高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

王玉菲 甄少凱 譚新 孫金輝

摘要：高層建筑物的出現(xiàn)，極大地改善了城市人群的居住環(huán)境，也有效地豐富了城市建筑物的類型。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅要滿足建筑物本身的各種特性，還要結(jié)合具體的使用目的、環(huán)境安全進(jìn)行專業(yè)有效的設(shè)計(jì)，并對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行可靠設(shè)計(jì)，以最大化地滿足高層建筑的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);要點(diǎn)

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

（一）設(shè)計(jì)中計(jì)算簡(jiǎn)圖使用問(wèn)題

在高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，存在著計(jì)算簡(jiǎn)圖不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。高層建筑的建筑高度很高，相比多層建筑需要進(jìn)行更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)與計(jì)算，結(jié)構(gòu)本身需要承受更多的荷載，但是在部分高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)建筑物承受的外力計(jì)算不準(zhǔn)確，不能合理地將各種外力影響因素進(jìn)行分析、計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖與實(shí)際建筑物的結(jié)構(gòu)體系有偏差，造成整體建筑物的結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果有誤，影響高層建筑物的施工和使用安全。

（二）設(shè)計(jì)中嵌固端位置選取問(wèn)題

在高層建筑物的設(shè)計(jì)過(guò)程中，嵌固端位置的選取問(wèn)題，影響了設(shè)計(jì)的合理性和安全性。嵌固端位置的選取對(duì)整個(gè)高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要，在某些設(shè)計(jì)中，簡(jiǎn)單地默認(rèn)地下室頂板為建筑的嵌固端，這樣的設(shè)計(jì)很不合理，是當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題。另外，并沒(méi)有對(duì)地下室頂板的剛度進(jìn)行精確的計(jì)算，如存在樓板開大洞的情況，造成地下室頂板剛度損失過(guò)大，使頂板作為嵌固端的條件不足，很可能造成結(jié)構(gòu)安全隱患。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的對(duì)策分析

（一）對(duì)計(jì)算簡(jiǎn)圖合理使用

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要善于合理地應(yīng)用計(jì)算簡(jiǎn)圖。計(jì)算簡(jiǎn)圖指用一個(gè)簡(jiǎn)化的圖形代替實(shí)際結(jié)構(gòu)，反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要性能。

高層建筑結(jié)構(gòu)體系比較復(fù)雜，很難憑空想象結(jié)構(gòu)的受力、傳力模式，而如果能熟練地使用計(jì)算簡(jiǎn)圖，就能在設(shè)計(jì)之初，對(duì)整體結(jié)構(gòu)有相對(duì)明確的把控，對(duì)下一步精細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行完善的準(zhǔn)備，雖然是計(jì)算簡(jiǎn)圖，但是各種設(shè)計(jì)的要素和重點(diǎn)應(yīng)全部涵蓋，要保證從實(shí)際出發(fā)，真正地適用于該結(jié)構(gòu)，以便于后期更好地進(jìn)行對(duì)比和計(jì)算。

另外，在計(jì)算過(guò)程中，要對(duì)各種影響計(jì)算結(jié)果的因素進(jìn)行分析，對(duì)這些影響因素可能產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)和計(jì)算，盡可能地準(zhǔn)確，保證將影響因素的作用降到最低，發(fā)揮出計(jì)算簡(jiǎn)圖的作用。

（二）對(duì)嵌固端進(jìn)行合理設(shè)計(jì)

嵌固端就是預(yù)期塑性鉸出現(xiàn)的部位，嵌固部位應(yīng)能限制結(jié)構(gòu)上部構(gòu)件在水平方向的平動(dòng)位移和轉(zhuǎn)角位移，并將上部結(jié)構(gòu)的剪力全部傳遞給下部結(jié)構(gòu)。因此在選擇嵌固端時(shí)通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)剛度和承載力的調(diào)整，使塑性鉸出現(xiàn)在設(shè)計(jì)預(yù)選的位置。對(duì)于把地下室頂板作為結(jié)構(gòu)嵌固端，首先，地下室的頂板標(biāo)高與室外的實(shí)際地面高差，一般情況下不能高于地下1層高度的1/3。

其次，地下室頂板采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，不能開設(shè)大面積孔洞，使樓板剛度滿足設(shè)計(jì)的要求。要保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力能夠得到順利的傳遞，在實(shí)際施工過(guò)程中，地下室頂板的厚度要在180 mm以上，混凝土的等級(jí)也要在C30以上，配筋率不小于0.25%才符合結(jié)構(gòu)規(guī)范要求。如地下室頂板不能滿足成為嵌固端的相關(guān)要求時(shí)，應(yīng)將嵌固端移至結(jié)構(gòu)的最底部，即地下室底板。對(duì)于不帶地下室的結(jié)構(gòu)，地震作用下結(jié)構(gòu)塑性鉸一般出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)最底部，基礎(chǔ)面作為結(jié)構(gòu)嵌固端。

