研究復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

劉慶雙

摘 要：針對(duì)復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，研究了復(fù)雜高層與超高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該重視的問(wèn)題，并對(duì)復(fù)雜高層于超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行研究，最后結(jié)合實(shí)際案例，分析該案例在建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)質(zhì)量控制的相關(guān)措施，以解決當(dāng)前建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中存在的質(zhì)量問(wèn)題，為提高復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜高層；超高層；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，復(fù)雜高層與超高層建筑已經(jīng)成為未來(lái)建筑發(fā)展的主要趨勢(shì)，在這個(gè)過(guò)程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)其整體質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，因此需要重視對(duì)復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)問(wèn)題的討論，為提高建筑整體質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。文章將以此為背景，對(duì)復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析與研究。

1 復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題

在復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，則需要重點(diǎn)開(kāi)展以下幾方面的質(zhì)量控制：

1.1 抗震設(shè)防烈度

與常規(guī)建筑相比，復(fù)雜高層與超高層建筑的主要特征就是“高”，在該特征的影響下，建筑的抗震設(shè)防烈度十分重要，如果建筑抗震等級(jí)不達(dá)標(biāo)，一旦出現(xiàn)地震等惡劣自然災(zāi)害，將會(huì)對(duì)建筑物內(nèi)人員的生命安全造成威脅。一般情況下，當(dāng)建筑高度超過(guò)100m時(shí)，就應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度來(lái)控制建筑高度；而如果當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度超過(guò)8級(jí)，則當(dāng)?shù)厥遣荒芙ㄔ旄叨瘸^(guò)300m建筑的。而從當(dāng)前我國(guó)大部分地區(qū)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，如果當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度為6級(jí)時(shí)，則可以建造復(fù)雜高層與超高層建筑。

1.2 結(jié)構(gòu)方案與類型

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要重點(diǎn)考察建筑方案結(jié)構(gòu)，判斷其相關(guān)數(shù)據(jù)資料是否滿足建筑的質(zhì)量控制要求，若沒(méi)有科學(xué)的規(guī)劃復(fù)雜高層與超高層建筑的相關(guān)數(shù)據(jù)資料，將會(huì)導(dǎo)致施工中出現(xiàn)諸多問(wèn)題，包括不斷調(diào)整施工方案、施工技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題等，對(duì)建筑項(xiàng)目的工期、建筑項(xiàng)目總成本造成不良影響。因此在確定結(jié)構(gòu)方案與類型過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要充分借鑒當(dāng)?shù)亟ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，在充分掌握當(dāng)?shù)亟ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)資料后，全面分析建筑結(jié)構(gòu)的抗震結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為保證工程項(xiàng)目的順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該充分考慮到施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的多種風(fēng)險(xiǎn)因素，總結(jié)多種方案，并從中選擇最佳的建筑方案。

2 復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

2.1 計(jì)算載荷

部分學(xué)者認(rèn)為，在相應(yīng)應(yīng)力條件下，復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的載荷表現(xiàn)對(duì)其安全面、穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。與高度較低的建筑相比，復(fù)雜高層與超高層建筑在水平、豎直方向的載荷條件更加復(fù)雜，這就導(dǎo)致相關(guān)人員在計(jì)算載荷過(guò)程中，需要做好相應(yīng)的計(jì)算，以降低載荷對(duì)建筑質(zhì)量的影響。（1）風(fēng)載荷計(jì)算。隨著建筑高度不斷增加，風(fēng)載荷對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響也越來(lái)越明顯。而在開(kāi)展有關(guān)風(fēng)荷載的研究中，通常以100年重現(xiàn)期的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力，以50年重現(xiàn)期風(fēng)荷載控制構(gòu)件承載力，對(duì)高度大于等于200m的建筑物進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。在計(jì)算風(fēng)載荷過(guò)程中，需要根據(jù)相應(yīng)的高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧v史的風(fēng)力變化資料進(jìn)行研究，以掌握風(fēng)載荷的波動(dòng)范圍，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮到風(fēng)荷載余量對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，確保建筑結(jié)構(gòu)能充分適應(yīng)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)載荷要求，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。（2）地震載荷計(jì)算。地震載荷是載荷問(wèn)題研究中的關(guān)鍵內(nèi)容，也是復(fù)雜高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)性內(nèi)容之一。一般認(rèn)為，如果復(fù)雜高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)自振周期為6.0～9.0s，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的地震載荷影響系數(shù)約為6.0s，那么在地震載荷問(wèn)題的研究中，需要將地震載荷影響系數(shù)設(shè)計(jì)在6.0～10.0s范圍內(nèi)，并以此為基礎(chǔ)開(kāi)展數(shù)據(jù)的計(jì)算。

