淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張生

（貴州省建筑科研設(shè)計(jì)院貴州貴陽(yáng)550000）

淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張生

（貴州省建筑科研設(shè)計(jì)院貴州貴陽(yáng)550000）

隨著科學(xué)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，近年來(lái)，高層建筑儼然已經(jīng)成為城市中一道亮麗的風(fēng)景線。其中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作在高層建筑的建設(shè)中，也成為了重大研究課題。本文就高層建筑的設(shè)計(jì)原則、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)展開論述，希望對(duì)于提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平有所啟發(fā)。

高層建筑；設(shè)計(jì)原則；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；注意事項(xiàng)

引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口不斷增加，導(dǎo)致城市中的住房建設(shè)用地十分緊張。這就必然會(huì)給結(jié)構(gòu)工程師們?cè)趯?duì)高層建筑的設(shè)計(jì)方面帶來(lái)更高的挑戰(zhàn)和許多新的課題。每個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師所必須具備的基本素質(zhì)就是要正確處理高層建筑設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題以及掌握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

1　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的設(shè)計(jì)原則

1.1選擇合適的計(jì)算簡(jiǎn)圖

計(jì)算簡(jiǎn)圖不僅影響著高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算式，還應(yīng)該保證有相應(yīng)的高層建筑構(gòu)造措施，沒能合理的選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖，嚴(yán)重的將會(huì)導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生安全事故，由此可見選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖是保障高層建筑結(jié)構(gòu)安全的重要前提。還有，不可避免的是，在計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)容易出現(xiàn)誤差，但是要盡量將誤差控制在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。

1.2選擇合理適用的結(jié)構(gòu)方案

合理經(jīng)濟(jì)適用的結(jié)構(gòu)方案是合理的高層建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，換句話說，就是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要選擇可行務(wù)實(shí)的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于結(jié)構(gòu)體系而言，要求在同一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中不得將不同的結(jié)構(gòu)體系混合在一起使用，應(yīng)使結(jié)構(gòu)體系達(dá)到受力明確，傳力簡(jiǎn)捷的效果。在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)與相關(guān)專業(yè)協(xié)商，綜合分析各種影響因素，然后具體確定出最合理的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

1.3正確分析、審核計(jì)算結(jié)果

由于目前市面上計(jì)算機(jī)軟件種類較多，而計(jì)算機(jī)技術(shù)又在在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中得到普遍應(yīng)用，但是不同的計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算的結(jié)果存在差異，因此這就對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師提出了更高的要求，為了防止在計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，由于程序不能適應(yīng)結(jié)構(gòu)、軟件自有的缺陷的實(shí)際情況等計(jì)算機(jī)軟件程序的因素而導(dǎo)致工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)差錯(cuò)，就要求其必須全面了解計(jì)算機(jī)的程序軟件的適用范圍和使用條件。除此之外，要防止計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中人為性的失誤，不僅需要結(jié)構(gòu)工程師在后續(xù)工作中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行慎重審查，合理分析，同時(shí)還需要設(shè)計(jì)師輸入數(shù)據(jù)時(shí)要認(rèn)真，從而做出最準(zhǔn)確的判斷。

2　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

2.1地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

地基是高層建筑結(jié)構(gòu)中極其重要的一部分，其在高層項(xiàng)目的整個(gè)工程造價(jià)中，占有很大一部分，因此，建筑設(shè)計(jì)師特別重視地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，我國(guó)幅員廣闊，各地的地質(zhì)情況都有所差異，在高層建筑的地基設(shè)計(jì)當(dāng)中，為了確保設(shè)計(jì)及施工的順利進(jìn)行，避免對(duì)整個(gè)工程的設(shè)計(jì)造成嚴(yán)重的影響，結(jié)構(gòu)工程師首先要對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況有個(gè)深入的學(xué)習(xí)過程，在設(shè)計(jì)之前要對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件有詳細(xì)的了解。不同于多層建筑的是，高層建筑設(shè)計(jì)首先要對(duì)地下水水位進(jìn)行了勘探及了解施工場(chǎng)地的地質(zhì)情況，從而得出相關(guān)的數(shù)據(jù)，同時(shí)還要對(duì)施工條件、使用功能及高層上部結(jié)構(gòu)的類型等進(jìn)行全面的考慮，除此之外，為了有效地保證建筑物建成后發(fā)生傾斜或沉降的可能，還要考慮到施工時(shí)對(duì)周圍的建筑安全性的影響。同時(shí)為了施工的順利進(jìn)行及施工中的安全，還要了解地下的設(shè)施的位置及標(biāo)高及周邊構(gòu)筑物，從而保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性，保障施工的正常進(jìn)行。

2.2高層建筑水平荷載的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素就是水平荷載，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的意義和價(jià)值都十分重要。高層建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)傾覆力矩主要是水平荷載引起的，高層建筑的凈高的平方與力矩大小成正比；水平荷載還會(huì)引起高層建筑結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的軸力，其大小也同高層建筑凈高的二次方成正比，所以，不難得出結(jié)論：在高層建筑體積越來(lái)越大、結(jié)構(gòu)越來(lái)越高的發(fā)展趨勢(shì)下，要重點(diǎn)考慮水平荷載的因素，這是設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)的必然要求，同時(shí)也是維護(hù)高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的需要。

