探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)分析

徐躍

摘要：對于高層建筑來說，其結(jié)構(gòu)無疑是極為關(guān)鍵的一個重要組成部分，并且直接關(guān)系到高層建筑的正常使用狀況，而對于高層建筑的結(jié)構(gòu)合理性來看，設(shè)計又是具備著決定性意義的一個環(huán)節(jié)。

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

中圖分類號：TU973文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3024（2016）09-113-02

前言

眾所周知，當(dāng)前城市發(fā)展過程中，高層建筑已經(jīng)成為了一個主流發(fā)展趨勢，尤其是隨著城市人口的不斷增加，高層建筑的數(shù)量也必然會越來越多，但是在高層建筑的興建過程中，安全問題卻必須要引起相關(guān)人員的高度重視，因?yàn)楦邔咏ㄖ陨淼奶厥庑詫?dǎo)致其一旦出現(xiàn)安全問題必然會造成極為嚴(yán)重的后果，而對于這種安全問題的保障來看，高層建筑的結(jié)構(gòu)無疑是極為重要的一點(diǎn)，也是需要謹(jǐn)慎對待的一個關(guān)鍵部位，尤其是對于相應(yīng)的設(shè)計環(huán)節(jié)來說，更是應(yīng)該加強(qiáng)對于高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，力求其結(jié)構(gòu)的設(shè)計能夠在較大程度上體現(xiàn)出穩(wěn)定性和牢固性，最終保障其高層建筑的正常使用。

1.高層建筑的工程特點(diǎn)

高層建筑指超過一定高度和層數(shù)的建筑。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定10層及10層以上或房屋高度大于28米的住宅建筑以及房屋高度大于24米的其他高層民用建筑混凝土結(jié)構(gòu)為高層建筑。高層建筑可節(jié)約城市用地，縮短公用設(shè)施和市政管網(wǎng)的開發(fā)周期，從而減少市政投資，加快城市建設(shè)。高層結(jié)構(gòu)由于其高度所導(dǎo)致一系列與普通建筑結(jié)構(gòu)不一樣的地方：自重大，對材料強(qiáng)度和豎向構(gòu)件截面直接相關(guān)；由于其抗震要求，對結(jié)構(gòu)的延性有更加嚴(yán)格的要求，需要通過控制軸壓比等措施來實(shí)現(xiàn)；對風(fēng)荷載更加敏感，且頂端在風(fēng)荷載作用下有較大位移，對舒適度需要進(jìn)行校核。

2.高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計體系

2.1框架-剪力墻體系

當(dāng)決定應(yīng)用框架組合剪力墻這一模式前，要明確框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)分別在什么受力體系中承擔(dān)什么角色，它們各有什么獨(dú)特性和優(yōu)點(diǎn)。建筑物每層都有的樓板以及水平梁承擔(dān)了來自水平方向的力，此時，框架承受來自垂直方向的荷載，但是框架體系如果剛度和強(qiáng)度都不能達(dá)到受力要求，就必須依靠剪力墻來輔助，不過，它側(cè)重于承受來自水平方向的力。所以，框架組合剪力墻這一模式支持樓層的高度比單純框架體系要大。

2.2剪力墻體系

建筑體之所以建筑墻體，除了組成私密空間，作為遮擋（比如風(fēng)吹雨打），它還有一個不可忽略的功能，那就是承重。每一層的樓板都需要墻體的支撐。而那些既具有以上功能的墻體如果還可以抵御發(fā)生地震的時候，從震源直接輸送來的荷載就是本段我們要研究的剪力墻。該體系完成了對建筑物本身的圍繞框架，也可以承載垂直方向和各自外力，它還具有比框架體系好的特性，因此，在設(shè)計中有著很廣泛的應(yīng)用。

2.3簡體體系

簡體體系，顧名思義，它在建筑物內(nèi)部的受力體系是成筒狀的。簡體結(jié)構(gòu)包括多種類型。該體系的優(yōu)勢甚至比以上兩種體系表現(xiàn)得更加穩(wěn)定和堅固，它看起來也更接近于高層建筑的整體結(jié)構(gòu)體系，且剛度也很大，所以，我們往往把它應(yīng)用于規(guī)模相對龐大的建筑體。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)

3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計輔助軟件應(yīng)用要點(diǎn)

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模這一環(huán)節(jié)時，需對每一個參數(shù)的含義都有所了解，修改參數(shù)要有依據(jù)，不能隨意而行。要注意參數(shù)適用的范圍，同一個參數(shù)會有其自身的適用性，在磚混結(jié)構(gòu)中適用的準(zhǔn)確參數(shù)，但是未必能應(yīng)用到框架結(jié)構(gòu)中；在多層結(jié)構(gòu)中適用的準(zhǔn)確參數(shù)，在高層結(jié)構(gòu)中卻無法應(yīng)用，這種參數(shù)的適用性在軟件計算時要有所考慮，每一種計算的理論都有本身的假定條件，軟件的編制一般均符合這一種特定的技術(shù)。因此，有些時候設(shè)計輔助軟件也需手算來復(fù)核，不能完全依賴軟件計算的結(jié)果，尤其是帶轉(zhuǎn)換的構(gòu)件。

3.2基礎(chǔ)設(shè)計要點(diǎn)

（1）確保荷載能夠可靠傳遞。要求建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度與剛度標(biāo)準(zhǔn)，確保高層建筑的上部結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)頂面上產(chǎn)生的豎向的、水平向的荷載以及力矩，能夠向基土或者樁頂進(jìn)行可靠傳遞。

