高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題研究

戴雪

（中廣電廣播電影電視設(shè)計(jì)研究院 北京 100045）

0 前言

高層建筑需要在其建設(shè)工作正式開(kāi)始之前需要考慮的情況，結(jié)合具體要求，將已有的各式設(shè)計(jì)方案進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)方案的改變，保證建筑物強(qiáng)度的同時(shí)還需要保證高層建筑物的使用功能和經(jīng)濟(jì)性具有更高的性?xún)r(jià)比，使高層建筑體系發(fā)展的更加完善，提高人們對(duì)于高層建筑的滿(mǎn)意度，使高層建筑能夠在未來(lái)的時(shí)間內(nèi)獲取更加廣闊的發(fā)展空間。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的基本要求

1.1 結(jié)構(gòu)體系需要具有更加合理的地震作用途徑

在進(jìn)行對(duì)樓屋的豎向結(jié)構(gòu)和蓋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要令其具有的荷載垂直重力持續(xù)在最短路徑傳遞，保證力量傳遞至墻與豎向柱結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，需要盡可能的房主豎向構(gòu)件之間發(fā)生的處置重力承擔(dān)的荷載重量超過(guò)一到二次的轉(zhuǎn)換再次傳遞到建筑的下部結(jié)構(gòu)體系內(nèi)部的豎向構(gòu)件中。在此過(guò)程中，需要由支撐部分、簡(jiǎn)體部分、剪力墻部分、框架部分等有機(jī)構(gòu)件組成的更有效的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)方面需要保證體系明確，保證傳力更加直接，盡可能的保證貫通能夠連續(xù)，一旦發(fā)生順延豎向結(jié)構(gòu)的變化，就需要保證變化狀態(tài)均勻且緩慢。

1.2 結(jié)構(gòu)體系需要具備一定的承載能力和對(duì)應(yīng)的變形能力

因?yàn)橛袖摻罨炷翗?gòu)成的塑性?xún)?nèi)力具有更好的重分布能力，需要在一定程度內(nèi)積極消耗并主動(dòng)吸收地震產(chǎn)生的能量。針對(duì)框架中產(chǎn)生的地震抗破壞機(jī)制則需進(jìn)一步保證其節(jié)點(diǎn)不會(huì)被主動(dòng)破壞，將各個(gè)處于同一水平中的柱體兩端歷程需做出有效延長(zhǎng)，達(dá)到其最長(zhǎng)值，其中，建筑的梁比柱的表現(xiàn)出的屈服現(xiàn)象還要進(jìn)行多發(fā)生和早發(fā)生的過(guò)程，保證底層駐底能夠滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)，塑性方面則需要晚一些形成。在建筑的剪力墻體內(nèi)，需要保證各個(gè)墻段之間的變形能力足夠強(qiáng)，用于保證剪力墻能夠發(fā)揮出更加優(yōu)秀的抗震作用[1]。

1.3 結(jié)構(gòu)體系需具有合理的剛度

對(duì)于高層建筑而言，其主體具有的抗側(cè)力就夠需要保持較高的剛度，能夠滿(mǎn)足相關(guān)的建筑施工規(guī)范，并且還要保證建筑整體具有的平穩(wěn)性以及對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度延性需求，但是，因?yàn)楦邔咏ㄖ黧w中具有的主體抗側(cè)力體系大多不會(huì)有過(guò)高水平的剛度，用于防止空間過(guò)大、占地面積過(guò)大，對(duì)建筑作用造成影響。

2 加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效措施

2.1 工程概況

以某座高塔建筑為例：1號(hào)塔一共有17層，其塔頂?shù)目偢叨仍O(shè)計(jì)為80.5m，使用傳統(tǒng)的框筒結(jié)構(gòu)；2號(hào)塔共計(jì)6層，塔頂?shù)目偢叨仍O(shè)計(jì)為39.2m。使用的使傳統(tǒng)的框剪結(jié)構(gòu)；建筑群的地上裙房共有3層，建筑內(nèi)的地下室設(shè)計(jì)為1層，從屬于1號(hào)塔使用的鋼筋混凝土筑成的建筑高度。

此項(xiàng)項(xiàng)目工程自身的抗震設(shè)防類(lèi)層級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為丙類(lèi)，其主要建筑場(chǎng)地自身的基本烈度表現(xiàn)為Ⅶ度左右，建筑中發(fā)生的地震加速度大約為0.1g左右，設(shè)計(jì)地震組劃分成兩組，建筑場(chǎng)地類(lèi)別分為三類(lèi)，根據(jù)相關(guān)建筑標(biāo)準(zhǔn)將1號(hào)塔和2號(hào)塔的抗震等級(jí)設(shè)定為二級(jí)。針對(duì)此工程，本文認(rèn)為加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效措施包括以下幾種：

2.2 選擇有利的抗震場(chǎng)地

選擇對(duì)建筑物抗震屬性更加有力的地段進(jìn)行施工，需要有效的避免在不利建筑防震的地段開(kāi)展建設(shè)工作[2]。在無(wú)法避開(kāi)的情況下，需要采用更加合適的抗震加強(qiáng)手段來(lái)完善建筑抗震功能，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況來(lái)判定地基液化等級(jí)和建筑抗震設(shè)防類(lèi)別，將二者分別采取上部結(jié)構(gòu)剛性以及整體性同時(shí)加強(qiáng)建筑地基的措施來(lái)開(kāi)展全部消除或者部分消除當(dāng)前地基液化沉陷現(xiàn)象的對(duì)應(yīng)措施；處于施工場(chǎng)地內(nèi)部的實(shí)際地基受力范圍內(nèi)時(shí)，往往存有比較嚴(yán)重的不均勻土層、場(chǎng)地新近填土以及軟弱黏性土層時(shí)，需要使用加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)基礎(chǔ)、加強(qiáng)地基鞏固和地樁的方式；針對(duì)部分地震時(shí)可能造成地裂或者滑移現(xiàn)象的建筑場(chǎng)地，需要使用對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定地基的舉措。

