潘進(jìn)

摘? ? 要：高層建筑不斷增多，建筑的難度也在增加，這對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員是非常大的挑戰(zhàn)。高層建筑與多層建筑在建筑結(jié)構(gòu)方面是有著明顯區(qū)別的，比如結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性以及構(gòu)件截面的設(shè)計(jì)等，這些都是非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)內(nèi)容。因此在如今高層建筑成為主流的情況下，需要對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的分析。

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

1? 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與要點(diǎn)

1.1? 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

與多層不同，高層的建筑高度更大，層數(shù)更多，高層的抗震設(shè)計(jì)、構(gòu)件承載力以及抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，這些都是與多層不同。在高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要具備非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且保持清晰的概念。對(duì)宏觀以及微觀的全面把控，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路更加合理[1]。結(jié)構(gòu)側(cè)向力：高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，側(cè)向水平力會(huì)因?yàn)楦叨仍黾佑忻黠@的增大。結(jié)構(gòu)延性：高層高度的增加，需要極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)延性，對(duì)地震的作用進(jìn)行抵抗以及消耗。這樣高層的結(jié)構(gòu)就會(huì)在地震情況下也有不錯(cuò)的變形能力?？梢詾槿藛T的逃生提供更多的機(jī)會(huì)。結(jié)構(gòu)剛度：結(jié)構(gòu)高度增大，層數(shù)增加，就會(huì)導(dǎo)致本身的質(zhì)量增大，結(jié)構(gòu)受到的水平作用力就會(huì)變大。因此高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，豎向構(gòu)件要把保持合理的位置以及數(shù)量，讓結(jié)構(gòu)具備更加科學(xué)的抗側(cè)力剛度，降低側(cè)向位移并滿足極限狀態(tài)下的使用要求。

1.2? 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

首先是高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要重視概念的設(shè)計(jì)。由于以往的培養(yǎng)方式，讓結(jié)構(gòu)工程師對(duì)總體的方案關(guān)注不夠，考慮的僅僅是細(xì)節(jié)的問題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是規(guī)范以及計(jì)算，進(jìn)行強(qiáng)度以及變形計(jì)算，但是對(duì)概念設(shè)計(jì)是有所忽視的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的地位還是非常關(guān)鍵的，對(duì)后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及造價(jià)控制都是有直接的影響。因此設(shè)計(jì)人員需要重視概念設(shè)計(jì)，從總體的角度展開結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行宏觀上的方向把控，并明確自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定好理想的承載力、延性以及剛度的目標(biāo)，從而進(jìn)行方案的部署。對(duì)整體的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，完成整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其次是高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要注重剛?cè)峤Y(jié)合。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不僅僅是追求整體的剛度來提升對(duì)地震的抵抗作用，這樣就會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)，對(duì)結(jié)構(gòu)也會(huì)造成非常大的傷害。良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮到結(jié)構(gòu)的承載力以及剛度，對(duì)風(fēng)荷載以及地震力進(jìn)行抵抗，在多遇地震的情況下，結(jié)構(gòu)還是處于彈性工作狀態(tài)，在進(jìn)入塑性工作狀態(tài)后，結(jié)構(gòu)還應(yīng)有不錯(cuò)的變形能力以及延性，對(duì)地震作用進(jìn)行消耗，結(jié)合實(shí)際的需求，設(shè)置多道防線。

2? 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

2.1? 高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

高層的結(jié)構(gòu)層數(shù)比較多，荷載也比較大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要高度重視基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。高層的基礎(chǔ)選型，要結(jié)合地質(zhì)條件，因地制宜選取合適的基礎(chǔ)形式。高層剪力墻的上部荷載是比較大的，多數(shù)是選擇樁基礎(chǔ)以及筏板基礎(chǔ)?；A(chǔ)的設(shè)計(jì)不僅要考慮到承載力的問題，地基沉降也是要進(jìn)行驗(yàn)算的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要選擇地質(zhì)情況比較好的土層，來作為基礎(chǔ)的持力層，選擇一些剛度好的基礎(chǔ)，減少對(duì)建筑沉降量，讓工程要求得到基本的滿足。因?yàn)楦邔邮艿揭欢ǖ乃胶奢d，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)傾覆，因此基礎(chǔ)的埋深要達(dá)到要求，不能過淺，這是很多設(shè)計(jì)人員非常容易忽視的問題，會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。

2.2? 運(yùn)用合適的計(jì)算簡(jiǎn)圖

從結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的角度來說，運(yùn)用合適的計(jì)算簡(jiǎn)圖，能夠有效保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，減少設(shè)計(jì)誤差的出現(xiàn)[2]。若產(chǎn)生設(shè)計(jì)誤差，比如配筋誤差等，將會(huì)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(jì)時(shí)，運(yùn)用計(jì)算簡(jiǎn)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(shí)際需求，選擇適宜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件，輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作業(yè)的開展，保證設(shè)計(jì)方案參數(shù)計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效率。

