超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題研究

從飛

摘 要 本文把超高層建筑當(dāng)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為重點(diǎn)問(wèn)題展開(kāi)分析，同時(shí)還結(jié)合了相關(guān)的建筑實(shí)例展開(kāi)深入研究，就是為了給超高層建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出一些可行的建議。本篇文章以超高層建筑為切入點(diǎn)，研究其基本構(gòu)造，通過(guò)科學(xué)方法計(jì)算相關(guān)的彈性指標(biāo)，分析其方案設(shè)計(jì)中可能存在的缺陷與不足之處，然后在此基礎(chǔ)上提出有效的解決方案。

關(guān)鍵詞 超高層;建筑結(jié)構(gòu);關(guān)鍵問(wèn)題

1工程概況

以某一建筑高度較高的商業(yè)用建筑物為例，它所占用的土地區(qū)域形狀為倒L形，樓層數(shù)為56層，其中包括辦公樓層46層、商業(yè)裙房6層以及地下室4層，建筑面積達(dá)到29.4萬(wàn)平方米，其中包括地面以上建筑面積17.2萬(wàn)平方米和地面以下建筑面積12.2萬(wàn)平方米。主要區(qū)域是辦公樓層，長(zhǎng)度有54.6m，寬度有35.5米，高度達(dá)到200m，這一區(qū)域設(shè)置有以下場(chǎng)所：首先是用以辦公，其次是餐飲服務(wù)部門(mén)，然后是接待客人用的會(huì)所，最后還有發(fā)生緊急狀況時(shí)用以避難的場(chǎng)所等;裙樓的長(zhǎng)度有142.4m，寬度有171.65m，高度達(dá)到30m，這一區(qū)域設(shè)置有如下場(chǎng)所：首先是用以開(kāi)展商業(yè)活動(dòng)的場(chǎng)所，然后是用以日常辦公的區(qū)域等;地下室的長(zhǎng)度有244.3m，寬度有165.2m，其中設(shè)置有商業(yè)專(zhuān)用區(qū)域，停放員工車(chē)輛的區(qū)域以及存放貨物的區(qū)域等。本篇文章則將研究重點(diǎn)放在主塔樓的基本構(gòu)造和設(shè)計(jì)方案[1]。

2結(jié)構(gòu)體系的確定

2.1 豎向構(gòu)件

主塔樓在建筑過(guò)程中使用的材料是鋼管混凝土，通過(guò)這種材料先將主要的框架搭建起來(lái)，使之能夠支撐側(cè)方零部件所產(chǎn)生的部分作用力;在核心筒選擇合適的位置安裝型鋼暗柱，一方面能夠使結(jié)構(gòu)具備良好的延展性，另一方面能夠讓建筑物在安全范圍內(nèi)承受更大的重量。塔樓的截面為矩形，其高度值相比寬度值而言要超出許多，兩者之間的比例為5.6，外圍框架中每?jī)筛黧w之間的距離為9m，核心筒的長(zhǎng)度有31.8m，寬度有12.6m，核心筒的建筑面積相對(duì)來(lái)說(shuō)較大，占到總建筑面積的五分之一左右。在該工程項(xiàng)目中，核心筒的高度值相比寬度值而言也要超出許多，兩者之間的比例Y可達(dá)到15.7，這就意味著Y向并不具備較高的剛度。在核心筒選擇合適的位置安裝型鋼暗柱和型鋼暗梁，一方面能夠使結(jié)構(gòu)具備良好的延展性，另一方面能夠讓建筑物在安全范圍內(nèi)承受更大的重量。所采用的鋼管柱型號(hào)有兩種，第一種是f1200，第二種是f1300，墻壁厚度最小至少有25mm，最大可達(dá)到28mm。出于對(duì)建筑物抗震能力和抗震效果的考慮，在本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)遵循雙重抗側(cè)力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)可供選擇的各種方案進(jìn)行相關(guān)的指標(biāo)計(jì)算和深入分析之后可得出如下的結(jié)果。方案A：將鋼梁與鋼筋混凝土筒體鉸接。該方案中涉及的工序操作較少，并不具備太大的難度，但是劣勢(shì)在于Y向不具備較強(qiáng)的剛度，若是核心筒墻體的厚度與其他方案的要求一致，并且外框架柱的截面也與其他方案之間不存在較大的差異，那么它的位移角將是風(fēng)力作用和地震影響之下能夠承受的最大值，達(dá)到（1/602），而相關(guān)規(guī)定中指出的上限值為（1/615）。

方案B：將鋼梁與筒體鉸接。建筑物的38層是在緊急情況下用以避難的場(chǎng)所，在這里安裝K形伸臂鋼桁架，數(shù)量為2道，作用在于對(duì)建筑物形成更好的保護(hù)作用。相比方案A而言，它的特殊之處也正在于此，它能夠使產(chǎn)生的位移角達(dá)到預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求;但是這種方案也存在不足之處，伸臂桁無(wú)法與核心筒墻體相連，無(wú)法產(chǎn)生夾角，故而在使用過(guò)程中將無(wú)法有效平衡各個(gè)位置所受到的承重作用，這在方案設(shè)計(jì)中是一個(gè)難點(diǎn)。

方案C：將鋼梁與鋼筋混凝土筒體剛接。采用這種建筑方式能夠使建筑物具備較強(qiáng)的剛度，但是不足之處在于，建筑環(huán)節(jié)涉及的工序流程煩瑣復(fù)雜，操作起來(lái)具有一定的難度，可能無(wú)法在預(yù)定的期限內(nèi)完成建設(shè)工作。

將多方面可能產(chǎn)生影響的因素均納入考慮范圍之后，最具可行性的是方案A，即將鋼梁與鋼筋混凝土筒體鉸接。之后將會(huì)重點(diǎn)研究有關(guān)位移角的問(wèn)題。

