復(fù)雜高層以及超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)簡(jiǎn)析

黃玉梅

摘 要：隨著城市化進(jìn)程的高速推進(jìn)，除了一線(xiàn)城市以外的中型城市中也越來(lái)越多的出現(xiàn)了各類(lèi)超高、復(fù)雜、多樣化的建筑，基于目前城市嚴(yán)重缺乏土地資源的現(xiàn)狀，超高層建筑推動(dòng)了國(guó)內(nèi)建筑事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度來(lái)看，這些建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面擁有一些顯著的特征，不同于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。基于此，文章從復(fù)雜高層建筑、超高層建筑角度，主要探討了結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)特征、要點(diǎn)僅供參考。

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

前言：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速崛起和增長(zhǎng)是當(dāng)下的趨勢(shì)，人們的生活質(zhì)量也得到了明顯的改善，對(duì)建筑也提出了更高的需求。然而，國(guó)內(nèi)頻發(fā)與復(fù)雜高層建筑、超高層建筑有關(guān)的諸多問(wèn)題，使得人們一度對(duì)此非常擔(dān)心。而這些建筑的建造，往往會(huì)耗費(fèi)大量的資金，所以必須做好設(shè)計(jì)工作，充分把握結(jié)構(gòu)要點(diǎn)，以嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

1整體復(fù)雜、超高層結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)特征

自超高層建筑出現(xiàn)起，便大量涌現(xiàn)出了復(fù)雜高層建筑、超高層建筑。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)愈來(lái)愈快，大中型城市出于打造自身地標(biāo)建筑的目的，也逐步開(kāi)始規(guī)劃建造各種復(fù)雜高層建筑、超高層建筑，并且獲得了很好的發(fā)展，部分建筑的高度已超千米。據(jù)研究分析知，這些復(fù)雜高層建筑、超高層建筑，在自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面特征獨(dú)特，在降水、風(fēng)力、抗震等方面均具有很高的要求。加之這些建筑原本就需要周全顧及美觀(guān)與結(jié)構(gòu)，故此必須綜合考量諸多方面的影響因素。所以，作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)手段，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，大量引進(jìn)新的設(shè)計(jì)方法，以提升設(shè)計(jì)綜合水平，確保整體結(jié)構(gòu)的安全性，為工程質(zhì)量的控制打好基礎(chǔ)。

2基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特征的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 荷載分析

相較于普通建筑，復(fù)雜高層或者超高層建筑極具特殊性，除了總體高度很突出，還要迎接重力荷載方面的挑戰(zhàn)。尤其是伴隨建筑總高的持續(xù)增大，重力荷載及地面受力也會(huì)越來(lái)越大。在力的綜合作用下，軸壓力及豎向壓力也愈發(fā)大，以致增大設(shè)計(jì)的難度。一方面，風(fēng)效應(yīng)會(huì)隨樓層的增高而增大，基于風(fēng)的作用，合力點(diǎn)勢(shì)必增高，自然風(fēng)效應(yīng)產(chǎn)生更大的作用效應(yīng)。另一方面，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)自重，以確保建筑物足夠的穩(wěn)定性。但重心位置與結(jié)構(gòu)自重緊密相連，樓層愈高，相應(yīng)的重心愈高、結(jié)構(gòu)自重愈大，其成為風(fēng)力作用下的顯著薄弱環(huán)節(jié)，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)認(rèn)真考慮重力荷載。

2.2 風(fēng)力效應(yīng)考慮

一般風(fēng)力效應(yīng)會(huì)隨樓層的增高而變強(qiáng)，所以超高層建筑帶有很大的風(fēng)力。而人們往往會(huì)清楚感知風(fēng)力的舒適性，一旦風(fēng)振過(guò)強(qiáng)定會(huì)令人不適，從而影響居住品質(zhì)。所以，在設(shè)計(jì)整體復(fù)雜或者超高結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制風(fēng)振加速度、建筑頂層加速度的最大值，以彌補(bǔ)高強(qiáng)度風(fēng)振的不足。另外，針對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也應(yīng)做好抗風(fēng)設(shè)計(jì)。超高層建筑愈高，則垂直于圍護(hù)表層的風(fēng)載勢(shì)必增大，故此科學(xué)地引導(dǎo)風(fēng)向、嚴(yán)格控制具體的風(fēng)振加速度，能增強(qiáng)使用效果。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

