高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設計相關(guān)問題探究

呂毅

咸陽市規(guī)劃設計研究院 陜西咸陽 712000

摘要：隨著當前我國國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展與城市化大潮的興起，越來越多的高層與超高層建筑在我國各地如雨后春筍般的被修建起來。高層建筑與普通民用建筑相比，在設計、施工等許多環(huán)節(jié)都有著其獨特的特點。本文從建筑結(jié)構(gòu)選型、基礎設計、結(jié)構(gòu)受力分析及抗震設計等方面闡述了高層與超高層建筑設計的若干問題，并提出了相應的解決措施，以供廣大建筑施工設計人員參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設計；問題探究

1引言

城市化的大潮推動了我國高層與超高層建筑行業(yè)的快速發(fā)展，也對高層建筑的性能與使用功能提出了越來越高的要求。當前，國內(nèi)高層與超高層建筑的結(jié)構(gòu)設計仍舊面臨著很多問題，本文針對這種情況著重闡述了其中的幾個問題，并提出了相應的解決措施。

2高層與超高層建筑的結(jié)構(gòu)選型

在對高層與超高層建筑進行結(jié)構(gòu)選型時，需注意以下幾個問題：

2.1 選擇合理的結(jié)構(gòu)體系

在進行高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的設計時，應盡量使其應力布置規(guī)則、簡單、對稱，防止出現(xiàn)應力集中和頸縮現(xiàn)象的產(chǎn)生，要合理布置樓梯和電梯，不能在建筑的凹角處布置電梯間，以防止出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，對建筑結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生不利影響。

2.2 設置高層建筑嵌固端的問題

因為高層與超高層建筑通常都有著兩層或超過兩層的人防和地下工程，其嵌固端有時是設置在人防頂板上，有時也可能是布置在地下室的頂板上。所以，面對這個問題，進行建筑結(jié)構(gòu)設計的相關(guān)人員常常會忽略了因為嵌固端的布置所帶來的一些需要注意的問題，比如當對高層與超高層建筑進行抗震設計時，以地下室的頂部為結(jié)構(gòu)上側(cè)的嵌固端時，地下室一層抗震等級的確定應采用與上部結(jié)構(gòu)相同的抗震等級，而地下室一層以下結(jié)構(gòu)抗震等級的確定則可按照實際中的具體情況靈活選用三級或四級。

2.3高層建筑結(jié)構(gòu)中設置短肢剪力墻的問題

短肢剪力墻是近年來興起的一種剪力墻結(jié)構(gòu)，其特點是墻肢截面的高度和厚度之比處在5～8之間。這種剪力墻雖然對于住宅的建筑布置有益，同時也能夠降低建筑結(jié)構(gòu)的自身重量，但是在超高層建筑結(jié)構(gòu)中，剪力墻肢不可以太短，這是由于短肢剪力墻其自身的防震性能比較差，在地震多發(fā)區(qū)的使用經(jīng)驗也很少，出于安全方面的考慮，一般高層與超高層建筑不采用短肢的剪力墻結(jié)構(gòu)。

3高層與超高層建筑的地基和基礎設計

由于建筑結(jié)構(gòu)的地基和基礎設計過程的好壞會對之后的設計工作產(chǎn)生直接的影響，同時也由于地基和基礎是工程全部造價的核心所在，所以該階段的設計工作一直被廣大的結(jié)構(gòu)工程師所重視。如果在地基和基礎的設計階段出現(xiàn)問題，很可能會對后期的工程建設和使用造成無法估量的損失。

在進行高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)的設計時，要選用具有良好整體性的基礎，這樣就能夠較好的滿足建筑結(jié)構(gòu)容許形變和地基承載受力的要求，此外，整體性好的基礎還能夠起到對產(chǎn)生不均勻沉陷的基礎形式進行調(diào)節(jié)的作用。在高層建筑結(jié)構(gòu)設計的過程中，應注意地下室的設計以降低地基處的沉降量與附加應力，這樣便能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)的上部整體穩(wěn)定性要求和天然土基關(guān)于承載力的要求。從而設計處安全可靠、合乎規(guī)范要求的建筑結(jié)構(gòu)。

