高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析

顧浩

摘 要：民用建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個復雜的系統(tǒng)，其中存在的問題涉及到方方面面，要解決好這些問題就需要豐富的經(jīng)驗和先進的理論知識，在此前提下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師通過綜合考慮各方面設(shè)計因子，并與各種規(guī)范進行多重整合，運用科學的設(shè)計理念，做到建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計的緊密結(jié)合，選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，這樣才能設(shè)計出真正滿意的建筑。

關(guān)鍵詞：民用建筑結(jié)構(gòu)；問題；要點淺析

1 高層民用建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則

1.1結(jié)構(gòu)堅固、耐久

除按荷載大小及結(jié)構(gòu)要求確定構(gòu)件的基本斷而尺寸外，對陽臺、樓梯欄桿、頂棚、門窗與墻體的連結(jié)等構(gòu)造設(shè)計，都必須保證建筑物構(gòu)、配件在使用時的安全。

1.2應(yīng)用先進技術(shù)

在進行建筑構(gòu)造設(shè)計時、應(yīng)大力改進傳統(tǒng)的建筑方式，從材料、結(jié)構(gòu)、施工等方面引入先進技術(shù)、并注意因地制宜。

1.3合理降低造價

各種構(gòu)造設(shè)計，均要注重整體建筑物的經(jīng)濟、社會和環(huán)境的三個效益，即綜合效益。在經(jīng)濟上注意節(jié)約建筑造價，降低材料的能源消耗，又要有利于降低經(jīng)常運行、維修和管理的費用。還須保證工程質(zhì)量，不能單純追求效益而偷工減料，降低質(zhì)量標準，應(yīng)做到合理降低造價。

1.4注意美觀大方

建筑物的形象除了取決于建筑設(shè)計中的體型組合和立面處理外，一些建筑細部的構(gòu)造設(shè)計對整體美觀也有很大影響。例如欄桿的型式、陽臺的凸凹、室內(nèi)外的細部裝修，各種轉(zhuǎn)角、收頭、交接處的接頭設(shè)計.都應(yīng)合理處理.并相互協(xié)調(diào)，注意美觀大方。

2 高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)探討

2.1重視軸向變形問題，合理分配下料長度

在高層建筑施工的過程中，因為豎向負荷比較大，會導致柱中出現(xiàn)程度比較大的變形，對彎矩和連續(xù)墻造成比較大的影響。一般情況下，此影響主要有下面兩個方面：一是降低連續(xù)梁中間支座的負彎矩值，二是對跨中正彎矩的數(shù)值或端支座負彎矩數(shù)值進行增加。通過使用構(gòu)件的豎向變形和構(gòu)件進行對比，得出不安全的結(jié)果，可以參考計算軸向變形的數(shù)值對構(gòu)件下料長度的影響進行預測，然后根據(jù)預測結(jié)果合理的分配下料長度。

2.2保證建筑結(jié)構(gòu)延性，減小地震沖擊影響

高層民用建筑的機構(gòu)與低層相比，在建筑結(jié)構(gòu)方面更加柔和，并且其柔和度與建筑物的高度成正相關(guān)關(guān)系。我國處于環(huán)太平洋地震帶附近，境內(nèi)地震時有發(fā)生，因此保證高層建筑結(jié)構(gòu)變形的合理性具有非常重要的安全保護意義。為了避免在發(fā)生地震時建筑物受到較大的沖擊力，因此需要在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時做好科學的變形設(shè)置，以防止受地震危害而導致建筑物主體結(jié)構(gòu)受損或坍塌。在進行該方面工作時，可以參考借鑒日本高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，采用新型的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，既能減小建筑物的對地沖擊力，又能保證堅固性，確保高層建筑結(jié)構(gòu)具有較大的抗沖擊延性。

2.3嚴格執(zhí)行國家標準，規(guī)范制定設(shè)計安全

隨著城市化進程的加快，城市建設(shè)如火如荼的開展，相應(yīng)的城市建筑規(guī)范也有了較大的進步和完善，相關(guān)部門對于建筑結(jié)構(gòu)安全的設(shè)計也有了一定程度的重視。但是我們也應(yīng)該看到，我國現(xiàn)階段的建筑市場魚龍混雜，建筑和設(shè)計團隊水平參差不齊，存在著以此充好、濫竽充數(shù)的不良現(xiàn)象。這就要求進行高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，充分考慮到國家頒布的執(zhí)行標準的施工規(guī)范，將安全生產(chǎn)和質(zhì)量施工的意識刻入每一位設(shè)計人員腦中。加強結(jié)構(gòu)設(shè)計團隊的專業(yè)技能培訓，充分借鑒國外先進的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，并將其與實際建筑情況相結(jié)合，探討出一條實用性強、質(zhì)量水平高、可靠穩(wěn)定的標準化民用高層建筑結(jié)構(gòu)。

3 高層民用建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)注意的細節(jié)問題

3.1 高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計類型的選擇

針對高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，工程設(shè)計過程中要關(guān)注以下幾個問題：

