探析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文/許魯東 六環(huán)景觀（遼寧）股份有限公司 遼寧大連 116000

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)性發(fā)展與城市建設(shè)步伐加快，各地高層建筑工程的數(shù)量不斷增多，以解決城市人口密集、土地資源缺乏的問(wèn)題。與底層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較繁瑣，影響的原因也較多，一方面需要對(duì)建筑的外型比例進(jìn)行慎重思考，另一方面，還需要使建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性得到保證，兼顧防范建筑物地基沉降、風(fēng)力因素、溫度轉(zhuǎn)變、地震災(zāi)害等因素，可能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成的危害。

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)與原則

1.1 計(jì)算簡(jiǎn)圖和結(jié)構(gòu)體系的合理設(shè)計(jì)

高層建筑工程建設(shè)質(zhì)量與其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案有著直接的關(guān)系，高層建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，將決定并影響到建筑工程的最終質(zhì)量與整體性能。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，對(duì)于工程來(lái)講是十分關(guān)鍵的：優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案，一方面能夠滿足結(jié)構(gòu)形式，穩(wěn)固建筑基礎(chǔ)，另一方面還能夠降低和控制造價(jià)成本，確保工程經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

在相同的結(jié)構(gòu)單元中，高層建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一。如果高層建筑工程項(xiàng)目所在地區(qū)地震頻發(fā)，那么在應(yīng)力的設(shè)計(jì)上，應(yīng)該滿足平面和豎向的設(shè)計(jì)規(guī)則。在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，需要用到相關(guān)的計(jì)算簡(jiǎn)圖，在選取計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，應(yīng)正確反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況，使計(jì)算結(jié)果盡可能與實(shí)際相符。

1.2 高層建筑的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

抗震方面的合理設(shè)計(jì)，在建筑工程設(shè)計(jì)中是十分重要的。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)多道抗震防線，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度，用延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接延性較好的分體體系，使各延性分體體系協(xié)同工作。在發(fā)生地震時(shí)，結(jié)構(gòu)可以吸收和耗散大量的地震能量，保證結(jié)構(gòu)的安全。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合建筑物的基本體型和建筑物所處的抗震設(shè)防烈度要求。在重視抗震設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)重視結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)。建筑體型和布置，依據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則，劃分為規(guī)則和不規(guī)則兩大類(lèi)。一般在地震多發(fā)地段，宜選用規(guī)則結(jié)構(gòu)，即平面和立面規(guī)則，結(jié)構(gòu)平面布置均勻、對(duì)稱(chēng)并具有較好的抗扭剛度；結(jié)構(gòu)豎向布置均勻，結(jié)構(gòu)剛度、承載力和質(zhì)量分布均勻。

1.3 計(jì)算結(jié)果的科學(xué)分析

計(jì)算結(jié)果分析是對(duì)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析的過(guò)程。在整個(gè)高層建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)是非常方便的，也是重要的輔助工具，但當(dāng)今的計(jì)算機(jī)軟件有很多不同的種類(lèi)，而且每一種軟件所計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)結(jié)果都會(huì)有所不同。因此在計(jì)算前，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)軟件計(jì)算原理及范圍有清晰的認(rèn)識(shí)，并根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇適合本工程的計(jì)算程序，計(jì)算方法選擇不正確或是由于人為的因素導(dǎo)致輸入有誤，則會(huì)影響到計(jì)算結(jié)果的正確性。在計(jì)算完成后，應(yīng)以力學(xué)概念和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，從結(jié)構(gòu)整體和局部?jī)蓚€(gè)方面，對(duì)計(jì)算結(jié)果的合理性進(jìn)行判斷，確認(rèn)其可靠性后，方可用于工程設(shè)計(jì)。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)及解決方法

2.1 位移限值的注意事項(xiàng)