2.3高層建筑結(jié)構(gòu)延性的重要性

高層建筑在地震中的穩(wěn)定性與其結(jié)構(gòu)延性越好壞有著直接的關(guān)系。高層建筑結(jié)構(gòu)延性一般是指：在破壞前的抗變形能力，也指建筑結(jié)構(gòu)承載能力的最大值。為了有效保證出現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)在震動(dòng)正抵抗裂縫和變形，高層建筑結(jié)構(gòu)在當(dāng)今這個(gè)社會(huì)變得越來(lái)越復(fù)雜，這就需要有效保障高層建筑結(jié)構(gòu)延性，以期實(shí)現(xiàn)有效提升高層建筑結(jié)構(gòu)抵御破壞能力，更好地保障高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性能。

2.4高層建筑結(jié)構(gòu)軸向變形的重要性

在高層建筑復(fù)雜化的趨勢(shì)下，軸向變形的因素變得越來(lái)越重要，特別是在高層建筑高度升高的情況下，大幅度增加豎向的荷載，而導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降，就是由于高層建筑結(jié)構(gòu)中柱體出現(xiàn)軸向形變的原因，從而引起高層建筑結(jié)構(gòu)的連續(xù)梁上出現(xiàn)彎矩的現(xiàn)象，因此要高度重視高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要對(duì)軸向變形。

2.5剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中得以廣泛使用，因?yàn)槠浼饶艿挚顾搅τ帜艹袚?dān)垂直荷載作用。剪力墻作為一種剛性結(jié)構(gòu)，即使有水平荷載作用下，也不會(huì)發(fā)生較大的側(cè)移量，因此將房屋的內(nèi)、外墻都做成實(shí)體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其有樓蓋的支撐，同時(shí)面積又較大，所以其自身有較大的側(cè)向剛度。對(duì)于15～35層的高層建筑非常適宜。但剪力墻也有自身的弱點(diǎn)，一旦發(fā)生地震，地震力會(huì)完全作用于剪力墻上，由于其是剛性結(jié)構(gòu)，自身的剛度較大，因此如果在施工中處理不好，就會(huì)造成較大的破壞。同時(shí)，剪力墻則無(wú)法完成需要的較大空間的公共建筑，因?yàn)榧袅υ诓贾脮r(shí)對(duì)間距有非常高的要求，間距不能過大，同時(shí)平面布置也不靈活。

2.6注重抗震設(shè)計(jì)

在需要抗震設(shè)防的高層建筑中，盡可能不采用純框架體系，可以采用框架一剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)體系或剪力墻，根據(jù)我國(guó)的具體條件，進(jìn)一步總結(jié)高層建筑的剛度要求，以便能夠更經(jīng)濟(jì)合理地布置筒體及剪力墻等抗側(cè)力構(gòu)件。結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)如表1所示。

表1　結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)

3　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

3.1高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中注意事項(xiàng)

在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中有三項(xiàng)注意事項(xiàng)：①高層建筑基礎(chǔ)要足夠的耐久，經(jīng)常受到地下水的浸漬或者受潮，所以這就要求高層建筑的基礎(chǔ)采用的材料具有耐久性能高的特點(diǎn)，譬如加強(qiáng)鋼筋混凝土基礎(chǔ)中的鋼筋保護(hù)層；②為了能夠最大程度均勻的將高層結(jié)構(gòu)傳到高層建筑的地基上，并且保證安全的承接高層建筑上層結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載，高層建筑基礎(chǔ)要有足夠的厚度；③要綜合性的考慮高層建筑基礎(chǔ)方案，不僅要考慮高層建筑受到?jīng)_擊后是否可以達(dá)到變形穩(wěn)定的要求而且還要考慮相鄰建筑的影響度以及高層建筑的整體高，達(dá)到合理、經(jīng)濟(jì)的施工條件。

3.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的共振問題

共振的發(fā)生是需要一定的條件，發(fā)生地震的地點(diǎn)要比較接近和建筑物的自震周期要相同，所以增大高層建筑物的自震周期和建筑物發(fā)生地震地點(diǎn)的特征周期的差距，然后可以采取相應(yīng)的估計(jì)建筑物發(fā)生地震場(chǎng)所的特征周期，來(lái)達(dá)到防止發(fā)生共振的效果。

3.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的水平移動(dòng)問題

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不僅要注意對(duì)周期和地震等因素的綜合性考慮，其水平位移也不應(yīng)該僅僅停留在滿足于高層建筑規(guī)程的要求。比如因?yàn)榈卣鹆Φ拇笮∨c結(jié)構(gòu)剛度大小相關(guān)，成正比例的關(guān)系，在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)剛度小，但是位移在規(guī)范允許范圍內(nèi)，地震力小，結(jié)構(gòu)周期長(zhǎng)，所以這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是不合理的。

4　結(jié)束語(yǔ)

隨著城市化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，城市建筑的重點(diǎn)就是高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，城市中對(duì)空間規(guī)劃有了相當(dāng)大的要求，在設(shè)計(jì)中要綜合多方面因素進(jìn)行考慮，因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，高層建筑結(jié)構(gòu)因較多層建筑要具有較大的復(fù)雜性。為了保證高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全，防止留下設(shè)計(jì)中的安全隱患，對(duì)參數(shù)的選取及各部位的受力情況要進(jìn)行仔細(xì)的研究和分析，從而保證高層建筑的安全性。

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TU318

A

1673-0038（2015）14-0042-02

2015-3-21

張生（1982-），男，漢族，貴州貴陽(yáng)人，工程師，本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。