（1）結(jié)構(gòu)超高。在抗震規(guī)范中，對建筑結(jié)構(gòu)的高度限制比較嚴格。尤其是超高問題，除了將原有的限制高度設(shè)定為A級高度外，還增加了B級高度建筑，所以，要密切關(guān)注結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)控制因素。在實際的工程設(shè)計過程中，如果發(fā)生結(jié)構(gòu)類型變更而忽略該問題的情況，必須要進行重新設(shè)計，并召開專家會議對設(shè)計進行論證，否則會對工程的工期和造價等造成重大的影響。

（2）結(jié)構(gòu)規(guī)則性。抗震規(guī)范中采用強制性的條文對建筑采用嚴重不規(guī)則設(shè)計方案的情況進行了限制。所以，結(jié)構(gòu)工程師要嚴格遵守新規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，避免在后期施工設(shè)計階段過程中的被動。

（3）嵌固端設(shè)置。因為高層民用建筑都會帶有二層或以上的人防或地下室，這樣建筑的嵌固端就有可能被設(shè)置在地下室的頂板或人防頂板上。這時，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師非常容易忽略因為嵌固端設(shè)置而造成的一系列問題，例如：嵌固端樓板設(shè)計。嵌固端上下層抗震等級一致性設(shè)計。嵌固端上下層剛度比限制。嵌固端設(shè)置設(shè)計。結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置和嵌固端的位置協(xié)調(diào)設(shè)計等。忽視其中的任何一項都容易導致后期的設(shè)計工作產(chǎn)生偏差。

3.2 高層民用建筑結(jié)構(gòu)的計算分析。在高層民用建筑結(jié)構(gòu)的計算分析階段，準確。高效地進行內(nèi)力分析，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進行相應(yīng)的設(shè)計和處理是決定工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們要對這一階段常見的問題有一定的了解，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程的要求。

3.2.1 軟件選擇?，F(xiàn)在比較常用的計算軟件包括SATWE、YJK、Midas.Building等。因為不同的軟件在進行模型的計算時會存在一定的差異，這就會造成各個軟件的計算結(jié)果出現(xiàn)偏差。因此，進行工程的整體結(jié)構(gòu)計算分析時要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的類型和軟件計算模型的特點挑選合適的計算軟件，并對不同軟件的計算結(jié)果進行比較，判斷最合理的結(jié)果，并使用其他的結(jié)果進行參考，另外，還要剔除最不合理的計算結(jié)果。只有選擇了合適的計算軟件，才不會浪費時間和精力，才能保證所有的安全隱患被排除掉。

3.3地震力的振型組合數(shù)

地震力的振型組合數(shù)，對高層建筑，當不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時，至少應(yīng)取3，當振型系數(shù)多于3 時，宜取3 的倍數(shù)，但不應(yīng)多于房屋的層數(shù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》指出，合適的振型個數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)。SATWE 已有這種功能，可以很方便地輸出這種參與質(zhì)量的比值。此外，由于耦合計算的地震剪力通常小于非耦合計算，僅結(jié)構(gòu)存在明顯扭轉(zhuǎn)時才采用耦合計算，但在必要時應(yīng)補充非耦合計算。

3.4框架結(jié)構(gòu)活荷載的最不利布置、組合

當活荷載較大時，是否進行活荷載的最不利布置、組合對計算結(jié)果的影響非常大。使程序給定的梁設(shè)計彎矩放大系數(shù)，也不一定能反映出工程實際應(yīng)力分布的情況，有可能造成結(jié)構(gòu)不安全或保守。應(yīng)注意的是PKPM中無法區(qū)分荷載規(guī)范，因此很難實現(xiàn)“荷載規(guī)范”區(qū)分荷載種類和樓面荷載折減系數(shù)的要求，程序中不區(qū)分不同的樓面活荷載類型，一般均按樓面活荷載類型考慮并取相應(yīng)的折減系數(shù)，PKPM計算程序?qū)敲婊詈奢d的折減是不全面的，使用PKPM計算時，應(yīng)考慮區(qū)分不同構(gòu)件進行分步計算，并在荷載輸入時將樓面活荷載折減。風荷載體型系數(shù)的選取應(yīng)注意，當多個建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距較近時，宜考慮風力相互干擾的群體效應(yīng)；一般可將單獨建筑物的體型系數(shù)乘以相互干擾增大系數(shù)，該系數(shù)可參考類似條件的試驗資料確定；必要時宜通過風洞試驗得出。

4結(jié)語

城市的高層民用建筑得到了快速的發(fā)展，但是仍然存在著大量的問題。在城市高層民用建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，工程師們不僅要加強對結(jié)構(gòu)計算準確性的重視程度，同時還要關(guān)注結(jié)構(gòu)方案具體實際情況的細節(jié)，并相應(yīng)選擇最佳的合理結(jié)構(gòu)方案。隨著我國高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的不斷發(fā)展，我們要嚴格遵守高層建筑設(shè)計的原則和理念，并挑選最佳的建筑結(jié)構(gòu)體系，為我國建設(shè)更好的高層建筑，促進我國建筑業(yè)的發(fā)展做出貢獻。

參考文獻

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（作者單位：南京天華江南建筑設(shè)計有限公司）