在高層建筑中，決定其定點(diǎn)位移的限值因素，包括數(shù)值大小和振動(dòng)頻率兩個(gè)方面。一般人對(duì)高層建筑振動(dòng)頻率感知是很敏感的，而對(duì)震動(dòng)幅度的大小感知相對(duì)較弱，因此只要結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)頻率不是過(guò)高就能滿足建筑的應(yīng)用舒適度。為了避免由于結(jié)構(gòu)的變形過(guò)大而產(chǎn)生的層間相對(duì)位移現(xiàn)象，現(xiàn)有規(guī)范中對(duì)限值的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)是較嚴(yán)格的。再加上各種計(jì)算程序在算法中的區(qū)別，同一個(gè)結(jié)構(gòu)若采取不同的程序計(jì)算，會(huì)造成層間位移數(shù)值的較大差異。最主要原因是，每個(gè)軟件對(duì)層間位移的定義各不相同，有些是考慮樓層在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)后其最大角點(diǎn)的位移狀況，有些則單指樓層的形心位移情況。

2.2 抗風(fēng)構(gòu)件設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

為了讓高層建筑的抗風(fēng)構(gòu)件符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的牢固性需要，在抗風(fēng)設(shè)計(jì)當(dāng)中需做好下面幾項(xiàng)工作：首先，高層建筑的基礎(chǔ)結(jié)實(shí)，上部分的結(jié)構(gòu)才可以穩(wěn)固，所以要明確混凝土的級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用級(jí)配高的砂石是最佳的選擇，以加大基礎(chǔ)持力層厚度，加置抗拔的錨桿構(gòu)件，提升建筑基礎(chǔ)的牢固性；其次，增加高層建筑的構(gòu)件，例如剪力墻、樓板等，可抵消風(fēng)能對(duì)結(jié)構(gòu)造成的不利因素，確保結(jié)構(gòu)的牢固；最后，降減風(fēng)力的水平負(fù)荷與風(fēng)力相加對(duì)高層所造成的影響。

2.3 超高設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

基于抗震性能以及質(zhì)量安全的考慮，高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)要遵守一定的高度限制要求。建筑設(shè)計(jì)人員要在高度允許的范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)好其它的參數(shù)，使高層建筑設(shè)計(jì)能滿足施工實(shí)際需求。對(duì)于不能通過(guò)審核的圖紙，應(yīng)該重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免由于超高現(xiàn)象造成的安全隱患。

2.4 剪力墻設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

在新的高規(guī)中，對(duì)斷肢剪力墻有了全新的定義，指墻肢的截面高度和厚度比在五到八之間剪力墻。在建筑工程中所使用的短肢剪力墻，會(huì)因?yàn)榻ㄖ牧腺|(zhì)量的問(wèn)題而產(chǎn)生安全隱患，為了保證高層建筑的剛度，高層建筑要盡量避免使用短肢剪力強(qiáng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)建筑混凝土墻的開(kāi)孔個(gè)數(shù)、位置、方法作限制，以免出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的隱患。在作建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還需要嚴(yán)設(shè)計(jì)材料的使用規(guī)格，避免因?yàn)槭┕げ牧腺|(zhì)量不合格，造成高層建筑質(zhì)量及安全隱患。

2.5 其他注意事項(xiàng)

首先，必須加強(qiáng)對(duì)于結(jié)構(gòu)延展性的設(shè)計(jì)。這主要是針對(duì)高層建筑容易出現(xiàn)的變形、倒塌等問(wèn)題而言的，尤其是對(duì)于地震災(zāi)害來(lái)說(shuō)，這種延展性更是極為關(guān)鍵，必須要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出這種柔和度特點(diǎn)來(lái)。其次，要加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)的水平力設(shè)計(jì)。所謂的水平力，指高層建筑在同一平面內(nèi)的各種力學(xué)載荷特點(diǎn)，其對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的影響也是比較明顯的，必須在設(shè)計(jì)過(guò)程中加強(qiáng)控制。最后，應(yīng)當(dāng)確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。比如對(duì)于短肢剪力墻設(shè)置的控制，就是較為典型的一個(gè)方面。

綜上所述，上文對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題實(shí)行了研究分析，同時(shí)提出了一些自己的想法和建議，期望提升高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。