超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問(wèn)題分析

陳志平

【摘要】近年來(lái)，我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展十分迅速，越來(lái)越多的現(xiàn)代化建筑工程得到了建設(shè)，而在現(xiàn)代化建筑工程中也常見(jiàn)超高層建筑類(lèi)型。超高層建筑具有顯著的特點(diǎn)，其對(duì)建筑結(jié)構(gòu)性能的要求也比較高，為了保證超高層建筑結(jié)構(gòu)性能滿足建設(shè)要求，就一定要重視超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，下面，本文就針對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問(wèn)題進(jìn)行分析，希望對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的幫助。

【關(guān)鍵詞】超高層;建筑結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);關(guān)鍵性問(wèn)題

超高層建筑是現(xiàn)階段建筑工程建設(shè)的重要類(lèi)型，其有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)立體空間資源的利用，并且越來(lái)越多的城市都通過(guò)超高層建筑的建設(shè)來(lái)打造城市的名牌，但建筑工程的高度越高，對(duì)結(jié)構(gòu)性能的要求就越高，而想要確保超高層建筑具有良好的結(jié)構(gòu)性能，達(dá)到建筑工程安全穩(wěn)定使用效果，就需要相關(guān)單位一定要重視對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，做好對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理設(shè)計(jì)，這也是超高層建筑建設(shè)中需要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。

1、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

在新時(shí)期環(huán)境下，越來(lái)越多的超高層建筑逐漸得到了建設(shè)，但這種超高層的建筑對(duì)結(jié)構(gòu)性能的要求比較高，這就需要做好其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。首先，超高層的建筑由于高度比較高，在水平方向往往會(huì)更易遭受自然災(zāi)害或者風(fēng)力等影響，且建筑的水平荷載會(huì)對(duì)建筑的整體造成豎向的軸應(yīng)力，所以在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅需要對(duì)建筑的豎向荷載進(jìn)行考慮，還要對(duì)建筑的水平荷載進(jìn)行深入分析;同時(shí)，超高層的建筑往往具有較大的頂部壓力，這可能會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生軸向的變形現(xiàn)象，對(duì)建筑梁的彎矩造成影響，所以在對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要重視對(duì)建筑梁的彎矩設(shè)計(jì)，防止高層的建筑出現(xiàn)軸向的變形;另外，超高層的建筑還需要具有良好的抗震性，在進(jìn)行其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中要做好結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)，確保超高層的建筑可以對(duì)地震災(zāi)害實(shí)現(xiàn)有效抵抗，提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和人民居住的安全性[1]。

2、超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的類(lèi)型

對(duì)于超高層建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)體系包括諸多的類(lèi)型，一般比較常見(jiàn)的有框架-核心筒的結(jié)構(gòu)、剪力墻的結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻的結(jié)構(gòu)等體系。在框架-核心筒的結(jié)構(gòu)中，其能夠?qū)^大豎向以及水平方向的荷載進(jìn)行承載，為了確保此建筑結(jié)構(gòu)外觀滿足要求，基于其結(jié)構(gòu)體系還會(huì)在兩側(cè)進(jìn)行四道水平方向剪力墻的設(shè)置，對(duì)上部的大跨度性裝飾的構(gòu)架進(jìn)行支撐;在剪力墻的結(jié)構(gòu)中，主要是使用鋼筋的混凝土板進(jìn)行建筑承重體系的構(gòu)建，其結(jié)構(gòu)在水平的反向作用下不容易出現(xiàn)變形或者側(cè)移等情況;在框架-剪力墻的結(jié)構(gòu)中，主要是將框架結(jié)構(gòu)和剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合而進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)超高建筑的靈活布局，還能夠提升其建筑整體抗震能力，但在這種結(jié)構(gòu)體系的使用中，要做好剪力墻數(shù)量的合理控制，如果其數(shù)量太多的話，就會(huì)導(dǎo)致建筑成本的增加，而如果數(shù)量太少的話，就會(huì)增加建筑的側(cè)墻壓力，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的變形現(xiàn)象發(fā)生[2]。

3、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問(wèn)題

3.1結(jié)構(gòu)超高問(wèn)題

超高層的建筑具有顯著的特點(diǎn)，在對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中首先要面對(duì)的就是超高問(wèn)題，一定要根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求實(shí)施設(shè)計(jì)，對(duì)建筑的高度等級(jí)進(jìn)行明確。建筑的高度和抗震能力有著密切關(guān)系，一些設(shè)計(jì)人員在對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中往往由于結(jié)構(gòu)類(lèi)型的變換而忽視了超高情況，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)沒(méi)有滿足超高條件下的抗震要求。因此，在進(jìn)行其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一定要重視對(duì)超高問(wèn)題的關(guān)注和分析，并做好對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案審核，確保滿足超高條件下的要求[3]。

