復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

程麗娟

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)水平的提升，城市發(fā)展中對(duì)于復(fù)雜高層和超高層建筑的地標(biāo)類建筑的需求更多，同時(shí)也為建筑行業(yè)的高速發(fā)展提供了更好的發(fā)展平臺(tái)。建筑行業(yè)的白質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，開(kāi)發(fā)企業(yè)也對(duì)建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量高度重視。為提高建筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為施工提供可靠的理論依據(jù)。基于此將介紹建筑結(jié)構(gòu)方案選擇的重要性，并說(shuō)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題，最后闡述復(fù)雜高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜高層;超高層;建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1結(jié)構(gòu)方案的選擇

1.1結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)類型

在復(fù)雜高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇合理的結(jié)構(gòu)方案才能夠保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。倘若未根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況考慮，很容易在后續(xù)的設(shè)計(jì)過(guò)程中有大幅調(diào)整或顛覆性改動(dòng)，這在一定程度上增加了建筑的設(shè)計(jì)難度，同時(shí)增加了設(shè)計(jì)人員的工作量，在后續(xù)的施工過(guò)程中也會(huì)大幅增加建筑工程成本。所以，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合分析，進(jìn)而讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確立更加合理。在確定建筑單體的結(jié)構(gòu)類型前，應(yīng)首先考慮場(chǎng)地的地質(zhì)構(gòu)造，并明確建筑的抗震能力，結(jié)合功能和建筑所處地段明確抗震等級(jí)。這樣在一定程度上減少了成本支出，提高了建筑的經(jīng)濟(jì)效益[1]。換言之，在對(duì)復(fù)雜高層和超高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，須充分地考慮結(jié)構(gòu)方案的合理性并兼顧工程造價(jià)和施工合理性。

1.2結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)類型選擇的要點(diǎn)

對(duì)于復(fù)雜高層和超高層建筑而言，在選擇結(jié)構(gòu)方案時(shí)應(yīng)更加注重概念設(shè)計(jì)，通過(guò)大量的案例分析能夠看出，應(yīng)盡量保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和規(guī)則性，明確結(jié)構(gòu)內(nèi)力傳力路徑合理正確。如何保障復(fù)雜高層和超高層建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，一直都是專業(yè)人員研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

2.1抗震設(shè)防烈度

復(fù)雜建筑和超高層建筑的特點(diǎn)就是一旦整體高度較高，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就會(huì)受到影響，比如建筑高度已經(jīng)達(dá)100m以上，那么應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定整個(gè)建筑的實(shí)際高度。常規(guī)來(lái)講，抗震烈度為8°的地區(qū)不能建超過(guò)300m以上的建筑。首先明確抗震烈度才能夠保證復(fù)雜高層和超高層建筑的建設(shè)可行性。有相關(guān)國(guó)家規(guī)范規(guī)程指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以此來(lái)確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，能更好地保證人們?cè)谑褂媒ㄖ^(guò)程中的舒適度和人身財(cái)產(chǎn)的安全。在設(shè)計(jì)工程中安全應(yīng)是第一考量，所以提高重視結(jié)構(gòu)抗震的理念，能夠更好地保證復(fù)雜建筑和超高層建筑的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.2保證方案合理

建筑設(shè)計(jì)是否合理首先從結(jié)構(gòu)方案是否正確考慮，特別是在復(fù)雜建筑和超高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，沒(méi)有合理的方案，不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程存在很大問(wèn)題，而且會(huì)直接影響施工，耗費(fèi)多余的建造成本。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)需求和建材市場(chǎng)也有所了解，多參考材料和造價(jià)等方面的因素，制訂多種可行方案，在其中選擇更合適的方案。

3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

復(fù)雜高層的類型包括轉(zhuǎn)化層、加強(qiáng)層、錯(cuò)層、連體結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面。而防止復(fù)雜結(jié)構(gòu)出現(xiàn)連續(xù)倒塌就變得尤為重要。從概念設(shè)計(jì)方面而言，增加結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件的剛性連接，避免或少采用靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)件。相同條件下可優(yōu)先采用超靜定結(jié)構(gòu)。為結(jié)構(gòu)整體和局部結(jié)構(gòu)體系建立多道傳力路徑，可作為意外或者不可抗力情況發(fā)生時(shí)的強(qiáng)度儲(chǔ)備。同時(shí)提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性，在結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的彈塑性變形的狀況下，整體結(jié)構(gòu)承受豎向力的能力下降百分比不低于20%。主要受力構(gòu)件等構(gòu)件可承擔(dān)一定比例的與正常使用狀態(tài)相反的內(nèi)力作用而不失穩(wěn)。針對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式提出防止復(fù)雜結(jié)構(gòu)連續(xù)性破壞的措施，主要從調(diào)整結(jié)構(gòu)傳力路線或者傳力途徑的方面入手。3.1.1框架結(jié)構(gòu)（1）框架柱承載失去作用，框架梁的上下縱筋很可能都處于受拉狀態(tài)，應(yīng)將框架梁的縱筋和腰筋等全部貫通節(jié)點(diǎn)且滿足抗震連接錨固要求。還應(yīng)對(duì)兩端全部縱筋的拉剪作用進(jìn)行驗(yàn)算。（2）框架結(jié)構(gòu)的樓板，考慮按單向板設(shè)計(jì)，應(yīng)以長(zhǎng)方形梁失去作用時(shí)的極端情況考慮，為結(jié)構(gòu)發(fā)生平面內(nèi)變形儲(chǔ)備強(qiáng)度。（3）承擔(dān)樓梯踏步板的框架梁縱向鋼筋，包含上下鐵均應(yīng)驗(yàn)算抗剪極限承載力是否滿足要求，考慮發(fā)生意外情況時(shí)，樓梯間填充墻倒塌的堆積荷載瞬時(shí)荷載集中。3.1.2剪力墻結(jié)構(gòu)（1）大距離的橫墻之間應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量和比例的內(nèi)縱墻，以防止橫墻平面外的失穩(wěn)發(fā)生;橫縱墻交接部位的核心區(qū)節(jié)點(diǎn)，保留一定長(zhǎng)度的墻肢長(zhǎng)度，盡量不小于500mm。增強(qiáng)墻肢的側(cè)向剛度。（2）剪力墻上開(kāi)設(shè)較大洞口，常規(guī)情況不超過(guò)1m，如超過(guò)1m應(yīng)在洞口橫縱方向設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，形成暗框架以保證墻體的垂直傳力途徑不發(fā)生突變。

