淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干要點(diǎn)

尹利茹

摘 要：伴隨城市化建設(shè)的多樣性，高層建筑已成為建筑行業(yè)中最為普遍的建筑形式，成為城市建設(shè)的一道靚麗的風(fēng)景線。高層建筑也隨著建筑設(shè)計(jì)方面的發(fā)展和變化，更加具有復(fù)雜性和多變性。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是影響高層建筑是否穩(wěn)定，質(zhì)量好壞的基礎(chǔ)，本文針對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面分析，并對(duì)設(shè)計(jì)中所存在的問題提出個(gè)人不同層面見解，有利于建筑行業(yè)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，從而促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題對(duì)策

中圖分類號(hào)：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

建筑行業(yè)已成為當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一，同時(shí)也是影響城市化建設(shè)的重要標(biāo)志。隨著大量農(nóng)村人口向城市涌進(jìn)，城市土地用地的緊張，高層建筑應(yīng)運(yùn)而生為城市人口增多問題起到巨大緩沖作用。高層建筑的興起，不僅解決了城市用地問題，同時(shí)也降低了建設(shè)成本，促進(jìn)建筑企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，加快了城市化進(jìn)程發(fā)展。因高層建筑受建設(shè)高度的影響，在高層建筑建設(shè)過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不單影響著功能和質(zhì)量，也關(guān)乎著建筑安全。在建設(shè)過程中要結(jié)合建筑的實(shí)際要求對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合考慮，以便高層建筑科學(xué)合理建設(shè)。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

高層建筑是當(dāng)今城市生產(chǎn)和消費(fèi)發(fā)展達(dá)到一定程度的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)物，高層建筑的使用為社會(huì)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。對(duì)于人口密集的城市，高層建筑可利用建筑內(nèi)部的豎向和橫向交通縮短了部門之間的聯(lián)系距離，提高了效率。除此之外，大幅度縮小了城市中心地段大面積建筑的用地問題，減少了市政建設(shè)投資和縮短建筑工期。因此，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也成為建設(shè)中至關(guān)重要的問題，它不僅要在設(shè)計(jì)過程中保證高層建筑能夠承受水平方向的荷載，還應(yīng)保證高層建筑能夠承受垂直方向的荷載，在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要通過建筑的平面、體型、立面的質(zhì)量和剛度之間進(jìn)行比例計(jì)算和設(shè)計(jì)，保持建筑未定性。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，也要考慮建筑的防火設(shè)計(jì)、抗震和抗風(fēng)的設(shè)計(jì)等綜合性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證高層建筑的穩(wěn)定和安全使用。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題分析

1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中細(xì)節(jié)問題

1.1 挑板

挑板在高層建筑結(jié)構(gòu)布置中尤為重要，出挑板可以調(diào)勻邊跨底板鋼筋，黨底板鋼筋通常布置時(shí)不會(huì)因邊跨鋼筋而加大整個(gè)底板鋼筋通長筋，比較節(jié)約。如是天然地基和其他人工地基的坎上時(shí)，對(duì)天然地基采用加挑板，可以降低整體沉降，如果荷載偏心時(shí)，在特殊部位加設(shè)挑板，則可調(diào)整整體沉降和傾斜。窗井部位可以在挑板上砌墻，并且不計(jì)算挑板長度，不宜再出長挑板。如建筑中有地下室的設(shè)計(jì)，可在挑板使用時(shí)結(jié)合窗井橫隔墻實(shí)際情況靈活掌握，從建筑角度考慮挑板，取消挑板可使用柔性防水做法。并且在挑板的陽角問題上，在基礎(chǔ)的底面積當(dāng)中陽角面積比較小，因此可以直接使用直角，陽角可以在懸挑部分保持不變的狀態(tài)下，不再使用輻射筋。

1.2 基坑

在挖基坑過程中，基坑邊緣的土因受摩擦角的約束不會(huì)發(fā)生反彈，而基坑中心的土因采用人工方式進(jìn)行處理，則會(huì)發(fā)生反彈現(xiàn)象，如存有較大摩擦力可忽略中心地帶土壤反彈問題。對(duì)于基坑挖掘過程和箱底沉降時(shí)，應(yīng)綜合考慮基坑的基地附加應(yīng)力對(duì)稱的計(jì)算和基地壓力計(jì)算。

