關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計的初步探討

摘 要：工程建設(shè)單位在展開建設(shè)高層建筑的工作前，需結(jié)合各種工程建設(shè)條件，來選擇結(jié)構(gòu)的類型，而后才能對結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)工作進行安排。高層建筑的結(jié)構(gòu)本身就比較復(fù)雜，在上下樓層空間不同的條件下，設(shè)計者還需增設(shè)轉(zhuǎn)換層。因此可知選型工作對于保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要意義。現(xiàn)結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計條件，探討選型設(shè)計的相關(guān)工作建議。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)選型；設(shè)計方法

高層建筑需要有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與合理的空間排布，設(shè)計者需結(jié)合設(shè)計要求來安排結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。在結(jié)構(gòu)設(shè)計初期，需要預(yù)先展開結(jié)構(gòu)選型工作，選型時，需考慮到抗震性能、經(jīng)濟性與結(jié)構(gòu)的適用性，還需通過模擬技術(shù)，來設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)進行模擬，確定結(jié)構(gòu)建設(shè)工作是否可行，總之結(jié)構(gòu)選型工作必須被建筑設(shè)計者重視，現(xiàn)針對結(jié)構(gòu)選型工作的問題，分析結(jié)構(gòu)選型階段的設(shè)計方法。

1 影響結(jié)構(gòu)選型工作的主要因素

設(shè)計建筑時，既要將其當做一個獨立的設(shè)計對象，同時還要把握周邊環(huán)境給建筑帶去的影響，建筑本身可以被分割為獨立的個體，進行設(shè)計工作時，需要克服統(tǒng)計性問題，把握建建筑設(shè)計元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，通過具有一定層次性的方法來設(shè)計建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，克服結(jié)構(gòu)選型過程中的各種施工問題。掌握影響選型工作的因素之后，選型工作可隨之變得更加科學(xué)。

首先建筑所處的環(huán)境條件會影響選型活動，如基本風(fēng)壓、場地條件以及設(shè)防烈度；建筑建設(shè)方案也會給選型活動帶去影響，如建設(shè)方要求的長寬比、高寬比以及高度數(shù)值直接決定著建筑的體型設(shè)計活動，設(shè)計建筑時應(yīng)當考慮到立體體型與平面體型，設(shè)計平面體型時，必須考慮到剛度偏心、平面質(zhì)量、對稱性以及規(guī)則性。對立體體型進行調(diào)整時，則需要考慮到層間剛度、收進體型以及高寬比等參數(shù)。

建筑具體的使用功能也會給結(jié)構(gòu)選型帶去影響，當前城市中的建筑包括辦公樓、居民住宅以及綜合功能的建筑，參考建筑的功能來選擇建筑結(jié)構(gòu)的類型。如果設(shè)計的是居住型住宅，應(yīng)當增加分隔墻體，設(shè)置多個空間，各個樓層的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)也應(yīng)當保持一致，在設(shè)計具有這種空間特點的建筑時，可給其使用框架剪力墻式的建筑結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)選型工作還會受到施工建設(shè)工期的影響，建設(shè)高層建筑時需投入過多的資金，工期控制要求也比較嚴格，為了盡早結(jié)束工期，設(shè)計者可考慮在技術(shù)條件允許的范圍內(nèi)簡化建筑的結(jié)構(gòu)。除此之外，施工建設(shè)水平與建材供應(yīng)情況也會帶來影響。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的主要特點

在進行低層和多層房屋結(jié)構(gòu)時，一般控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計的是豎向荷載，主要是重力。但是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，雖然豎向荷載對結(jié)構(gòu)設(shè)計具有很大影響影響，但起決定性作用卻是水平荷載。主要原因是建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(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。

采用框架體系和框架--剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應(yīng)力通常比邊柱的軸壓應(yīng)力要打，中柱的軸向壓縮變形要比邊柱的軸向壓縮變形大。假如房屋很高，此種軸向變形的差異將會達到較大的數(shù)值，其后果相當于連續(xù)梁中間支座沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅要對正常使用時的風(fēng)荷載、豎向荷載加以考慮，還要保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，確保小震不壞、大震不倒。