復(fù)雜高層建筑、超高層建筑的整體穩(wěn)定性首先取決于基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。所以在設(shè)計(jì)地基結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、地基形態(tài)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)地情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。例如，針對(duì)軟地基，應(yīng)引進(jìn)樁箱、樁筏等類(lèi)型的基礎(chǔ)。同時(shí)，若地質(zhì)情況有變，還應(yīng)通過(guò)有效的基礎(chǔ)措施，來(lái)提升地基強(qiáng)度。例如，深層巖基向地下深入的程度不超過(guò)100m時(shí)，可以通過(guò)地下連續(xù)墻來(lái)加強(qiáng)地基，就是在框格式的結(jié)構(gòu)下，通過(guò)上層沖積土來(lái)支撐巖層;若巖基較淺，則可通過(guò)添加混凝土樁基來(lái)加強(qiáng)基礎(chǔ)支撐;若地基條件好，利用筏形基礎(chǔ)便好。所以，針對(duì)各種地質(zhì)在設(shè)計(jì)地基時(shí)，應(yīng)立足地質(zhì)形態(tài)來(lái)合理設(shè)計(jì)組合方案，以改善地基結(jié)構(gòu)。

2.4 結(jié)構(gòu)抗側(cè)力分析

針對(duì)不同的建筑高，應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)復(fù)雜高層或者超高層建筑時(shí)，考慮到各層不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)具有不同的作用，故此在設(shè)置抗側(cè)力構(gòu)件時(shí)，應(yīng)立足具體的作用來(lái)優(yōu)化部署。同時(shí)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)抗側(cè)力系統(tǒng)，還能融合結(jié)構(gòu)中的不同抗側(cè)力構(gòu)件形成一個(gè)整體。所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)從整體上考慮結(jié)構(gòu)抗側(cè)力系統(tǒng)，可利用伸臂桁架有效連接框架柱組合核心筒的結(jié)構(gòu)，或通過(guò)環(huán)形桁架、大斜撐來(lái)連接組合，而得到一個(gè)巨大的框架，以增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.5 含鋼率設(shè)計(jì)分析

由于國(guó)內(nèi)的結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范等不盡相同，那么在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先應(yīng)根據(jù)復(fù)雜高層、超高層建筑的具體構(gòu)造，來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)鋼骨含鋼率。盡管目前的標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，但是不管執(zhí)行怎樣的標(biāo)準(zhǔn)，都需要強(qiáng)制性規(guī)定框柱中不得出現(xiàn)含鋼率4%以下的鋼骨。因此，在設(shè)計(jì)混合建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅應(yīng)按照計(jì)算結(jié)果來(lái)確定柱箍、縱筋，還應(yīng)科學(xué)地設(shè)計(jì)型鋼截面，控制含鋼率為4%或以上。

2.6 核心筒內(nèi)的型鋼柱設(shè)計(jì)分析

針對(duì)鋼筋混凝土制作的核心筒，通過(guò)使用型鋼柱增大外框柱、混凝土筒體墻自身的重力。特別是遇到強(qiáng)風(fēng)或者地震時(shí)，外墻往往需要承載一半的豎向荷載，且核心筒位置的水平剪力超過(guò)了五分之四。如果沒(méi)有加強(qiáng)處理，就會(huì)引起建筑變形或者傾斜等。而在核心筒通過(guò)型鋼柱的使用，則可有效避免這類(lèi)情況。此外，通過(guò)型鋼柱類(lèi)型的剪力墻，即便有開(kāi)裂也會(huì)較少影響承載力。而通過(guò)型鋼柱還能增大剪力墻的抗震性，故此在地震區(qū)很常見(jiàn)。

2.7 抗側(cè)剛度設(shè)計(jì)分析

在設(shè)計(jì)復(fù)雜高層建筑、超高層建筑的整體結(jié)構(gòu)時(shí)，為了增大結(jié)構(gòu)的抗側(cè)強(qiáng)度，則需要增大鋼筋混凝土中整個(gè)核心筒體的具體剛度?？紤]到核心筒體屬于結(jié)構(gòu)當(dāng)中的關(guān)鍵性抗側(cè)構(gòu)件，故此結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度與外側(cè)墻厚、筒體墻的具體抗側(cè)剛度密切相關(guān)。除此以外，在整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還需要嚴(yán)格控制外框柱的設(shè)計(jì)截面與軸壓比要求、所需承載力的完全相符。

3結(jié)論

綜上，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，針對(duì)復(fù)雜高層建筑、超高層建筑，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)特別注意要點(diǎn)內(nèi)容的設(shè)置，以提升建筑物的整體綜合性能，滿(mǎn)足其使用功能、環(huán)境建設(shè)要求。此外，還應(yīng)綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸條件、養(yǎng)護(hù)專(zhuān)業(yè)水平。唯有滿(mǎn)足以上設(shè)計(jì)要求，方能在科學(xué)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，建造出高質(zhì)量的建筑。與此同時(shí)，還應(yīng)注意設(shè)計(jì)與施工的安全性，以支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制建筑工程質(zhì)量，滿(mǎn)足工程預(yù)期要求，保護(hù)人們的人身財(cái)產(chǎn)安全。

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