4高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的分析與計算

基礎設計完成后，怎樣高效準確地對建筑結(jié)構(gòu)進行應力計算和分析并依照規(guī)范進行處理，就成了決定高層建筑結(jié)構(gòu)工程設計好壞的核心所在。這一階段通常的設計步驟如下：

1）結(jié)構(gòu)設計計算軟件的選取。當前在結(jié)構(gòu)設計領域通常使用的軟件包括：ANSYS、METLAB、SATWE、TBSA以及SAP和ETABS等。因為各個軟件在計算模型的選用上有著很多不同之處，所以各軟件計算出的結(jié)果也或多或少的有一些出入。

2）振型的數(shù)量是否滿足要求。新規(guī)范中已經(jīng)加入了一個振型參與系數(shù)的概念，并且對這一參數(shù)的限值做出了較為明確的要求。

3）是否要對地震力進行放大，是否需要考慮建筑結(jié)構(gòu)隔墻對自振周期所產(chǎn)生的影響。這部分所涉及的內(nèi)容其實在老規(guī)范和新規(guī)范中均有涉及，新規(guī)范相較于舊規(guī)范只是根據(jù)眾多的實測工程周期，較為明確的提出了各種不同的建筑結(jié)構(gòu)體系下高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)自振周期在計算時的衰減系數(shù)。

4）多塔樓高層建筑之間是否要分別計算各不同地震周期之間的相互干擾。高層與超高層建筑隨著城市化的深入推進呈現(xiàn)出越來越多的樣式，大底盤、多塔樓的高層與超高層建筑便是其中之一。在對這類高層建筑進行力學分析和設計計算時，廣大結(jié)構(gòu)設計工程師必須要注意一個問題，那便是要明確該建筑結(jié)構(gòu)是應當作一個整體結(jié)構(gòu)根據(jù)多塔類型進行設計計算，還是應該把該建筑結(jié)構(gòu)進行人為的分離，然后進行分析和計算。

5高層與超高層建筑的抗震分析和設計

在遭遇罕見地震的情況下，抗震設計的建筑結(jié)構(gòu)會部分地進入塑性的狀態(tài)。要想滿足破壞性地震作用下高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的功能化要求。很有計算與研究超高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑變形能力的必要。在開展這方面的工作時，設計和施工人員需要特別注意以下兩個方面：一是對于一些存在缺陷的構(gòu)件，要特別對其進行加固或者將其換下，選用抗震性能更為優(yōu)良的建筑構(gòu)件；二是當需要增加建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度和承受荷載的能力時，可以選擇增加截面面積或者加設套箍的方法，此外，還可以對建筑結(jié)構(gòu)的各個部分進行適當?shù)恼{(diào)整，將可能發(fā)生的地震荷載進行最大限度的分散，進而可以達到減輕破壞的目的。另外，在開展高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計時，還必須要注意地基承載能力、結(jié)構(gòu)體系剛度以及構(gòu)件形式等方面眾多問題的處理，以保證建筑結(jié)構(gòu)抗震設計的合理性。

6結(jié)語

作為一項涉及到各方面因素與諸多問題的技術(shù)性工作，高層建筑的結(jié)構(gòu)設計具有非常高的要求。建筑結(jié)構(gòu)工程設計人員需要在準確計算和分析的基礎上，嚴格按照相關(guān)規(guī)范要求并與實際的工程環(huán)境和地質(zhì)條件相結(jié)合，選取技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理的建筑結(jié)構(gòu)設計方案。本文針對高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點所提出的若干相關(guān)結(jié)構(gòu)設計問題是在進行高層建筑設計施工時經(jīng)常遇到的有代表性的問題。文章對這些問題作了簡要闡述，以供建筑結(jié)構(gòu)施工設計人員參考。

參考文獻：

[1]何俊旭.高層建筑結(jié)構(gòu)設計及結(jié)構(gòu)選型探討[J].價值工程，2010（2）：214.

[2]趙大偉.建筑結(jié)構(gòu)設計中若干問題的探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（1）.

[3]黃浙青 朱小德.淺談結(jié)構(gòu)設計中的抗震設計[J].科技創(chuàng)新導報，2008（28）.

[4]梅洪元 付本臣.中國高層建筑創(chuàng)作理論發(fā)展研究[C].高層建筑與智能建筑國際學術(shù)研討會，2002.