高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題及策略研究

張兆虎 王壯

摘要：針對高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題，采取實例分析的方法，做簡單的論述，提出結(jié)構(gòu)設(shè)計策略。從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度來說，優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案，運用計算簡圖，做好建筑功能性把控，避免傳統(tǒng)設(shè)計常見的問題，能夠獲得不錯的成效。文章結(jié)合具體研究進行分析。

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

1高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題

基于過往的設(shè)計實踐經(jīng)驗，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，常見的問題如下：（1）剪力墻。設(shè)置在建筑結(jié)構(gòu)中的剪力墻，發(fā)揮著承載水平力以及豎向重力的積極作用。若布局不合理，強度和剛度不達標(biāo)等，都很容易造成結(jié)構(gòu)破壞，影響著結(jié)構(gòu)性能發(fā)揮，當(dāng)發(fā)生地震時無法有效吸收沖擊力。（2）建筑結(jié)構(gòu)超高。現(xiàn)行的高層建筑設(shè)計規(guī)范，對建筑結(jié)構(gòu)高度做出了明確具體的規(guī)定。不過部分企業(yè)為了獲得更多的經(jīng)濟效益，存在著隨意增加高度的行為，使得建筑存在很大的安全隱患。若遇到強風(fēng)或者地震情況，很容易出現(xiàn)破壞的情況?；诖耍_展結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要嚴格按照現(xiàn)行的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，做好高度設(shè)計的把控。（3）嵌固端的設(shè)置。一般來說，嵌固端設(shè)計常見的問題為位置選擇和剛度大小。具體體現(xiàn)為：將嵌固端布置在人防地下室頂板位置，增加了結(jié)構(gòu)整體的安全風(fēng)險;剛度設(shè)計比例不合理，影響著結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計實例分析

2.1案例概述

以某建筑項目為例，總建筑面積為6.85萬m²。整個建筑設(shè)計為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，選擇6層位置設(shè)置轉(zhuǎn)換層，建筑地下室設(shè)計為停車庫。建筑抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震分組為第一組，按照50年一遇風(fēng)壓設(shè)計，即0.85kN/m²?，F(xiàn)結(jié)合具體設(shè)計進行結(jié)構(gòu)設(shè)計分析。

2.2結(jié)構(gòu)選型和布置

此項目建筑平面比較復(fù)雜，保證塔樓體形、平面以及剛度相同，進而減少耦聯(lián)振動。各塔樓之間設(shè)計用喇叭形布置，布置參數(shù)如表1所示。設(shè)計的連接體轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，使用的鋼骨混凝土梁，用作連接體的支撐。通過設(shè)計計算，整個鋼骨混凝土梁的斷面最大值是900mm×3000mm，會增加施工作業(yè)的難度。出于安全和經(jīng)濟性考慮，建筑主體結(jié)構(gòu)和連接體結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇剛性連接的方法。連接位置連接主梁，選擇各層設(shè)置的混凝土梁，梁的尺寸大小設(shè)計為500mm×1800mm，進而保證連接位置的剛度達標(biāo)。因為連體的結(jié)構(gòu)振型比較豐富，同時扭轉(zhuǎn)振型和平動振型采取耦合形式，運用平扭耦聯(lián)方法，開展結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的計算，并且基于雙向地震的影響做充分分析，做好相應(yīng)的把控。因為連接位置很復(fù)雜，所以運用彈性樓蓋開展計算。除此之外，連體結(jié)構(gòu)的兩個塔樓體型很像，所以，選擇風(fēng)荷載數(shù)值時，考慮相鄰建筑物之間的相互影響，用體形系數(shù)和干擾系數(shù)相乘，獲得的計算結(jié)果如表2所示。通過結(jié)果分析，建筑自振周期處于合理范圍內(nèi)，能夠達到規(guī)范要求。除此之外，在地震影響下，樓層最大層間位移也能夠達到規(guī)范要求。

2.3連接體結(jié)構(gòu)設(shè)計

因為塔樓相互連接位置的高度大約為50m，所以開展連接體結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，要最大程度上保障連接體結(jié)構(gòu)位置的施工安全。選擇在48m位置設(shè)置1個鋼結(jié)構(gòu)，用作施工平臺_[1]。因為連接體梁板自身的重量很大，若想確保施工作業(yè)的安全和經(jīng)濟效益，選擇混凝土澆筑振搗作業(yè)方法，進而減少自重范圍，用梁承擔(dān)相應(yīng)的荷載。為了滿足施工方案的基本要求，對連接體進行設(shè)計優(yōu)化，根據(jù)施工作業(yè)順序，開展混凝土澆筑內(nèi)力的計算，選擇下層連接體梁板，當(dāng)作上層連接體的作業(yè)平臺，用于承受施工荷載，同時開展配筋計算。經(jīng)過計算，部分梁的配筋通過施工控制，進而達到建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

