高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對(duì)策

陳 彪（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌330000）

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對(duì)策

陳 彪（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌330000）

在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)迅猛發(fā)展的現(xiàn)階段，高層建筑逐漸成為城市現(xiàn)代化建設(shè)中的重要標(biāo)志，其工程項(xiàng)目數(shù)量呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢(shì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高層建筑施工建設(shè)中的重要內(nèi)容，其對(duì)于建筑項(xiàng)目的質(zhì)量和安全會(huì)產(chǎn)生直接的影響。為此，本文首先對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)述，之后圍繞高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題進(jìn)行了深入的分析，并在此基礎(chǔ)山提出了針對(duì)性的解決對(duì)策。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題；對(duì)策

前言

隨著現(xiàn)代建筑的不斷發(fā)展，逐漸向多功能方向發(fā)展，在同一建筑中，建筑的上部樓層可以將其設(shè)計(jì)為辦公用房、住宅等，而下部樓層可以設(shè)計(jì)成為商場(chǎng)、文化娛樂或者餐飲等設(shè)施。由于不同功能的樓層其結(jié)構(gòu)形式也會(huì)不同。根據(jù)相關(guān)規(guī)定指出，超過10層的住宅建筑和超過24m的其他民用建筑被稱之為是高層建筑。在城市現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程不斷推進(jìn)的現(xiàn)階段，受到土地資源緊缺的影響，高層建筑的數(shù)量越來越多；與普通建筑相比較而言，高層建筑具有超高性、施工難度大、跨度廣等鮮明特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面也提出了越來越高的要求，因此，需要對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題予以全面透徹的把握，并采取有效的對(duì)策，從而保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1 水平力設(shè)計(jì)

對(duì)于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，豎向荷載對(duì)其會(huì)產(chǎn)生重要的影響，受到自重和樓面使用荷載的影響在豎向構(gòu)件之上所產(chǎn)生的軸力和彎矩與建筑高度的一次方呈現(xiàn)出正比例關(guān)系；而橫向荷載則對(duì)其具有決定性的作用，因其而產(chǎn)生的傾覆力矩和豎向構(gòu)件的軸力則與建筑高度的二次方呈正比；另外，在地震和風(fēng)荷載的作用之下，其數(shù)值的大小也會(huì)隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力性的不同而發(fā)生一定的變化。

1.2 抗震設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)還體現(xiàn)在抗震設(shè)計(jì)的層面之上。對(duì)于高層建筑而言，當(dāng)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中包含了抗震設(shè)防相關(guān)內(nèi)容的時(shí)候，不僅要對(duì)正常使用條件下的豎向荷載和風(fēng)荷載予以考量之外，還需要切實(shí)保證結(jié)構(gòu)的良好抗震性能，實(shí)現(xiàn)“小震不壞，大震不倒”的目標(biāo)。

1.3 軸向變形設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為常見的就是框架體系好框架——剪力墻體系。通常情況下，框架中柱的軸壓應(yīng)力要大于邊柱，中柱的軸向壓縮變形也要大于邊柱；但是，在房屋實(shí)際高度很大的條件之下，這種軸向變形的差異值就會(huì)變得很大，使得連續(xù)梁中間支座位置處的負(fù)彎矩值得以減小，而跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值則會(huì)增加，會(huì)造成較為嚴(yán)重的后果，因此要重視軸向變形設(shè)計(jì)。

1.4 傳力體系的豎向設(shè)計(jì)

建筑空間的形態(tài)主要是由結(jié)構(gòu)傳力體系所支撐的，傳力體系剖面形式能夠直接反映出建筑結(jié)構(gòu)沿著豎直方向傳遞荷載的路徑，同時(shí)在一定程度上還影響著建筑物的使用功能。因此在高層建筑設(shè)計(jì)中，必須要控制好建筑的高寬比，由于建筑的使用在一定程度上會(huì)導(dǎo)致建筑剛度會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)其結(jié)構(gòu)布置也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。對(duì)此在設(shè)計(jì)的過程中，必須要設(shè)置相應(yīng)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，同時(shí)高層建筑還必須具有一定的錨固深度，錨固深度可以根據(jù)建筑設(shè)備用房和地下車庫的要求來進(jìn)行明確，從而降低建筑的重心，提高建筑的抗傾覆能力和抗震能力。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及對(duì)策

2.1 超高問題

我國(guó)建筑行業(yè)中的相關(guān)規(guī)范已經(jīng)對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)高度提出了嚴(yán)格的要求，在新的規(guī)范當(dāng)中，針對(duì)于高層建筑的高度問題，不僅將原有限制的高度規(guī)定能夠?yàn)锳級(jí)高度，而且還在此基礎(chǔ)之上增加了B級(jí)高度，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和措施等方面均提出了越來越高的要求。但是，在很多高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，對(duì)于超高問題常常采取忽視的態(tài)度，一方面使得工程項(xiàng)目的建設(shè)工期受到了不利的影響，另一方面還使得建筑工程的造價(jià)成本大幅度提升。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)超高問題予以關(guān)注，立足于工程的實(shí)際高度來選擇與之相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系，并保證不同結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件之間的相互連結(jié)，其設(shè)計(jì)可參考表1標(biāo)準(zhǔn)。

