關(guān)于高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

劉雨

摘 要：現(xiàn)如今，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，使得人們對(duì)住房的要求越來越高。對(duì)于住房來說，它質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，其質(zhì)量是不容忽視的。然而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直以來都是一項(xiàng)繁瑣而又重大的工作。因此，作為一名優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者可以有效的借鑒自己和別人以往的經(jīng)驗(yàn)，這樣才能更好的做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

關(guān)鍵詞：高層房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；原則

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1.1 框架結(jié)構(gòu)體系

框架結(jié)構(gòu)體系一般用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由梁和柱通過節(jié)點(diǎn)構(gòu)成承載結(jié)構(gòu)，框架形成可靈活布置的建筑空間，具有較大的室內(nèi)空間，使用較方便。由于框架梁柱截面較小，抗震性能較差，剛度較低，建筑高度受到限制；剪切型變形，即層間側(cè)移隨著層數(shù)的增加而減小；框架結(jié)構(gòu)主要用于不考慮抗震設(shè)防、層數(shù)較少的高層建筑中。在考慮抗震設(shè)防要求的建筑中，應(yīng)用不多；高度一般控制在70m 以下。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系

利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)，稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。剪力墻結(jié)構(gòu)體系于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由墻體承受全部水平作用和豎向荷載。

1.3 筒體結(jié)構(gòu)

單個(gè)筒體可分為實(shí)腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墻組成空間薄壁筒體，即為實(shí)腹筒；框架通過減小肢距，形成空間密柱框筒，即框筒；筒壁若用空間桁架組成，則形成桁筒。實(shí)際結(jié)構(gòu)中除煙囪等構(gòu)筑物外不可能存在單筒結(jié)構(gòu)，而常常以框架—筒體結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、多筒體結(jié)構(gòu)和成束筒結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)。

2 高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題剖析

2.1 地基與基礎(chǔ)方面

在這方面經(jīng)常出現(xiàn)的問題大多數(shù)是：高層房屋建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)周期短，設(shè)計(jì)人員對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)沒有做到優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行多方案比較設(shè)計(jì)、測(cè)算，做到即安全又經(jīng)濟(jì)。實(shí)際上，我們?cè)诰唧w施工時(shí)，地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要做到合理，安全適用，設(shè)計(jì)人員必須依據(jù)地質(zhì)勘察資料，統(tǒng)一考察多方面因素綜合分析基礎(chǔ)類型和上部結(jié)構(gòu)。

2.2 地下室設(shè)計(jì)方面

①在地下室抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)抗浮地下水位高度不準(zhǔn)。給結(jié)構(gòu)帶來不安全，因地質(zhì)質(zhì)料常常以自然地面向下多少米進(jìn)行抗浮計(jì)算，而實(shí)際場(chǎng)地高差較大，無法準(zhǔn)確確定水位，所以應(yīng)經(jīng)勘察單位確定正確的抗浮水位很重要。

②地下室裂縫控制，因計(jì)算機(jī)計(jì)算，經(jīng)常會(huì)統(tǒng)一按0.2mm控制，這樣會(huì)造成鋼筋量偏高，應(yīng)當(dāng)迎水面按0.2mm，其它按0.3mm控制。

③地下室外墻配筋計(jì)算中有的工程，凡圍墻扶壁柱的不區(qū)別扶壁柱尺寸大小，一律按雙向板計(jì)算配筋，而扶壁柱按地下室結(jié)構(gòu)整體電算分析配筋，又沒按雙向板傳遞荷載驗(yàn)算扶壁柱配筋。按外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)原理，外墻豎向受力鋼筋、扶壁柱配筋不足，外墻水平鋼筋有富余。

2.3 高層房屋建筑中柱、梁以及基礎(chǔ)的活荷載未按規(guī)范乘以折減系數(shù)方面

設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，在計(jì)算梁、柱和基礎(chǔ)的活荷載時(shí)未按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范活荷載乘折減系數(shù)計(jì)算其效應(yīng)組合。