1.3 梁、板跨度

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，梁、板跨度的計(jì)算應(yīng)考慮建筑的實(shí)際情況，常用的凈跨是1∶1倍，但只適用于常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而高層建筑中采用的是寬扁梁1∶1倍不適用。梁板結(jié)構(gòu)是根據(jù)梁的中心線上的一剛性支座，在扁梁結(jié)構(gòu)中，梁板的比例差不多，應(yīng)以梁中心進(jìn)行長度計(jì)算跨度，選取梁中心的彎矩和梁厚，及梁邊彎矩和板厚配筋，取兩者數(shù)值較大配筋，如在計(jì)算過程中有柱子設(shè)計(jì)，柱子可認(rèn)為是禪達(dá)截面梁，梁配筋時(shí)取柱子邊彎矩值。對(duì)于單跨版和梁：兩端擱置在磚墻體上的板Lo=Ln+a≤Ln+h；兩端與梁整體連接的板Lo=Ln+b；單跨梁Lo=Ln+a≤1.05Ln。對(duì)于多跨連續(xù)板和梁：邊跨Lo=Ln+a/2+b/2且Lo≤Ln+h/2+b/2（板），Lo≤1.025Ln+b/2（梁）；中間梁Lo=Lc且Lo≤1.1Ln（板），Lo≤1.05Ln（梁）。其中Lo為梁、板的計(jì)算跨度；Ln為梁、板的景跨度；h為板的厚度；a為梁、板在墻體上的支承長度；b為梁、板的中間支座寬度。

1.4 主梁處如有次梁情況

一般在建筑過程中梁是建筑的中心，但有的建筑中不單只有主梁有時(shí)也會(huì)有次梁情況，這種情況下應(yīng)再加附加筋。一般情況下首先考慮加箍筋，位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)集中荷載應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔(dān)，也就是應(yīng)在梁下部的集中力位置添加附加筋。其他情況下不必附加筋，附加筋的使用取決于從次梁的受壓區(qū)頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的技術(shù)問題

2.1 高層建筑中的抗風(fēng)設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮高層建筑自身樓層多、高度高的特點(diǎn)，應(yīng)考慮高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。與其他多層建筑比較，高層建筑表面，更易改變風(fēng)的流動(dòng)性和空氣動(dòng)力，會(huì)因此導(dǎo)致建筑產(chǎn)生震動(dòng)影響建筑樓體的穩(wěn)定性并對(duì)樓體表面造成傷害。在針對(duì)這一問題首先要考慮建筑的基地問題，應(yīng)采用高級(jí)砂石，其次，施工過程中利用耗能構(gòu)件對(duì)剪力墻和樓板進(jìn)行耗能設(shè)計(jì)，并且應(yīng)選用高性能的混凝土，減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力造成的水平問題。最后，在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)承受力和抗風(fēng)性的數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，應(yīng)放大所計(jì)算的系數(shù)，以減少風(fēng)能對(duì)建筑造成的傷害。

2.2 高層建筑中的抗震設(shè)計(jì)

應(yīng)受地殼運(yùn)動(dòng)影響，地震也是影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要因素，而當(dāng)今許多高層建筑抗震設(shè)計(jì)是按照常規(guī)建筑設(shè)計(jì)，因此，所采用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)并不符合高層建筑。在對(duì)高層建筑的抗震設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮建筑的實(shí)際數(shù)據(jù)制定科學(xué)合理的抗震設(shè)計(jì)方案，并做出具體操作。在地震中，基地很容易遭受破壞，在樁基設(shè)計(jì)時(shí)可加深樁基埋藏，增加樁基和土部結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)性。然后，應(yīng)合理布置抗測(cè)力構(gòu)件，加強(qiáng)水平方向和垂直方向的測(cè)力構(gòu)件，形成完整的應(yīng)力體系。同時(shí)，增加墻體和樓板的厚度控制建筑地震時(shí)，發(fā)生位移。也要對(duì)建筑的扶壁、筒口、筒腳進(jìn)行簡單化處理，達(dá)到相應(yīng)的建筑物對(duì)稱。綜上所述，降低了地震發(fā)生時(shí)對(duì)樓體造成的傷害。

2.3 高層建筑中的防火設(shè)計(jì)

防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是高層建筑首要技術(shù)難題，因高層建筑高度較高，建筑材料又易燃，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)高層建筑因設(shè)計(jì)及高度問題極易造成難以疏散、人財(cái)損失嚴(yán)重的問題。因此，在高層建筑防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)加強(qiáng)防火結(jié)構(gòu)間的距離控制，并且結(jié)合建筑建設(shè)過程中實(shí)地地形考慮，加大處理。而且在選用材料時(shí)，盡量選擇耐火材料，以減少易燃材料的使用。此外，如火災(zāi)發(fā)生時(shí)，及時(shí)進(jìn)行疏散也是防火設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于高層建筑的疏散形同設(shè)計(jì)，高層建筑應(yīng)選用雙通道設(shè)計(jì)，同時(shí)增加防煙區(qū)、耐火區(qū)和避難層的區(qū)域設(shè)計(jì)，也可設(shè)置隔離設(shè)置，不僅阻止了火災(zāi)發(fā)生時(shí)火勢(shì)的蔓延，也加強(qiáng)了建筑的防火和消防能力。

結(jié)語

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，要求越來越高，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，不僅僅存在建筑和技術(shù)問題，也需要相關(guān)人員的配合和專業(yè)技術(shù)知識(shí)的掌握。只有對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做出綜合性、全面性的規(guī)劃，才能保證高層建筑科學(xué)、合理的建設(shè)并且安全、穩(wěn)定的發(fā)展。

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