3.2框剪結(jié)構(gòu)

（1）框剪結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案計(jì)算中，宜按少墻框架或框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行主體位移的控制驗(yàn)算。（2）框剪結(jié)構(gòu)中的剪力墻墻頂設(shè)置比墻體略寬的框架梁，該框架梁應(yīng)可承受層間的水平荷載和剪力墻自重。

3.3包含轉(zhuǎn)化層的復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)

（1）對(duì)于比較復(fù)雜的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，可在結(jié)構(gòu)底層、中間層、頂層分別增加轉(zhuǎn)換桁架的數(shù)量，在發(fā)生極端情況主體形變時(shí)，考慮有框架柱失穩(wěn)無(wú)法工作時(shí)，柱可吊于桁架下面。（2）盡量減少轉(zhuǎn)換次數(shù)，達(dá)到直接傳力的目的，在不影響建筑功能的前提下，采用各種輔助手段和構(gòu)件達(dá)到主承重構(gòu)件傳力路徑明確。（3）強(qiáng)化下部結(jié)構(gòu)剛度，弱化上部結(jié)構(gòu)剛度，減少上部與其他多塔結(jié)構(gòu)的牽拉和連接。如有連接也應(yīng)處理為鉸接或者滑動(dòng)支座連接。

3.4超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)于超高層建筑而言，建筑高度至少超過(guò)100m，世界各國(guó)逐漸開(kāi)發(fā)出了有國(guó)家代表性的地標(biāo)性超高層建筑，高度達(dá)600m或更高。為保證消防安全，須設(shè)計(jì)避難層。為保證機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的合理性，需要增加設(shè)備層，以此來(lái)存放超高層建筑所需要的設(shè)備。設(shè)備層不僅要考慮其實(shí)際的承載力，還應(yīng)考慮設(shè)備自身對(duì)于整個(gè)超高層建筑的影響，同時(shí)能夠提高結(jié)構(gòu)的整體性，在這其中還應(yīng)增加結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層的設(shè)計(jì)。

4超高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的控制指標(biāo)

4.1扭轉(zhuǎn)問(wèn)題

超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制核心問(wèn)題是剛度中心、幾何形心和結(jié)構(gòu)重心的合理化，所以當(dāng)超高層建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)問(wèn)題時(shí)，其原因主要就是剛度中心、幾何形心和結(jié)構(gòu)重心沒(méi)有重合，從而使得超高層建筑在水平力組合作用下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，在保障建筑平面功能的前提下，應(yīng)選用合理的平面布局圖，以保障結(jié)構(gòu)安全為前提，然后才考慮建筑方案的協(xié)同調(diào)整和結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性。最終的目的是保證超高層建筑物的形心、重心和中心能夠重合。

4.2受力性能的問(wèn)題

對(duì)于確定超高層建筑物結(jié)構(gòu)方案，建筑師最初在設(shè)計(jì)建筑方案時(shí)，幾乎很少考慮建筑的結(jié)構(gòu)特征，而較多在意的是建筑物的空間結(jié)構(gòu)，由此很容易使超高層建筑結(jié)構(gòu)的受力性能存在一定的問(wèn)題。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要明確所選結(jié)構(gòu)體系中豎向作用力和地基承載力之間的關(guān)系。同時(shí)，在確定結(jié)構(gòu)體系時(shí)，還需對(duì)超高層建筑的主受力構(gòu)件的布局和數(shù)量進(jìn)行總體控制，以求保證超高層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的均衡布局、各方向的剛度平衡，防止由于剛度不均發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

4.3超高問(wèn)題

我國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)范對(duì)不同結(jié)構(gòu)類型超高層建筑的抗震性能都有對(duì)應(yīng)的控制指標(biāo)，所以我國(guó)超高層建筑物可采用的結(jié)構(gòu)高度也有嚴(yán)格規(guī)定。因此，對(duì)超高層建筑的結(jié)構(gòu)方案重新進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的審核，以杜絕超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的超限問(wèn)題。

4.4嵌固端的確定問(wèn)題

超高層建筑的上部高度決定了超高層建筑都會(huì)配置2層及以上地下室。通常設(shè)計(jì)人員會(huì)將嵌固端設(shè)置在地下室頂板的位置，從而使超高層建筑在施工過(guò)程中，會(huì)由于嵌固端的設(shè)置位置修改而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)方案的變化，進(jìn)而給超高層建筑物埋下安全隱患。

5結(jié)束語(yǔ)

總之，我國(guó)復(fù)雜高層和超高層建筑的數(shù)量在不斷增多，為了能夠更好地保證建筑質(zhì)量，就應(yīng)對(duì)復(fù)雜高層和超高層建筑進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。在這其中不僅需考慮到功能、安全、強(qiáng)度，還應(yīng)保證成本投入合理，這樣才能為我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展提供相應(yīng)幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]高履偉.復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思考[J].住宅與房地產(chǎn)，2019（34）：71.