王凱 董云攀

【摘 要】高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)涉及諸多因素和問題的綜合性技術(shù)工作，高層建筑對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求非常高，建筑設(shè)計(jì)師一定要在準(zhǔn)確分析計(jì)算的前提下，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則性要求，結(jié)合實(shí)際的工程條件和地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)和采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。本文所論述的高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的類型及特點(diǎn)和一般原則，以及常見問題的探討分析，可以為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體工作提供參考的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；特點(diǎn)；原則；問題分析

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類型和特點(diǎn)分析

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最開始出現(xiàn)的是比較簡(jiǎn)單的框架結(jié)構(gòu)，隨后又出現(xiàn)了鋼筋混凝土構(gòu)造的剪力墻結(jié)構(gòu)，由框架部分與剪力墻部分共同作用的框剪結(jié)構(gòu)，由筒體體系構(gòu)成的筒體結(jié)構(gòu)以及不同結(jié)構(gòu)相結(jié)合而形成的組合結(jié)構(gòu)和一些巨型結(jié)構(gòu)（巨型梁結(jié)構(gòu)、巨型柱結(jié)構(gòu)等等）。

這些結(jié)構(gòu)各有受力特點(diǎn)，適用于高度不同的結(jié)構(gòu)體系，不同建筑結(jié)構(gòu)的選擇也影響著后續(xù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。高層建筑的結(jié)構(gòu)形式與工程施工、工程造價(jià)、建筑設(shè)備安裝等諸多因素密切相關(guān)，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意設(shè)計(jì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。第一，高層建筑相對(duì)低層建筑整體上會(huì)導(dǎo)致受力增加，相對(duì)于豎直荷載，水平荷載地位提高，成為決定性因素，必須考慮基于水平荷載的建筑荷載能力，水平荷載主要包括地震和風(fēng)荷載，高層建筑應(yīng)該有更加優(yōu)秀的抗震能力。第二，高層建筑的側(cè)移是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要因素，也是重要的控制指標(biāo)。第三，高層建筑的柱中容易產(chǎn)生豎向變形，這會(huì)造成連續(xù)梁的長(zhǎng)度變化和預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度變化，忽略軸向變形是潛在的危險(xiǎn)因素。第四，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意有較大的結(jié)構(gòu)延性，作為一種預(yù)防措施保證整體結(jié)構(gòu)在高荷載作用產(chǎn)生巨大變形下不至于倒塌。

2、高層建筑設(shè)計(jì)的一般原則

2.1關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的選取原則

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析過程當(dāng)中，要進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，而計(jì)算簡(jiǎn)圖是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)，所以計(jì)算簡(jiǎn)圖的選取恰當(dāng)與否關(guān)系著高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，也關(guān)系著高層建筑的使用是否安全可靠。在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的選取時(shí)，要特別的仔細(xì)認(rèn)真，這樣才能保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的可靠，保證高層建筑的安全建設(shè)和使用。同時(shí)，計(jì)算簡(jiǎn)圖要有一定的構(gòu)造措施和構(gòu)造方法來保證安全，尤其是建筑節(jié)點(diǎn)在圖紙上和實(shí)際中略有差別，必須保證計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差在允許的設(shè)計(jì)誤差范圍內(nèi)。此外，設(shè)計(jì)工程師要仔細(xì)的分析軟件計(jì)算的結(jié)果，避免因?yàn)椴煌?jì)算軟件的計(jì)算結(jié)果而造成比較大的計(jì)算偏差和失誤。

2.2關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案選取原則

高層建筑的基礎(chǔ)比較深，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要考慮多種因素。高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須參考詳細(xì)的地質(zhì)勘探報(bào)告，然后結(jié)合地區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行基礎(chǔ)的合理設(shè)計(jì)。同時(shí)，采用哪種高層建筑的結(jié)構(gòu)類型也影響著基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作，不同的建筑類型的荷載不同，高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須與結(jié)構(gòu)類型和荷載分布相一致。綜合考慮各種因素來確定基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作的目的是使地基的穩(wěn)定性能和承載能力發(fā)揮到最大。