表1 高層建筑不同高度常用結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系

2.2 剪力墻框支梁支放問題

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題還體現(xiàn)在剪力墻框支梁支放的方面。在混凝土剪力墻之上支放框支梁的時(shí)候，其實(shí)際上是給剪力墻施加了一個(gè)包括豎向、水平向、集中壓力、集中彎矩等在內(nèi)的較大的集中荷載。雖然剪力墻在沿著墻長(zhǎng)度的方向上具有一定的承載能力，但是在垂直框支梁所傳荷載作用的方向上的實(shí)際承載能力卻較弱，因此，設(shè)計(jì)框支梁直接支放在混凝土剪力墻之上的時(shí)候，因?qū)σ韵聨追矫婕右宰⒁猓孩俑鶕?jù)底部加強(qiáng)部位無翼墻的要求，限制框支柱的截面高度，剪力墻厚度的確定因結(jié)合框支梁鋼筋水平段的實(shí)際錨固需求；②在不小于框支梁實(shí)際寬度的范圍當(dāng)中合理設(shè)置暗柱和配筋等；③對(duì)框支梁所傳的集中荷載進(jìn)行局部抗力驗(yàn)算。

2.3 規(guī)則性問題

規(guī)則性是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的另一常見問題，相關(guān)規(guī)范在這一方面提出了很多要求，且明確指出高層建筑嚴(yán)禁采取嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中應(yīng)對(duì)其予以高度的重視。舉例來說，有一擬建39層、房屋高度為152m的高層建筑工程項(xiàng)目，其平面為熨斗形；為了使得人員能夠在樓內(nèi)欣賞到自然海景，且當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防度為Ⅷ度，設(shè)計(jì)地震基本加速度值為0.3g；此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中在核心筒偏于底部和底部角的位置處設(shè)置了轉(zhuǎn)角墻，因頂部是開口設(shè)計(jì)，進(jìn)而存在抗扭剛度不足的問題。為了對(duì)這一問題進(jìn)行較好的解決，經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，地震作用下的平面開口位的扭轉(zhuǎn)位移要明顯大于規(guī)定限值，因此結(jié)構(gòu)方案擬在該位置出增設(shè)八字形的偏心支撐，如圖1所示，最終保證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。由此可見，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)強(qiáng)調(diào)其規(guī)則性。

圖1 偏心支撐示意圖

2.4 扭轉(zhuǎn)問題

扭轉(zhuǎn)問題指的是在高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中沒有實(shí)現(xiàn)“三心合一”的要求，即幾何形心、剛度中心和結(jié)構(gòu)重心，進(jìn)而導(dǎo)致在水平荷載的作用之下產(chǎn)生了扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)，因此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能的選擇矩形、圓形等平面布局方式；在設(shè)計(jì)“T、L、十”形等不規(guī)則的結(jié)構(gòu)形式的時(shí)候，應(yīng)保證凸出部分厚度和寬度的比值在規(guī)范要求之內(nèi)，對(duì)結(jié)構(gòu)的自振周期實(shí)現(xiàn)合理的控制。

3 結(jié)束語

綜上所述，高層建筑是城市化進(jìn)程中的代表性標(biāo)志之一，與普通建筑相比較而言，高層建筑能夠有效的節(jié)約土地資源，在工程項(xiàng)目建設(shè)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于高層建筑而言，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建設(shè)質(zhì)量、使用壽命、效益獲取等方面均具有十分緊密的聯(lián)系；然而，從高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀來看，由于受到多種因素的影響，在超高、剪力墻框支梁支放、規(guī)則性以及扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中還存在著一定的問題，不僅無法保證建筑工程的安全性，而且還對(duì)社會(huì)的健康發(fā)展產(chǎn)生了不利的影響。因此，在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)對(duì)水平力設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)和軸向變形設(shè)計(jì)等方面加以注意，并堅(jiān)持具體問題具體分析的原則，切實(shí)提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，以促進(jìn)我國(guó)建筑業(yè)的健康發(fā)展。

[1]吳必正，趙永輝.試論高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題及對(duì)策[J].門窗，2014，01：95+98.

[2]楊軍科，王小軍.有關(guān)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及對(duì)策的探討[J].山西建筑，2014，02：43～44.

[3]甄慶華.廣州某超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題研究[D].華南理工大學(xué)，2012.

TU973.2

A

2095-2066（2016）34-0182-02

2016-11-22

陳 彪（1984-），男，江西南昌人，工程師，本科，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。