2.2 抗震設(shè)計(jì)

在綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)的適用性能與穩(wěn)定性后，在復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員需要做好以下兩方面的控制工作：（1）對(duì)倒塌水準(zhǔn)的研究。在分析倒塌水準(zhǔn)過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：①在研究建筑的延性結(jié)構(gòu)構(gòu)件過(guò)程中，需要規(guī)定非彈性形變小于構(gòu)件的彈性形變能力；②針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中存在的一些非延性部件，需要充分考慮破壞模式的應(yīng)力特征與要求，并重視對(duì)其相關(guān)技術(shù)內(nèi)容的研究。③在開(kāi)展有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)保證建筑物結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性，并確保其至少具有中等地震抗性作用，并即使在中等地震的影響下依然能保證建筑結(jié)構(gòu)的彈性。（2）對(duì)使用水準(zhǔn)的研究。對(duì)于地震重現(xiàn)期為50a的地震，此時(shí)其對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的損傷是忽略不計(jì)的，但在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中，需要相應(yīng)的研究其彈性反應(yīng)狀態(tài)，以更全面的獲取與建筑相關(guān)的資料。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程案例簡(jiǎn)介

在某高層建筑施工中，該建筑的整體高度約為200m，塔樓采用以low-e玻璃為主的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，保證了建筑的整體美觀。在該工程施工過(guò)程中，工程總用地面積而約為39800m2，總建筑面積約為295000m2，包括商業(yè)樓6層，辦公樓46層。

在該建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員在綜合考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)特征、自然環(huán)境后，進(jìn)行了全面的設(shè)計(jì)分析。文章選擇該工程項(xiàng)目中抗側(cè)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，并對(duì)其進(jìn)行深度分析。

3.2 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

根據(jù)該工程的結(jié)構(gòu)特征，在主塔樓設(shè)計(jì)中，采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，外框架為鋼梁+鋼管混凝土結(jié)構(gòu)柱結(jié)構(gòu)。為了提高外圍環(huán)狀框架剛度與抵抗水平地震的延性能力，在外圍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，保證外圍環(huán)狀框架與鋼管混凝土柱有效的連接在一起；在樓面鋼梁與混凝土核心筒設(shè)計(jì)中，使用剛性連接方法，以保證建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度。

在該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了提高其側(cè)移剛度，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用伸臂結(jié)構(gòu)。其要點(diǎn)為：沿高度選擇一層、兩層布置伸臂結(jié)構(gòu)，考慮到伸臂本身具有剛度大的特征，因此當(dāng)結(jié)構(gòu)側(cè)移過(guò)程中伸臂會(huì)是外柱出現(xiàn)壓縮、拉伸等運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而增加其承受的軸力，最終增加外柱抵抗傾覆力矩。同時(shí)，伸臂對(duì)內(nèi)筒具有良好的反向約束彎矩，隨著內(nèi)筒彎矩改變，降低內(nèi)筒彎矩參數(shù)水平，達(dá)到了控制側(cè)移的目的。

同時(shí)，在設(shè)置伸臂時(shí)，伸臂所層的上下想磷層的剪力、柱彎矩都會(huì)發(fā)生變化，增加了設(shè)計(jì)柱配筋的拿督。在這種受力條件下，上下柱會(huì)與較大剛度的伸臂連接，而一旦出現(xiàn)地震現(xiàn)象，將會(huì)導(dǎo)致這些柱子遭到破壞，不利于抗震。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員需要重點(diǎn)處理核心筒與框架柱之間的內(nèi)力不變問(wèn)題，以保證建筑結(jié)構(gòu)安全。

4 結(jié)語(yǔ)

主要研究了復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)要點(diǎn)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，并從多個(gè)角度對(duì)其設(shè)計(jì)的相關(guān)信息進(jìn)行分析。從研究?jī)?nèi)容來(lái)看，在開(kāi)展復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員需要充分認(rèn)識(shí)到外部條件對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，能根據(jù)建筑當(dāng)?shù)氐膶?shí)際體制特征，不斷的優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)，為獲得更好的設(shè)計(jì)結(jié)果奠定基礎(chǔ)。

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