3.2結(jié)構(gòu)受力性能問(wèn)題

在對(duì)超高層的建筑結(jié)構(gòu)實(shí)施設(shè)計(jì)中，往往設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中對(duì)超高層的建筑結(jié)構(gòu)特征缺乏考慮，對(duì)建筑空間結(jié)構(gòu)則過(guò)于關(guān)注，這就會(huì)導(dǎo)致空間設(shè)計(jì)和受力設(shè)計(jì)存在不匹配的情況，使建筑結(jié)構(gòu)的受力性能出現(xiàn)問(wèn)題。因此，對(duì)其建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，一定要對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際特征進(jìn)行考慮，對(duì)其結(jié)構(gòu)體系向下的作用力以及地基的承載力等進(jìn)行分析，確保兩者之間的合理性，同時(shí)還要明確建筑結(jié)構(gòu)主要的承重部位，對(duì)其布局以及數(shù)量實(shí)施合理設(shè)計(jì)。

3.3重力荷載傳遞問(wèn)題

在超高層的建筑中，由于其層級(jí)較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其重力荷載往往會(huì)出現(xiàn)多種途徑的傳遞，這對(duì)整體結(jié)構(gòu)性能會(huì)造成影響，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要面臨的研究難題。在對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一定要對(duì)重力荷載具體傳播的路徑進(jìn)行全面的掌握和分析，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行樓板布置和結(jié)構(gòu)體系的合理選擇。在樓板方案設(shè)計(jì)中按照建筑內(nèi)部裝飾、設(shè)備的分布等情況實(shí)施綜合性考慮，按照實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行最佳位置的選擇。同時(shí)還要對(duì)施工的周期以及施工的成本等進(jìn)行考慮，在對(duì)建筑的重力荷載分析中可以選擇單向或雙向?qū)Ш煞绞竭M(jìn)行傳遞。另外，在超高層的建筑轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)中，可以使用梁式、空腹和桁架式等方式，如果結(jié)構(gòu)中存在多種情況荷載轉(zhuǎn)換的路徑，還可以借助軟件模擬功能來(lái)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)的合理性[4]。

3.4嵌固端問(wèn)題

嵌固端是超高層的建筑需要重點(diǎn)考慮的部分，嵌固端直接關(guān)系到建筑主體的穩(wěn)定性。在超高層的建筑中，為了充分實(shí)現(xiàn)最大化的土地資源利用效果，往往需要設(shè)置相應(yīng)的地下室空間，而這對(duì)建筑基礎(chǔ)的埋深就提出了很高的要求，所以要做好對(duì)嵌固端位置的合理設(shè)置。在進(jìn)行嵌固端的確定中，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)嵌固端相關(guān)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確把握，正是因?yàn)榍豆潭松婕暗降膮?shù)比較復(fù)雜，也導(dǎo)致此部分設(shè)計(jì)中常常出現(xiàn)問(wèn)題，因此一定要重視嵌固端問(wèn)題。比如，在進(jìn)行嵌固端設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)剪切的剛度法對(duì)側(cè)向的剛度實(shí)施計(jì)算，對(duì)地上一層以及地下一層剪切的剛度比進(jìn)行計(jì)算，后根據(jù)上層的結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比下層結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度一半還要小的標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，如果合理就可以將地下室的頂板當(dāng)作建筑結(jié)構(gòu)嵌固端使用[5]。

3.5 抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)問(wèn)題

在超高層的建筑中，由于建筑高度比較高，側(cè)面積比較大，其所需要承受的側(cè)力往往也比較大，如果忽視結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力，對(duì)建筑主體的穩(wěn)定性就會(huì)造成很大的影響，因此一定要做好對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的設(shè)計(jì)。首先，要按照超高層的建筑高度進(jìn)行抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)體系選擇，若建筑高度不超過(guò)100m，就可以使用框架的結(jié)構(gòu)或者框架和剪力墻的結(jié)構(gòu)，若建筑高度于100-200m的范圍內(nèi)，就可以使用剪力墻的結(jié)構(gòu)或者框架和核心筒的結(jié)構(gòu);然后，如果一定要通過(guò)組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)，就要對(duì)各個(gè)單獨(dú)的體系實(shí)施計(jì)算，對(duì)其不同受力的情況實(shí)施分析，并對(duì)抗震的防線進(jìn)行確定;另外，如果是核心筒和鋼框架混合的結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠淇箓?cè)力的體系具有較大自重差，所以施工設(shè)計(jì)中要按照先核心筒后框架施工的順序進(jìn)行，且將高差控制于4-8層的范圍內(nèi)。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，由于超高層的建筑具有顯著的特點(diǎn)，為了確保其建筑結(jié)構(gòu)的功能性，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一定要嚴(yán)格按照相關(guān)設(shè)計(jì)原則，全面掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展，這對(duì)超高層建筑整體性能的保障以及長(zhǎng)期使用具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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