2.4 房屋建筑高度、高寬比超過現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程限值方面

現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程給出的房屋最大適用高度和高寬比限值。按照現(xiàn)行抗震規(guī)范，高寬比雖然不是強(qiáng)制性條文，但是合理的高寬比對(duì)高層建筑的造價(jià)有很大的影響，因?yàn)楦邔挶冗^大（尤其在高烈度地區(qū)）將會(huì)影響建筑的位移比和剪力墻，柱，梁的配筋。一些高層建筑房屋高度超過最大適用高度規(guī)定限值，甚至個(gè)別建筑的高度和高寬比均超出規(guī)定限值。設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于房屋高度、高寬比和體型復(fù)雜程度超過現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的高層建筑，會(huì)按超限高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，還有不容忽視的問題，是高層建筑適用高度除與結(jié)構(gòu)體系類型及抗震設(shè)防烈度有關(guān)外，還與場(chǎng)地類別與結(jié)構(gòu)是否規(guī)則等因素有關(guān)，當(dāng)位于Ⅳ類場(chǎng)地或結(jié)構(gòu)平面與豎向布置不規(guī)則時(shí)，其最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低20%。

2.5 結(jié)構(gòu)縫設(shè)置不合理，縫寬度不足方面

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于超長(zhǎng)建筑物而言，為減少溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響，合理地設(shè)置伸縮縫是有必要的。有些設(shè)計(jì)人員用后澆帶代替伸縮縫，其實(shí)這種做法存在一定的問題。因?yàn)楹鬂矌H能減少混凝土材料干縮的影響，不能解決溫度變化的影響。后澆帶處的混凝土封閉后，若結(jié)構(gòu)再受溫度變化的影響，后澆帶就不能再起任何作用了。

3 高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)策

高層房屋的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在具體的操作過程中，筆者認(rèn)為應(yīng)該包括兩個(gè)方面的內(nèi)容。既包括工程整體的總結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也包括在工程內(nèi)部的每一個(gè)分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。具體來說有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋蓋結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及一些細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅僅包括選型、受力、布置等內(nèi)容，而且應(yīng)當(dāng)在滿足基本規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提升整體的經(jīng)濟(jì)效益。下面筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高層房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出相應(yīng)的建議。

第一，重視概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)，是指在具體的設(shè)計(jì)過程中，將一些明確的理念融入貫徹到具體的設(shè)計(jì)過程中，特別是通過對(duì)各種災(zāi)難性破壞事件的預(yù)估，例如地震、洪水等提升房屋建筑整體的抗破壞能力。例如在汶川地震發(fā)生以后，房屋的抗震設(shè)計(jì)開始被重視，抗震能力的提升要求從具體的構(gòu)件與構(gòu)造上著手，例如剛度的均勻性、是否對(duì)稱等都是有效提升抗震能力的重要措施。除此以外，延性設(shè)計(jì)的概念，能夠有效的控制地震發(fā)生以后對(duì)結(jié)構(gòu)的各種脆性破壞。這些設(shè)計(jì)概念只有貫穿在整個(gè)結(jié)果設(shè)計(jì)過程中，才能真正的發(fā)揮作用。

第二，水平力的考慮。在低層和多層房屋建筑結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而在高層房屋建筑設(shè)計(jì)中，盡管豎向荷載仍對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對(duì)一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力性的不同而有較大的變化，所以對(duì)風(fēng)荷載比較敏感的高層建筑，風(fēng)荷載須按100年風(fēng)壓計(jì)算。

第三，剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。高層房屋建筑的另一個(gè)重要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是剪力墻，剪力墻的功能在用提升整體建筑的強(qiáng)度與剛度水平，同時(shí)它也是圍護(hù)與房間布局分割的構(gòu)件。剪力墻結(jié)構(gòu)中，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置，它剛度大，空間整體性好，用鋼量也較少。重視剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是高層建筑質(zhì)量保證的一個(gè)重要因素。

第四，建筑自身的減重。建筑自重也是影響建筑層數(shù)與高度的一個(gè)重要因素，從經(jīng)濟(jì)效益與安全質(zhì)量的角度來考慮，減輕建筑自身的自重都是非常重要的一項(xiàng)舉措。從地基承載能力的角度來看，減輕自重意味著在樁基承載能力一定的情況下，能夠有效的降低成本或者能夠增加建筑層數(shù)，這對(duì)于提升建筑的整體經(jīng)濟(jì)利益是非常有利的。所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要在滿足設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上盡可能的減輕建筑的自重，減少樁基的負(fù)荷壓力。

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