2.3 優(yōu)化平面和立面布置

（1）建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單性。由于建筑結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在一般情況下均指地震作用下將會(huì)具有更加清晰或直接的作用傳力途徑。用來(lái)保證傳力途徑方面的簡(jiǎn)單情況，只有這樣才會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)自身的計(jì)算模型、建筑位移分析與作用內(nèi)力[3]。進(jìn)一步對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中的薄弱部位做出有效把握，所以最終的結(jié)構(gòu)性抗震性能估算也會(huì)比較可靠。

（2）建筑結(jié)構(gòu)的抗震水平和剛度。在一般情況下，水平地震產(chǎn)生的作用力是雙向的，在建筑結(jié)構(gòu)的正式布置階段需要保證結(jié)構(gòu)能夠有效的抵抗任一方向上產(chǎn)生的地震作用?；谏鲜霈F(xiàn)象，通常使用的是建筑結(jié)構(gòu)沿著平面向上兩個(gè)主軸的方向最初足夠有力的抗震能力和剛度。

（3）建筑結(jié)構(gòu)整體性。處于高層建筑的整體結(jié)構(gòu)中塔頂樓蓋會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)自身的整體性起到一定的作用，對(duì)于樓蓋而言，在建筑中的作用大致和水平隔板等同，在傳遞并且聚集建筑慣性力傳遞向各個(gè)豎向結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上對(duì)建筑體系內(nèi)的子結(jié)構(gòu)做出對(duì)應(yīng)的要求，最后還能夠承受地震作用，尤其是在豎向抗側(cè)力方面的結(jié)構(gòu)布置不夠均勻時(shí)，或者是需要使用形式更加復(fù)雜的水平抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)需要保證樓蓋和抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)可以協(xié)同作業(yè)[4]。

2.4 確保結(jié)構(gòu)的延性抗震能力

在科學(xué)合理的選擇建筑結(jié)構(gòu)之后，還需要通過(guò)一定程度的抗震措施為建筑結(jié)構(gòu)具有的實(shí)際延性抗震能力做出保障，進(jìn)而為建筑結(jié)構(gòu)中的大震、中震下實(shí)現(xiàn)抗震目標(biāo)，系統(tǒng)防震抗震能力保證下述幾方面內(nèi)容：①建筑強(qiáng)柱弱梁。人為造成的增大柱會(huì)對(duì)量體產(chǎn)生較大的抗彎壓力，使得鋼筋混凝土構(gòu)成的建筑框架處于大地震之下，梁端塑性出現(xiàn)較早。到達(dá)最高非線性位移時(shí)面對(duì)的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較低，完全不會(huì)發(fā)生該有的塑性鉸。通過(guò)這樣的方式來(lái)保證建筑框架能夠具有更加平穩(wěn)的塑性能耗能力和塑性耗能機(jī)構(gòu)；②強(qiáng)剪弱彎。在處于剪切破壞的情況下基本不會(huì)產(chǎn)生延性，對(duì)柱端造成的剪切破壞依舊有可能造成結(jié)構(gòu)的整體倒塌或者局部破壞。所以能夠通過(guò)人為的方式保護(hù)結(jié)構(gòu)性能不會(huì)發(fā)生剪切破壞的情況。

2.5 合理的高層建筑結(jié)構(gòu)體系參數(shù)設(shè)計(jì)以及計(jì)算分析

針對(duì)形式比較復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)形式，需要考慮到多種地震情況下產(chǎn)生的變形和內(nèi)力作用時(shí)，需要使用兩個(gè)以上的不同類(lèi)型的力學(xué)模型，就目前而言，主要使用的計(jì)算方式有以下兩種：①主拉應(yīng)力理論；②對(duì)應(yīng)的剪摩理論，二者能夠有效作用于砌塊結(jié)構(gòu)，在使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算之后，能夠得出更加科學(xué)合理的計(jì)算結(jié)構(gòu)，有效的提升后續(xù)的工程設(shè)計(jì)工作。對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作而言，能夠有效的控制有效質(zhì)量系數(shù)等相關(guān)的數(shù)據(jù)值。對(duì)于地下室的水平位移而言，能夠保證轉(zhuǎn)換層處于剛度方面的需求區(qū)間之內(nèi)，將有層剛度作為計(jì)算依據(jù)，充分考慮到建筑的振型數(shù)，因?yàn)楦邔咏ㄖ慕Y(jié)構(gòu)性計(jì)算難以一次完成，所以需要根據(jù)實(shí)際取得的計(jì)算結(jié)果做出多次計(jì)算，保證建筑物安全性能夠達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

綜上所述，在通常情況下，面對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，建筑企業(yè)的設(shè)計(jì)人員需要對(duì)各項(xiàng)控制指標(biāo)和建筑原則做出綜合性質(zhì)的考量，用以保證建筑物的可靠性。這樣才能夠更加有效的保證后續(xù)的高層建筑建設(shè)能夠更加經(jīng)濟(jì)合理、使用舒適和安全性。