高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點探析

【摘要】隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化建設(shè)的加快，我國建筑行業(yè)正向重、高、大的方向快速發(fā)展。城市的高層建筑越來越多，其建筑構(gòu)造復(fù)雜。高層建筑與低層建筑相比，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更復(fù)雜，影響因素更多，不僅要考慮建筑體型的比例關(guān)系，確保建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，還要考慮地基沉降、風(fēng)力、溫度變化及地震等對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的不利影響。本文主要對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點進(jìn)行探討分析。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；要點

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

1.1高度預(yù)防軸向變形

當(dāng)前高層建筑多以框架結(jié)構(gòu)為主，在這種結(jié)構(gòu)形式中，框架的中柱軸壓力會大于邊柱軸的壓力，這也導(dǎo)致中柱軸受形變形的幾率增加。特別是當(dāng)建筑物高度較大時，這種中柱軸變形數(shù)值會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于邊柱軸的變形壓數(shù)值，因此容易出現(xiàn)連續(xù)梁中間出現(xiàn)下沉及下陷的情況發(fā)生，從而導(dǎo)致跨中正彎矩值和兩端支座彎矩值增大，給預(yù)制構(gòu)件的下料長度帶來較大的影響。由于高層建筑軸向變形的存在，會給構(gòu)件的剪力和側(cè)移力帶來較大的影響，嚴(yán)重危及高層建筑的安全系數(shù)。

1.2抗震性要求越來越高

在地震作用下，高層建筑的安全性低于低層建筑，其變形會更加嚴(yán)重。這就需要在高層建筑設(shè)計過程中，需要確保承載力和剛度要自下而上的減小，確保其變化的均勻性。通過合理對樓體結(jié)構(gòu)中塑性集中變形進(jìn)行設(shè)計，確保樓層建筑延能夠增強(qiáng)，從而更好的提升建筑物的變形能力。另外，還需要在設(shè)計時考慮好地基土質(zhì)，假設(shè)在地震作用下進(jìn)行計算，確保結(jié)構(gòu)抗震性能得以提高。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

2.1合理計算簡圖

首先要保證計算簡圖合理，簡圖對結(jié)構(gòu)有著決定性作用。為了確保計算簡圖的安全，需要采用相應(yīng)的構(gòu)造方法，除了要在鋼節(jié)點與鉸節(jié)點進(jìn)行關(guān)注外，還需要不斷減小計算誤差，把計算簡圖控制在一定的范圍之內(nèi)。

2.2基礎(chǔ)設(shè)計選擇

在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計時，要充分了解高層建筑所在的地質(zhì)條件，另外對高層建筑的結(jié)構(gòu)類型與荷載分布分析要全面，根據(jù)施工條件以及鄰近相互影響進(jìn)行綜合考究，在全面了解基礎(chǔ)信息的前提下進(jìn)行科學(xué)合理的基礎(chǔ)方案確定。基礎(chǔ)方案中，地基的潛力將發(fā)揮最大的作用，需要提前進(jìn)行地基檢測。

2.3結(jié)構(gòu)方案選擇

合理的結(jié)構(gòu)方案需要達(dá)到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的總體要求，并盡可能達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的。在相同的結(jié)構(gòu)單元中，使用相同的結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)地理條件、工程要求、施工因素綜合確定結(jié)構(gòu)選擇，從而制定出最佳方案。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點

3.1科學(xué)布置建筑平面

高層建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問題，主要在于高層建筑的幾何形心、結(jié)構(gòu)重心、剛度中心未能做到“三心合一”，造成建筑物質(zhì)量分布失衡，進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。為此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)地基形狀和建筑功能要求等合理設(shè)計高層建筑體型，盡量采用相對規(guī)則的體型，如圓形、方形、矩形等，合理布置平面，最大程度的保證建筑物質(zhì)量分布均勻。設(shè)計者不應(yīng)盲目的追求建筑物外部形象的美觀，刻意選擇L形、T形等復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)平面形式，很難保證高層建筑結(jié)構(gòu)的對稱性。同時，在高層建筑中布置抗側(cè)力構(gòu)件，預(yù)防建筑扭轉(zhuǎn)問題。比如，不要在建筑內(nèi)部的端部、凹角等部位設(shè)置樓、電梯間，使建筑結(jié)構(gòu)剛度分布均勻，以免高層建筑出現(xiàn)薄弱部位，發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