充分考慮地基承載力或樁基承載力，假設(shè)在同樣地基或樁基的條件下，減低房屋自重實際上是指在保持原有基礎(chǔ)造價以及處理措施的基礎(chǔ)上，能夠多建層數(shù)，在軟弱土施工的工程項目經(jīng)濟效益尤為明顯。地震效應(yīng)隨建筑的重量增大而增大，所以降低房屋自重可以有效提高結(jié)構(gòu)抗震能力。

3 設(shè)計建議

在結(jié)構(gòu)選型階段，必須做好相關(guān)的計算工作，根據(jù)技術(shù)參數(shù)來對結(jié)構(gòu)構(gòu)建的安裝位置進行調(diào)整，保持建筑結(jié)構(gòu)的耐久性與安全性，使結(jié)構(gòu)可在更長的時間范圍內(nèi)支撐建筑，結(jié)構(gòu)選項還要參考建筑的抗震設(shè)計要求，綜合多個方面的影響，選出最適合的建筑結(jié)構(gòu)類型。

在非地震區(qū)的高層建筑，水平荷載以風(fēng)荷載為主。所以非地震區(qū)高層建筑選型宜選用有利于抗風(fēng)作用的建筑體型，也就是宜選用風(fēng)壓體型系數(shù)較小的建筑體型，比如圓形、橢圓形等。流線型的建筑體型以及由下往上逐漸變小的截錐形體型的體型系數(shù)相對較小，有利于抗風(fēng)。在進行結(jié)構(gòu)平面布置時，宜使用結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度分布盡量均勻?qū)ΨQ，以減輕風(fēng)荷載作用下扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響，并應(yīng)限制結(jié)構(gòu)高寬比，防止傾覆和失穩(wěn)。地震區(qū)高層建筑的體系選型，實際上屬于抗震概念設(shè)計范疇，它是在總結(jié)震害規(guī)律及工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，以宏觀概念為指導(dǎo)，正確地解決高層建筑的總體方案，選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，以達到合理抗震。通常應(yīng)選擇對抗震有利的地段，選用整體性較好的基礎(chǔ)，立體結(jié)構(gòu)應(yīng)具有合理的地震作用傳遞途徑，擁有多道抗震防線，具有必要的剛度和強度，具有合理的剛度和強度分布，避免豎面?zhèn)纫苿偠鹊耐蛔儭Ａ硗庖嘁诉x擇風(fēng)壓體型系數(shù)較小的形狀并限制高寬比。

對于低層、多層或高層建筑，其豎向和水平結(jié)構(gòu)體系設(shè)計的基本原理是相同的。但隨著高度的增加，由于以下兩個原因，豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計的控制因素：較大的豎向荷載要求有較大的柱、墻和井筒；更重要的是，側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多，必須精心設(shè)計。高層建筑的豎向結(jié)構(gòu)體系從上到下一層一層地傳遞累積的重力荷載，因此要求較大的柱或墻截面來承受這些荷載。同時，這些豎向結(jié)構(gòu)體系還必須把風(fēng)荷載或地震作用等側(cè)向荷載傳給基礎(chǔ)?？墒?，與豎向荷載相比，側(cè)向荷載對建筑物的效應(yīng)不是線性的，而是隨建筑物的增高而迅速增大

4 結(jié)束語

設(shè)計者在參與新的建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，必須要根據(jù)可用的空間來設(shè)計出合理的建筑結(jié)構(gòu)，提升建筑建設(shè)效益。本文主要針對結(jié)構(gòu)選型這一設(shè)計環(huán)節(jié)中的問題分析了相應(yīng)的設(shè)計問題，設(shè)計者應(yīng)當結(jié)合各種結(jié)構(gòu)設(shè)計條件與主要影響因素，來給工程選擇最佳的結(jié)構(gòu)類型，在結(jié)構(gòu)選型過程中，既要兼顧結(jié)構(gòu)建設(shè)工作的可行性，還要通過和諧結(jié)構(gòu)系統(tǒng)倆維持建筑的美感。

參考文獻

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作者簡介：馬巖波，身份證號：23010319710904391X。