（2）做好變形協(xié)調(diào)以防發(fā)生不均勻沉降。要求結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)位于上部結(jié)構(gòu)和地基土中間位置，要求其平面分布和剛度大小要能夠滿足符合變形協(xié)調(diào)要求，防止不均勻沉降發(fā)生，降低整體或者局部撓曲現(xiàn)象。在多層建筑和高層建筑里，如果條形基礎(chǔ)無法達(dá)到上部結(jié)構(gòu)的地基承載能力以及變形標(biāo)準(zhǔn)，可以用筏型基礎(chǔ)進(jìn)行取代。

（3）進(jìn)行內(nèi)力分析時，對于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)與地基土之間的共同作用要綜合考慮。針對構(gòu)造、配筋等共同作用的結(jié)果則完全有必要進(jìn)行認(rèn)真考慮。如一處大面積整體筏型基礎(chǔ)上同時建有多層、高層建筑，則計算機(jī)簡體下筏板的厚度與配筋時，就要根據(jù)共同作用基礎(chǔ)變形情況以及基底反力來判斷得出。高層建筑帶裙房時，其主樓下筏板的撓度值要求在0.5%o以上，并且主樓和相鄰裙房柱之間的差異沉降要求在1‰以內(nèi)，各裙房柱之間的差異沉降要求在2‰以內(nèi)。

3.3平面和立面的選擇要點(diǎn)

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，盡可能的把結(jié)構(gòu)的剛度、幾何惡化結(jié)構(gòu)中心設(shè)計在一個點(diǎn)上，如果不能達(dá)到這個要求，那么就會影響后期的施工，最主要的還是扭轉(zhuǎn)問題。扭轉(zhuǎn)問題是指由于水平荷載力的因素，結(jié)構(gòu)發(fā)生振動扭轉(zhuǎn)效用，可能會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害。

（2）在對平面和立面選擇的時候，平面應(yīng)該避免復(fù)雜、盡可能的做到對稱、規(guī)則和簡單。相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示出來，結(jié)構(gòu)如果不對稱，則可能影響其穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)的凹凸拐角處，可能產(chǎn)生比較大的損害。

（3）對于完全對稱的高層建筑結(jié)構(gòu)，同樣需要注意凸起部分的比例問題，比例一定要符合設(shè)計的要求，不能夠太大，也不能夠太小。在發(fā)生問題時，可允許采取一定的補(bǔ)救措施。而在豎向布置方面，剛度應(yīng)當(dāng)連續(xù)而且均勻，不能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的軟弱剛度突變的情況。

3.4剪力墻設(shè)計要點(diǎn)

（1）剪力墻布置。通過剪力墻平面布置要求符合均勻、對稱、分散在周邊的要求。其中分散要求指剪力墻的片數(shù)不能過少，且剪力墻的片數(shù)剛度不可過大，連續(xù)尺寸不可過長，增加抗側(cè)力構(gòu)件的數(shù)量，達(dá)到分散的目的，要求各片剪力墻對應(yīng)的彎曲剛度要合理，以防止其承擔(dān)過大的內(nèi)力，運(yùn)用時即使個別墻發(fā)生局部破壞現(xiàn)象，也不至于對整體抗側(cè)力性能產(chǎn)生影響，同時避免個別剪力墻受力過于集中而發(fā)生破壞的現(xiàn)象，給基礎(chǔ)處理工作帶來難度，并且同時也要考慮剪力墻距離遠(yuǎn)近、樓面剛度大小。周邊要求指對建筑物的抵抗扭轉(zhuǎn)能力充分考慮，確保剛度中心能夠與平面中心相結(jié)合；剪力墻周邊對稱布置能夠有效提高抵抗扭轉(zhuǎn)能力。

（2）剪力墻數(shù)量。針對剪力墻數(shù)量應(yīng)根據(jù)許可位移來確定，根據(jù)高層建筑規(guī)范里的普通裝修材料要求框架剪力墻結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移和高度比u/H控制在1/700以內(nèi)，精裝修時u/H控制在1/850以內(nèi)為宜，在此條件下對剪力墻數(shù)量進(jìn)行增減。通過判斷剪力墻數(shù)量合理的辦法是采取結(jié)構(gòu)自振周期校核的方法，根據(jù)地震作用情況來看，當(dāng)剪力墻的結(jié)構(gòu)剛度較小時，相對的地震作用也較小，容易滿足位移限制要求，然而該結(jié)構(gòu)可能不符合工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，其結(jié)構(gòu)自振周期可能不達(dá)標(biāo)，通常的結(jié)構(gòu)自振周期應(yīng)滿足Tl=0.09-0.12）NS要求，其中NS代表樓層數(shù)。當(dāng)剪力墻數(shù)量較多時，則框架剪力墻的結(jié)構(gòu)剛度較大，發(fā)生地震時的周期較短地震力較大，耗材也較多。

4.結(jié)束語

隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對建筑質(zhì)量的要求也會越來越高。為了能夠?qū)⑷藗兊囊蟪浞譂M足，建筑結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計，這樣，不僅能夠有效解決目前市場上土地價格上漲給工程造價帶來的影響，有效降低了開發(fā)商的成本，而且還能夠在確保建筑整體質(zhì)量達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，使建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠滿足客戶的諸多需求。