3高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計策略總結(jié)

3.1優(yōu)選設(shè)計方案

從高層建筑設(shè)計實踐來說，結(jié)構(gòu)設(shè)計方案為關(guān)鍵內(nèi)容，要做好科學(xué)性以及合理性的把控，做好剪力墻和嵌固端布置等的優(yōu)化設(shè)計，保證建筑工程建設(shè)的質(zhì)量_[2]。結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案，提出的各類參數(shù)必須要能夠滿足結(jié)構(gòu)實際需求，同時還要達到設(shè)計規(guī)范以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。開展結(jié)構(gòu)設(shè)計，要考慮到后期施工活動的開展，做好結(jié)構(gòu)設(shè)計，為后期施工作業(yè)的進行，提供安全保障。除此之外，加大對現(xiàn)場環(huán)境的調(diào)查，結(jié)合結(jié)構(gòu)方案設(shè)計的特點，優(yōu)選設(shè)計方案，確保整個方案具有科學(xué)性以及可行性。

3.2運用計算簡圖

從結(jié)構(gòu)方案設(shè)計的角度來說，運用計算簡圖，能夠有效保證設(shè)計的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，減少設(shè)計誤差的出現(xiàn)_[3]。若產(chǎn)生設(shè)計誤差，比如配筋誤差等，將會引發(fā)系列問題，影響著建筑建設(shè)的質(zhì)量和效益?；诖?，開展結(jié)構(gòu)設(shè)計時，運用計算簡圖，綜合分析各類因素，做好全面的把控。需要注意：要結(jié)合實際需求，選擇適宜的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算軟件，輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計作業(yè)的開展，保證設(shè)計方案參數(shù)計算結(jié)果的真實性和準(zhǔn)確性，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的質(zhì)量和效率。

3.3滿足性能需求

從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐來說，若想獲得不錯的成效，必須要保證滿足各項性能需求。

3.4把控好抗震設(shè)計

高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，需全面把控，做好設(shè)計要點的把控。若想增強建筑整體的抗震能力，采取增加抵御路線的方法，增強抵抗力。發(fā)生地震時，綜合發(fā)揮各類防線的積極作用，形成強有力的保護，避免建筑出現(xiàn)大規(guī)模倒塌破壞的情況。在進行抗震設(shè)計時，選擇設(shè)置多肢節(jié)和框架式結(jié)構(gòu)等，來增強抗震性。一般來說，設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)，擁有多層次防線，剪力墻作為重要構(gòu)成部件，發(fā)揮著重要的抗震作用。若想實現(xiàn)抗震功能，要控制好數(shù)量設(shè)置。當(dāng)剪力墻被破壞后，每個樓層的框架的地震剪力，其超過了結(jié)構(gòu)底部的剪力，進而實現(xiàn)了保護的目的。

3.5做好超限設(shè)計的把控

從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計角度來說，現(xiàn)行的各類規(guī)范，提出了計算要求以及構(gòu)造措施，難以有效保證超限結(jié)構(gòu)在地震條件下的安全性以及可靠性，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需嚴格控制。采取以下措施：（1）做好結(jié)構(gòu)全面計算。使用有限元程序，開展模擬分析和計算。做好地震作用下的建筑結(jié)構(gòu)分析，除了運用振型分解反應(yīng)譜方法外，還可以進行彈性時程分析，結(jié)合使用力學(xué)模型，開展對比分析。一般來說，超限結(jié)構(gòu)具有很強的復(fù)雜性，對軟件性能的要求較高，可使用SAP2000等進行實際分析，獲得高質(zhì)量的計算結(jié)果。不過需要注意的是，軟件的先進性越高，精準(zhǔn)度就越高，由于軟件使用者的熟悉程度不高，加之操作復(fù)雜，需要消耗很多的分析時間。除了上述方法外，在進行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，可以運用靜力分析法或者動力彈性分析法，分析結(jié)構(gòu)的性能，依據(jù)計算結(jié)果，開展配筋設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)整體的性能。（2）采取相應(yīng)的措施，增強建筑整體性能，保證建筑的安全性。在進行計算分析之前，要提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，高于現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，同時對結(jié)構(gòu)重要位置進行強化設(shè)計。運用軟件分析，明確薄弱點，進行優(yōu)化設(shè)計，增強建筑的性能，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計達到安全性和可靠性目標(biāo)，推動建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的高質(zhì)量落實。

4結(jié)語

綜上所述，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，要做好全面的把控，提出高質(zhì)量的設(shè)計方案，保障建筑結(jié)構(gòu)性能達標(biāo)。設(shè)計工作的開展，從多個方面入手，做好結(jié)構(gòu)水平力和穩(wěn)定性等指標(biāo)的把控，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，為建筑施工提供高質(zhì)量方案。

作者簡介：張兆虎，身份證號150429198511270314;王壯，身份證號210402198801280541