黎濤

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人口數(shù)量的增加，使城市高層建筑成為城市建筑結(jié)構(gòu)的主流。隨著高層建筑結(jié)構(gòu)體系的多樣化發(fā)展，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的一些問題，直接影響了高層建筑的質(zhì)量。如何解決高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的一些問題，已成為當(dāng)前建筑師重點研究的問題。本文通過對高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點進(jìn)行研究，分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在哪些問題，并提出解決對策，僅供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；設(shè)計特點；設(shè)計原則

隨著城市化進(jìn)程的加快，為了使空間加大利用，我國房屋結(jié)構(gòu)已經(jīng)由單層向多層、高層發(fā)展，從傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)改變?yōu)楦邔拥目蚣堋⒓袅巴搀w結(jié)構(gòu)，以此獲得更大、更靈活、更自由空間，可以滿足更多用戶需求，所以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要制定科學(xué)合理的設(shè)計方案，解決結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的一些問題，使我國高層建筑得到穩(wěn)定的發(fā)展。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的定義及特點

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，普遍應(yīng)用的是鋼與鋼筋混凝土作為基本材料。鋼筋混凝土具有造價低、來源豐富、形狀多樣等特點，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計師的各種創(chuàng)意設(shè)計，還能有效的節(jié)省鋼材。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在耐久性與耐火性與承載能力方面有著明顯的優(yōu)勢。并且通過建筑設(shè)計師的巧妙設(shè)計，還能實現(xiàn)非常理想的抗震性。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也有一些缺點，例如：斷面大、自重大，而且費模費工[1]。

使用鋼材作為基本材料，具有強度大、韌性大和易于加工等特點。高層建筑使用鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有斷面小、自重輕和抗震性能良好等優(yōu)勢。尤其鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件可以在工廠加工完成后運到施工現(xiàn)場使用，將工期大大縮短。使用鋼材作為高層建筑的材料也有很大的缺點，用鋼量過大，使工程造價提高，并且鋼結(jié)構(gòu)并不具備良好的耐火性，需要額外增加大量的防火涂料，這就使工程的施工周期與工程造價增加。

很多發(fā)達(dá)國家的高層建筑都使用鋼結(jié)構(gòu)。而我國高層建筑物也越來越多，高度也逐年增加，有些高層建筑也使用了鋼結(jié)構(gòu)。通過以上分析可以看出，鋼筋結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)各有不同的優(yōu)點和缺點，所以，比較理想的高層建筑結(jié)構(gòu)形式就是將鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的組合使用，通過優(yōu)勢與劣勢的互補，使高層建筑取得最佳的經(jīng)濟效益和質(zhì)量。目前我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點為以下幾點：

1.1 框架結(jié)構(gòu)

早期的高層建筑普遍使用框架結(jié)構(gòu)，梁和柱以鉸接或者鋼接連的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)的搭建，框架結(jié)構(gòu)的建筑空間有很高的靈活性，但是，由于梁柱截面積小，不具有很高的抗震能力，所以，框架結(jié)構(gòu)只能應(yīng)用于抗震要求不高的小型建筑[2]。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)是通過鋼筋混凝土墻板實現(xiàn)水平和豎向力的承重。而剪力墻結(jié)構(gòu)通用的形式是平面布置，一般情況下，使用雙向或者多向的布置，可以有效承受水平荷載與豎向荷載這兩方作用力。而鋼筋混凝土墻板需要保持豎向設(shè)置的穩(wěn)定性與整體性，所以，適合于較高建筑結(jié)構(gòu)使用。剪力墻結(jié)構(gòu)受力體系一定要滿足間距要求，這就在很大程度上限制了建筑空間實現(xiàn)靈活性。

1.3 框剪結(jié)構(gòu)

框剪結(jié)構(gòu)是將框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合使用的結(jié)構(gòu)體系。以框架結(jié)構(gòu)為主要結(jié)構(gòu)，應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)為輔助結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)形式配合使用，既能互相補充，又能彌補各自的不足?？朔蚣芙Y(jié)構(gòu)缺乏較強抗震性和剪力墻結(jié)構(gòu)缺乏靈活性的缺點，我國高層建筑普遍應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式就是框剪結(jié)構(gòu)[3]。

1.4 筒體結(jié)構(gòu)

豎向筒體承受水平和豎向的荷載，這種結(jié)構(gòu)就是筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)是從框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)展起來的，筒體結(jié)構(gòu)具有封閉性，可以使受力能力大大提高，實現(xiàn)高層建筑高度的增加。

1.5 組合結(jié)構(gòu)

我國高層建筑高度不斷在增加，要實現(xiàn)高層建筑各種功能，使建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)一步完善，將各種建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行各種組合，形成了組合結(jié)構(gòu)的體系，可以使我國高層建筑得到更大的發(fā)展[4]。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題分析

2.1 箱、筏基礎(chǔ)底板出挑板的問題

桃板問題，在結(jié)構(gòu)角度分析，可以調(diào)勻邊跨的底板鋼筋，可以節(jié)約由于邊跨鋼筋產(chǎn)生的底板通長筋的加大，出桃板還可以降低基底的附加應(yīng)力。天然地基與人工地基坎上的基礎(chǔ)形式，可以在天然地基上增加挑板，實現(xiàn)整體的沉降得到有效的控制，如果荷載偏心，可以在某些特定的部位增加挑板，使沉降差與整體傾斜都得到有效的調(diào)整[5]。