3.2合理選擇計算簡圖及結(jié)構(gòu)方案

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時，要在計算簡圖基礎(chǔ)上進(jìn)行計算，所以在計算簡圖選擇時必須合理選擇，若計算簡圖不合理，極容易造成結(jié)構(gòu)參數(shù)不準(zhǔn)，影響正常施工，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生，合理選擇計算簡圖是保障高層建筑結(jié)構(gòu)安全設(shè)計的前提條件。在構(gòu)建方法選擇時應(yīng)采用與計算簡圖相對的方法，設(shè)計構(gòu)件結(jié)構(gòu)節(jié)點時，要保障計算簡圖誤差在規(guī)定范圍內(nèi)。另一方面，在選擇結(jié)構(gòu)方案時不僅要考慮外觀造型，更要考慮方案經(jīng)濟(jì)性和可行性，方案必須滿足結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系要求。尤其對荷載以及受力性能考慮時，必須遵循傳力簡單、受力明確均勻原則，避免受力過于集中影響建筑整體結(jié)構(gòu)剛度。

3.3優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)

抗震問題，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的地位是不可小覷的。高層建筑本身的高度，使得其建筑要求較高，要優(yōu)化設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件位置，使得結(jié)構(gòu)壓力均勻分給每個構(gòu)件，不會出現(xiàn)承壓不均而導(dǎo)致地震時的嚴(yán)重破壞。對于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件也要考慮其材料的安全性能。高層建筑的地震結(jié)構(gòu)設(shè)計，最重要的是對地基的選擇與設(shè)計，地基是建筑的根本，一旦發(fā)生破壞，上部結(jié)構(gòu)將無所依靠。因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須重視地基的設(shè)計，優(yōu)化其抗震能力，設(shè)計出既節(jié)省材料又安全可靠的地基。以確保建筑物有足夠的強(qiáng)度和剛度抵抗地震的危害。在確保地基的強(qiáng)度后，還要考慮剪應(yīng)力的問題，采取強(qiáng)柱弱梁、加強(qiáng)梁柱節(jié)點抗震構(gòu)造措施、設(shè)置抗震墻等措施來抵抗水平剪力。建筑物在此基礎(chǔ)上還要考慮對稱性和穩(wěn)定性，盡量減少地震災(zāi)難的影響。

3.4強(qiáng)化消防結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于高層建筑本身就有著很明顯的特點，它的功能復(fù)雜性使得它在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中非常復(fù)雜，所以要選用不同的結(jié)構(gòu)建筑材料。一般傳統(tǒng)的材料選用可燃性材料，這種材料提高了建筑物發(fā)生火災(zāi)的概率，并且不容易進(jìn)行滅火處理。高層建筑物之間由于空氣的流動性非常強(qiáng)，風(fēng)力也比較大，如果在建筑物高層發(fā)生火災(zāi)，很難開展救援工作。傳統(tǒng)的高層建筑在進(jìn)行設(shè)計的過程中，一般把火災(zāi)路線設(shè)置成垂直的，這樣救援人員在進(jìn)行火災(zāi)疏散的過程中，需要浪費更多的時間，這樣對人身財產(chǎn)安全造成了極大的損失。此外，在進(jìn)行消防結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，也要好好對排煙結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，可以大大提高高層建筑的安全性能。在設(shè)計的過程中，還要有效的排出煙氣，以免火災(zāi)發(fā)生時能夠有效的控制火災(zāi)的蔓延。

結(jié)語：

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該對超高、抗震、抗風(fēng)、消防、規(guī)則性、嵌固端設(shè)置等問題進(jìn)行充分認(rèn)識，提前結(jié)合地質(zhì)條件與基礎(chǔ)條件對各個影響因素進(jìn)行分析，不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，確保高層建筑結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性，提高使用壽命與質(zhì)量。