2.3? 選擇合適的結(jié)構(gòu)嵌固端

嵌固端位置的選擇，對(duì)結(jié)構(gòu)指標(biāo)以及內(nèi)里配筋會(huì)有直接的影響，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及計(jì)算中，要結(jié)合土體的實(shí)際約束以及上下層的剛度，對(duì)嵌固端的實(shí)際位置進(jìn)行確定，讓計(jì)算模型更加符合現(xiàn)實(shí)的情況。

2.4? 優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)的方案布置

對(duì)整體結(jié)構(gòu)的布置進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)抗側(cè)力構(gòu)件的尺寸、平面位置進(jìn)行合理的布置，并防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)偏心以及扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，最大程度上讓構(gòu)件承載力以及抗震延性得到充分的發(fā)揮，不要出現(xiàn)一些構(gòu)件的承載力接近極限的狀態(tài)，一些構(gòu)件則是沒有將自身的承載力發(fā)揮出來的現(xiàn)象。剪力墻布置要注意采取周邊、對(duì)稱的原則，豎向連續(xù)，防止出現(xiàn)剛度以及承載力突變。

2.5? 把握好整體結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)

需要將結(jié)構(gòu)耗能的能力進(jìn)行充分的發(fā)揮，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)瞬時(shí)、脆性的破壞，在遇到地震以及極強(qiáng)風(fēng)荷載的情況下，高層的高度原因，需要結(jié)構(gòu)具備極強(qiáng)的抗側(cè)強(qiáng)度以及延性，從而抵抗水平荷載。允許結(jié)構(gòu)的一些構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸，可以對(duì)地震的能量進(jìn)行不斷的消耗，防止一些重要的構(gòu)件被破壞，造成不良的后果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要把握好一些關(guān)鍵構(gòu)件的延性設(shè)計(jì)，比如傳遞水平力的構(gòu)件以及抗側(cè)力構(gòu)件。要注意結(jié)構(gòu)延性的整體設(shè)計(jì)，在地震下可以讓結(jié)構(gòu)保持安全，并減少造價(jià)。

2.6? 合理設(shè)計(jì)抗震防線

若想增強(qiáng)建筑整體的抗震能力，采取增加抵御路線的方法，增強(qiáng)抵抗力。發(fā)生地震時(shí)，綜合發(fā)揮各類防線的積極作用，形成強(qiáng)有力的保護(hù)，避免建筑出現(xiàn)大規(guī)模倒塌破壞的情況。

2.7? 把控好抗震設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，需全面把控，做好設(shè)計(jì)要點(diǎn)的把控。具體實(shí)踐中采取以下措施：（1）合理設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，將會(huì)給建筑抗震性能造成直接影響。目前來說，高層建筑建設(shè)選用的結(jié)構(gòu)形式，主要包括剪力墻結(jié)構(gòu)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，框-筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)。近年來，鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用，增強(qiáng)了建筑抗震能力。開展抗震設(shè)計(jì)，要積極采用柔性體系，通過消減地震條件下的作用力，保障建筑的安全性。（2）優(yōu)選建筑材料。材料的質(zhì)量水平，影響著建筑的抗震性能?；诳拐鹪O(shè)計(jì)層面選擇建筑材料，要做好整體分析，有效把控建筑物延性，實(shí)現(xiàn)材料的優(yōu)選，保證建筑物整體性能。

2.8? 正確分析計(jì)算結(jié)果

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會(huì)導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果。因此設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)程序的適用范圍、條件等進(jìn)行全面了解。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)實(shí)際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析，慎重校核，做出合理判斷。

2.9? 采取相應(yīng)的構(gòu)造措施

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)始終要牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件原則”。注意構(gòu)件的延性性能;加強(qiáng)薄弱部位;注意鋼筋的錨固長(zhǎng)度;考慮溫度應(yīng)力的影響力。

2.10? 其他注意事項(xiàng)

結(jié)構(gòu)傳力的路徑，需要盡可能簡(jiǎn)單和直接，要避免結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌。同時(shí)結(jié)構(gòu)的剛心和質(zhì)心接近，避免結(jié)構(gòu)在地震力以及風(fēng)荷載的沖擊下扭曲、結(jié)構(gòu)豎向的抗側(cè)力構(gòu)件，要保持連續(xù)性，防止剛度出現(xiàn)突變，造成薄弱層。

3? 結(jié)論

高層建筑已經(jīng)是國(guó)內(nèi)建筑業(yè)如今的主流，高層與多層建筑是截然不同的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有著更加復(fù)雜的要求，諸多的方法以及技術(shù)是需要進(jìn)行改進(jìn)的，不斷有新技術(shù)以及新材料出現(xiàn)并被應(yīng)用到建筑領(lǐng)域，高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是會(huì)達(dá)到更高的層面上，設(shè)計(jì)人員一定要加強(qiáng)自身的專業(yè)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮亮秋.混凝土斜腹桁架轉(zhuǎn)換體系在大跨度高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建筑科學(xué)，2018（11）：146～149.

[2] 謝犇.探討高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的問題及對(duì)策[J].中國(guó)住宅設(shè)施，2019（1）：52～53.