2.2 平面樓蓋體系

在此次工程項(xiàng)目中，地下室的樓蓋在建設(shè)過(guò)程中使用的材料是鋼筋混凝土，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是鋼-混凝土組合樓蓋[2]。

3彈性計(jì)算分析

依據(jù)建筑物高度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，該建筑工程的高度是超B級(jí)，要求具備的抗震能力是乙類(lèi)，需要采取的抗震措施是8度，所使用的場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。在地震強(qiáng)度較小或是中等級(jí)別的情況下，特征周期應(yīng)當(dāng)設(shè)置為0.35s;若是地震強(qiáng)度較高，那么特征周期應(yīng)當(dāng)設(shè)置為0.45s;主塔樓應(yīng)當(dāng)設(shè)置周邊外延3跨和2跨，其中3跨的高度至少應(yīng)當(dāng)超過(guò)20m，而2跨的高度應(yīng)當(dāng)保持在20m的范圍之內(nèi)。主塔樓的地下室應(yīng)當(dāng)具有較高的抗震能力，通常將其設(shè)定為特一級(jí)或是一級(jí)，其他部分的抗震等級(jí)可以有所降低，通常將其設(shè)定為二級(jí)。

4幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的分析和討論

4.1 抗側(cè)力體系

若是各個(gè)樓層的剪力均設(shè)定為在基礎(chǔ)的固定倍數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整和變化，這將會(huì)是不恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致剪力值過(guò)高，無(wú)法發(fā)揮其原本的作用;同時(shí)，若是對(duì)剪力進(jìn)行分配時(shí)將其比例值設(shè)定的過(guò)低，無(wú)論采取何種措施，最終得出的剪力值仍然不會(huì)達(dá)到較高的范圍，這樣便無(wú)法達(dá)到較高的抗震能力。相比之下，較為恰當(dāng)?shù)淖龇☉?yīng)該是，先考慮每個(gè)樓層的具體情況，將其剪力在不同的樓層之間合理分配。若是樓層設(shè)防烈度為8度，那么每個(gè)樓層分配的剪力至少應(yīng)當(dāng)達(dá)到層剪力的四分之一左右;若是樓層設(shè)防烈度較低，分配比例也可隨之降低。具體可見(jiàn)表1所示。

4.2 剛重比

剛重比將會(huì)在很大程度上影響到最終的計(jì)算結(jié)果，若是出現(xiàn)不當(dāng)操作便會(huì)得出截然不同的結(jié)論。通常來(lái)說(shuō)，地下室回填土能夠?qū)ㄖ锝Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生或多或少的約束，使得建筑物能夠保持良好的穩(wěn)定性;與此同時(shí)，若是產(chǎn)生風(fēng)力影響或是發(fā)生地震，大底盤(pán)裙樓產(chǎn)生的位移較小，這也能夠在一定程度上確保建筑物的穩(wěn)定性，然而相關(guān)的負(fù)責(zé)人員在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，卻得出了截然不同的結(jié)果，之所以會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象，其原因主要在于計(jì)算程序只考慮了側(cè)向等效剛度，沒(méi)有將地下室回填土發(fā)揮的作用納入考慮范圍之內(nèi)。由此可見(jiàn)，計(jì)算剛重比時(shí)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮樓層較高的部分。

4.3 層間位移角

在該工程項(xiàng)目中，Y向不具備較強(qiáng)的剛度，產(chǎn)生的位移角相對(duì)而言較大，它的位移角是風(fēng)力作用和地震影響之下能夠承受的最大值，達(dá)到1602，而相關(guān)規(guī)定中指出的上限值為1615。本工程項(xiàng)目的最大層間位移角與規(guī)范限值之間的比例關(guān)系為1.01，若是放松5%便能夠達(dá)到預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

5結(jié)束語(yǔ)

由于我國(guó)城市化水平的逐漸提高，城市的人口日益增多與土地資源的短缺形成了尖銳的矛盾，現(xiàn)階段的城市建設(shè)早就滿足不了目前城市化發(fā)展的需求。故而城市化的發(fā)展建設(shè)中，離不開(kāi)超高層建筑，而且對(duì)其數(shù)量、質(zhì)量要求也必然會(huì)相應(yīng)有所提高。對(duì)于超高層建筑而言，設(shè)計(jì)是其中最為關(guān)鍵的一個(gè)階段，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)階段當(dāng)中，又是極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，本文圍繞超高層建筑當(dāng)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，先是分析了一些關(guān)鍵性問(wèn)題，接下來(lái)又探討了怎么樣提高超高層建筑的設(shè)計(jì)水平。在設(shè)計(jì)超高層房屋建筑項(xiàng)目的時(shí)候，必須要考慮建筑項(xiàng)目在施工、使用期間的經(jīng)濟(jì)方面跟安全方面諸多因素，本文分析、探討了超高層建筑當(dāng)中的進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所必須遵循的原則，還有設(shè)計(jì)超高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)可能會(huì)遇到的一些問(wèn)題。從而發(fā)現(xiàn)，若是選擇建設(shè)超高層項(xiàng)目，首先應(yīng)當(dāng)確保其具備足夠的安全性，不會(huì)對(duì)居民的人身安全產(chǎn)生任何的不利影響，其次在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意怎樣才能讓人們達(dá)到最舒適的居住狀態(tài)，并且不失美觀效果，因此在整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)始終秉持以人為本的理念，以人們的需求為主，促進(jìn)建筑行業(yè)領(lǐng)域的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 李波.超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題分析[J].建材與裝飾，2019（14）：121-122.

[2] 張良平，楊文參.某超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的思考[J].建筑結(jié)構(gòu)，2019，49（7）：56-59，55.