（三）對(duì)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)

1、結(jié)構(gòu)抗側(cè)力合理布置

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要依照均勻、分散、對(duì)稱的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，尤其是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，更要注意嚴(yán)謹(jǐn)遵循這些原則。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了更好地控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，要對(duì)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心之間的距離進(jìn)行必要的控制，如果兩者之間的距離太大，則會(huì)出現(xiàn)高層建筑整體抗側(cè)力分配不均勻的問(wèn)題，一旦出現(xiàn)如地震、強(qiáng)風(fēng)等影響，會(huì)造成高層建筑整體扭曲的現(xiàn)象。

2、平面剛度均勻性增強(qiáng)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要對(duì)平面的剛度均勻性進(jìn)行有效的增強(qiáng)，使其更好地保證設(shè)計(jì)的合理和穩(wěn)定。平面剛度的設(shè)計(jì)在整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著降低扭轉(zhuǎn)破壞程度的作用，如結(jié)構(gòu)平面剛度分布不均，在結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，抗側(cè)剛度弱的一側(cè)就會(huì)出現(xiàn)很大位移，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要在合理的位置設(shè)置剪力墻。在剪力墻的設(shè)置過(guò)程中，要綜合分析整體建筑高層的情況，進(jìn)行對(duì)稱、合理的布置，以最大限度地減小扭曲發(fā)生的程度，保證整個(gè)建筑平面剛度均勻性，發(fā)揮出最佳的設(shè)計(jì)效果。

3、抗扭剛度結(jié)構(gòu)性增強(qiáng)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為最大地減少扭轉(zhuǎn)發(fā)生的不利影響作用，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度應(yīng)均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度應(yīng)自上而下逐漸增強(qiáng)，且應(yīng)避免抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)向剛度和承載力突變。一般情況下，增加剛度有2種途徑，第一種，對(duì)抗側(cè)力的剛度的提升，第二種，對(duì)剪力墻進(jìn)行剛度的提升。其中，在進(jìn)行剪力墻剛度提升的過(guò)程中，大多數(shù)設(shè)計(jì)會(huì)使用以下幾種方法。

（1）在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)整個(gè)高層建筑的四周進(jìn)行剛度的保障，并在四周設(shè)置L形剪力墻的設(shè)計(jì)，保證四周的穩(wěn)定。

（2）對(duì)剪力墻的厚度進(jìn)行必要的提高，提升剪力墻的剛度。

（3）增加剪力墻梁的高度，在增加的過(guò)程中，巧妙地使用樓層中窗下的位置，進(jìn)行連梁的設(shè)計(jì)，能有效提升整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。

（四）對(duì)結(jié)構(gòu)抗震進(jìn)行合理設(shè)計(jì)

1、合理選擇建筑位置

要注意對(duì)建筑物的建筑位置進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。首先，要對(duì)建筑物所在城市的地震情況進(jìn)行詳細(xì)的了解，對(duì)地震帶的分布進(jìn)行必要的勘測(cè)，在選擇建設(shè)高層建筑的過(guò)程中，不能將高層建筑物設(shè)計(jì)在地震斷裂帶的位置，這樣會(huì)增大高層建筑物的安全風(fēng)險(xiǎn)。要選擇在相對(duì)穩(wěn)定，且地震影響較小的位置進(jìn)行高層建筑物的設(shè)計(jì)。其次，要對(duì)高層建筑物的具體設(shè)計(jì)區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)，由于高層建筑物在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生一定的沉降問(wèn)題，要選擇有資質(zhì)的專業(yè)地勘單位對(duì)土層情況進(jìn)行檢測(cè)，避免高層建筑在后期的施工和使用過(guò)程中，出現(xiàn)大面積不均勻沉降現(xiàn)象，影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，也限制了抗震結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)。

2、結(jié)構(gòu)形式的選擇

不同的結(jié)構(gòu)形式直接影響建筑的抗震性能。高層建筑常用的結(jié)構(gòu)形式包括框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、鋼框架結(jié)構(gòu)等。根據(jù)建筑高度、平面布局、設(shè)防烈度等因素選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，盡可能地將抗震設(shè)計(jì)融合在整體設(shè)計(jì)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，才能使整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既安全又經(jīng)濟(jì)。

三、結(jié)束語(yǔ)

以上就是對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題的分析，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及的方面很多，存在的問(wèn)題也很多，隨著社會(huì)的進(jìn)步和建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，高層建筑也越來(lái)越多，希望本文能對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙鑫.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2020（5）：18–19，43.

[2]李盛勇，呂堅(jiān)鋒，徐麟，廖耘.高層建筑結(jié)構(gòu)合理構(gòu)成與高效率結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2020，50（4）：1–7，24.

[3]康穎.高層及多層民用建筑設(shè)計(jì)中剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].建材與裝飾，2020（6）：75–76.