結(jié)構(gòu)位移和結(jié)構(gòu)負載之間的關(guān)系方程式。但是在對其進行構(gòu)建過程中，其影響因素和內(nèi)在的需求等變量是有所差別的。

2.1.2 剪力墻的體系。剪力墻的受力與變形狀況是剪力墻結(jié)構(gòu)開洞影響的。剪力墻的單片受力特性是有差異的，并且按照這種差異可以將其分為單肢墻結(jié)構(gòu)和特殊的開洞墻結(jié)構(gòu)。這些不同的墻面結(jié)構(gòu)截面所具有的應(yīng)力和負荷也是有差異的，為此，在對其內(nèi)應(yīng)力和位移進行計算時要采用不同的計算方法。通常采用的計算方法是平面限單元方法，這種計算方法準確性較高，并且適合多種類型的剪力墻。但是其缺點是資源的浪費較為嚴重，自由分散度也較多。

2.1.3 筒體結(jié)構(gòu)。根據(jù)其計算模型的處理方法不同，筒體結(jié)構(gòu)的分析也是不同的，主要包括連續(xù)分析法、分散分析法以及三維空間分析法，其中三維空間分析法的精確度較高，并且很多工程都采用這種計算模型。

2.2 高層建筑的抗震分析設(shè)計和應(yīng)用

高層建筑抗震分析和設(shè)計是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重點，為此要想使高層建筑能夠具有非常強的抗震性能，并滿足結(jié)構(gòu)功能，就要對高層建筑結(jié)構(gòu)的彈性、塑性、變形能力進行研究和分析?，F(xiàn)今，我國抗震性能的各項規(guī)范都是構(gòu)建在地震多發(fā)帶上，并滿足高層結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力和位移條件，這種在多地震帶上進行的設(shè)計和分析對高層建筑穩(wěn)定有重要意義。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)選型的主要內(nèi)容與要求

高層建筑結(jié)構(gòu)在選型上有非常多的要求，同時也是確保高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提。其主要內(nèi)容是：要選擇好基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；水平和承重結(jié)構(gòu)要適合；豎向承重結(jié)構(gòu)包含了剪力墻；橫向承重結(jié)構(gòu)有單板和雙板的樓蓋。在高層建筑初期設(shè)計階段，要想使設(shè)計符合規(guī)范就要明確高層建筑結(jié)構(gòu)的特點和使用范圍。其選型的要求為：高層建筑設(shè)計要選擇好地段，要盡量在安全的環(huán)境下設(shè)計和選型，從而減少事故的發(fā)生率。所以，要求設(shè)計人員也要深入到施工現(xiàn)場，全面勘察和調(diào)研項目施工場地的地質(zhì)情況和地質(zhì)特點。全方面搜集相關(guān)的數(shù)據(jù)和資料，確保提出和制定的施工方案具有可行性。在抗震設(shè)計過程中，高層建筑要有足夠強的承受力，并具有多重的抗震防線；其結(jié)構(gòu)的選型要與建筑物的承受力相適應(yīng)；在施工過程中，要盡量節(jié)省資金和資源，并要與周圍的環(huán)境相適應(yīng)。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計受環(huán)境的影響較大，并且風力、壓力、承受能力等都是影響因素；建筑方案中的建筑尺寸、方位、高度等基本因素，還有建筑的外形、立體形態(tài)等；建筑使用功能也是非常重要的因素，一般高層建筑功能按照其功用的不同呈現(xiàn)出不同的利用價值，比如住宅、辦公樓等。有很多建筑功能和結(jié)構(gòu)是不能匹配的，為此，要針對建筑功能的不同對建筑物進行設(shè)計。此外，建筑施工工期也是影響因素，還有建筑施工材料的供應(yīng)狀況、建筑設(shè)計和施工質(zhì)量的影響、建筑結(jié)構(gòu)的抗震性等。為此，在選型時一定要對其影響因素進行綜合分析。

4 結(jié)語

本文主要對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與選型方法進行了分析，并對結(jié)構(gòu)設(shè)計和選型的具體方法提出了建議，表明要想使高層建筑提高抗震能力并使穩(wěn)定性增強，就要做好結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計。所以，作為一名設(shè)計人員，應(yīng)該明確設(shè)計方案的科學(xué)性和可行性對后期工程項目施工的重要影響，設(shè)計人員應(yīng)該明確自身的工作職責，具有吃苦耐勞的精神，能深入現(xiàn)場進行勘察和調(diào)研工作，為設(shè)計方案的完成搜集和提供詳細和可靠的數(shù)據(jù)，以設(shè)計出最完美的建筑結(jié)構(gòu)方案，并科學(xué)合理地完成結(jié)構(gòu)選型，達到項目整體效益最大化的戰(zhàn)略目標。

參考文獻

[1] 胡愷.民辦院?！案邔咏ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計”課程應(yīng)用型教學(xué)改革探討[J].中國電力教育，2012，（26）.

[2] 牛海成，徐海賓.面向可持續(xù)發(fā)展的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)改革探討[J].高等建筑教育，2013，22（2）.

[3] 季靜，黃超，韓小雷，等.基于性能的設(shè)計方法在超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].世界地震工程，2010，23（1）.

[4] 徐培福，薛彥濤，肖從真，等.帶轉(zhuǎn)換層型鋼混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)模型擬靜力試驗對抗震設(shè)計的啟示[J].土木工程學(xué)報，2010，38（9）.

（責任編輯：周 瓊）