一般不在窗井位置設(shè)置長挑板，而是挑板上砌墻，而且此次板不按挑板進(jìn)行計算。如果數(shù)層地下室的窗井具有很密的橫隔墻，而橫隔墻又能夠和內(nèi)部的墻體進(jìn)行連通，就要重新考慮挑板的設(shè)置和計算問題。如果地下水位高出基礎(chǔ)挑板，是可以有效解決一些抗浮的問題，如果取消挑板，將更方便柔性的防水。

2.2 箱、筏基礎(chǔ)底板桃板陽角的問題

基礎(chǔ)底板的底面積中的陽角面積小，很多時候可以使用直角，而陽角則在懸挑的部分可以保持不變，也不使用輻射筋。

2.3 基坑開挖的問題

基坑開挖時，基坑旁土一般不會出現(xiàn)反彈，這是受摩擦角控制，坑中心基土容易發(fā)生反彈，可以使用人工做好基土的清理，約束力大時可以不計回彈。基底的附加應(yīng)力如果對稱，就要做好計算，約束力如果小時，就要對基底壓力進(jìn)行計算，箱基沉降時也要做好計算[6]。

2.4 梁、板計算跨度的問題

一般的計算跨度，只適用常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如果在寬扁梁的計算中就不適合。而梁板結(jié)構(gòu)是通過梁中心線設(shè)置剛性支座，這就使梁失去真正的概念意義。一般情況下對梁板的認(rèn)識是，變截的面板。扁梁結(jié)構(gòu)的梁高并不大于板厚，計算時，要將長度計算到梁中心，確定梁中心彎矩與梁的厚度，確定梁邊彎矩與板厚配筋。很多時候?qū)χ拥恼J(rèn)識歸為超大截面梁，梁配筋要取柱邊彎矩。出現(xiàn)削峰情況是正常的，沒有削峰現(xiàn)象就是真正出現(xiàn)了問題。

2.5 回彈再壓縮的問題

進(jìn)行基坑開挖，一般情況下，摩擦角范圍坑邊的基底土不會出現(xiàn)反彈，是受到了約束，而基坑中心地基土出現(xiàn)反彈，回彈的基底土可以通過人工的方式進(jìn)行清除。基礎(chǔ)小就會使坑底受大的約束力，獨立的基礎(chǔ)可以忽略回彈的計算。

進(jìn)行沉降計算時，可以通過基底的附加應(yīng)力進(jìn)行計算。基坑大不會受到太大的約束力，例如：箱基，在計算沉降時，就可以按照基底的壓力進(jìn)行計算，而基坑邊土的約束部分，可以按照安全儲備，所以，計算沉降要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實際的沉降[7]。

2.6 抗震縫的問題

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要注意加大抗震縫的設(shè)計。如果只按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗震縫的設(shè)計，真正發(fā)生地震時，抗震縫就會發(fā)生碰撞，所以要加大抗震縫的設(shè)計，可以更好的穩(wěn)定效果。

2.7 增加附加筋的問題

一般情況下，對附加筋的認(rèn)識只限于次梁截面范圍內(nèi)的主梁箍筋不能增加箍筋或者說箍筋發(fā)生短缺，可以在次梁的兩側(cè)進(jìn)行修補，附加筋在一般情況下需要具備，不過并不是絕對需要具備。一般梁截面在一定范圍內(nèi)的荷載是根據(jù)具體的情況進(jìn)行確定的。主梁與次梁的截面如果沒有太大的差別，當(dāng)次梁的荷載過大，就一定要增加附加筋。主梁過高，次梁截面過小，而且荷載過小的時候，可以不增加附加筋。如果主次梁的截面大，主次梁荷載不大，這時的主梁也可以不增加附加筋。

總之，主梁上次梁出現(xiàn)開梁，次梁受壓的區(qū)頂直到主梁底，這個截面高度混凝土要增加箍筋才能完全承受次梁的剪力，而主梁則可以考慮不增加附加筋。當(dāng)梁上的集中力所產(chǎn)生剪力于梁范圍內(nèi)表現(xiàn)相同時，滿足抗剪力的情況下，集中力的位置就可以獲得自然的滿足。

很多時候，懸挑梁適合制成等截面，特點適合出挑的長度過短的情況下。而挑梁自重則占到總荷載十分小的比例，如果作為變截面則不能實現(xiàn)有效的減重。當(dāng)變截面挑梁附加筋也各不相同，這就使施工的實際難度加大，使變截面梁撓度大于了等截面梁。而外露大挑梁則可以在某些情況下改成變截面，實現(xiàn)更好的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3 結(jié)束語

綜上所述，對我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題進(jìn)行具體的分析，可以使高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平得到進(jìn)一步的完善，使高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量得到保證，進(jìn)而影響整個高層建筑的施工質(zhì)量及實際應(yīng)用，對于我國建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展具有重大意義。

參考文獻(xiàn)

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[6]韓蘋食.談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題[J].城市建設(shè)理論研究，2012（18）.

[7]黃新富.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題及對策研究[J].建筑遺產(chǎn)，2013，8（12）：170～171.