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案一般要滿足兩方面的要求，一是受力特性和建筑的力學(xué)性質(zhì)的合理性，對(duì)于整個(gè)高層建筑的結(jié)構(gòu)體系的受力和荷載要明確，力的分析與計(jì)算必須簡(jiǎn)單。二是要滿足經(jīng)濟(jì)成本合理性的基本要求，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案直接決定了后續(xù)的施工方案的選取工作和施工設(shè)計(jì)，這個(gè)過程必須考慮整體建筑施工成本合理的要求。另外，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案也必須考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、地理地形條件、工程施工的要求、施工方案和建筑設(shè)備安裝等具體的因素，在各種因素相互協(xié)調(diào)的情況下，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案。

2.3關(guān)于計(jì)算結(jié)果正確性分析的原則

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件不斷地加入到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析計(jì)算當(dāng)中，但是與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的軟件的品種數(shù)量眾多，不同的軟件品種的計(jì)算方法、流程和編程實(shí)現(xiàn)方法不一定相同，導(dǎo)致了有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果存在著許多差異。設(shè)計(jì)工程師要正確認(rèn)識(shí)和分析這些計(jì)算結(jié)果的差異，充分了解所采用的計(jì)算軟件的計(jì)算范圍和計(jì)算條件，要在仔細(xì)審核的基礎(chǔ)上進(jìn)行仔細(xì)的判斷，排除人工數(shù)據(jù)輸入的錯(cuò)誤，才能夠得出所需要的正確結(jié)果。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問題分析

3.1高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)相關(guān)問題

高層建筑的地基設(shè)計(jì)既是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提性工作，也是建筑設(shè)計(jì)師非常重視的一個(gè)問題。地基設(shè)計(jì)的重要性不言而喻，地基設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響著基礎(chǔ)的類型選擇和工程的造價(jià)?；A(chǔ)的設(shè)計(jì)工作包含了基礎(chǔ)的類型設(shè)計(jì)和對(duì)地基的處理工作。地基類型的選擇要考慮到上部結(jié)構(gòu)的荷載、地基的承受荷載的能力以及工程的整體造價(jià)等因素，其中比較重要的是上部建筑荷載的準(zhǔn)確計(jì)算和結(jié)構(gòu)選型。另外在地基的設(shè)計(jì)和相關(guān)計(jì)算中一定要遵守國(guó)家規(guī)范和地方性規(guī)范，因?yàn)榫腿珖?guó)來說，各地的地質(zhì)條件差別很大，國(guó)家規(guī)范沒有辦法作出統(tǒng)一全面的規(guī)定，所以在地基的設(shè)計(jì)工作中要注意遵守地方性的設(shè)計(jì)規(guī)范的問題。

3.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剪力墻設(shè)置問題

高層建筑中的剪力墻的數(shù)量要求和位置的設(shè)置問題也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要因素之一。第一，在現(xiàn)行的建筑規(guī)范中，具體描述了短肢剪力墻的定義問題，短肢剪力墻是指截面的高度和厚度的比在5-8的墻體，在具體的建筑應(yīng)用中，短肢剪力墻的使用受到諸多限制，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量少使用這種墻體結(jié)構(gòu)，避免后續(xù)的設(shè)計(jì)上的諸多問題。第二，剪力墻的位置設(shè)置除了在建筑的兩端以外，在建筑的縱向中軸線還應(yīng)該增加剪力墻結(jié)構(gòu)，并調(diào)整剪力墻中心的位置，合理設(shè)置厚度以及截面，使建筑的結(jié)果位移保持在合理的范圍之內(nèi)。

3.3高層建筑中的結(jié)構(gòu)規(guī)則性問題

關(guān)于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新舊質(zhì)量規(guī)范在諸多問題的內(nèi)容描述上都存在著一定的變化和改動(dòng)，這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，第一，新的建筑規(guī)范中針對(duì)舊的建筑規(guī)范的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)則性問題，增加了許多的限制條件，比如建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的平面規(guī)則性問題和結(jié)構(gòu)嵌固端的剛度比問題。第二，新的建筑規(guī)范中采用強(qiáng)制性的條文規(guī)定了嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是不能采用的。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要注意到新舊規(guī)范的的內(nèi)容改動(dòng)，嚴(yán)格遵守規(guī)定的限制條件，合理的規(guī)劃自己的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免為后續(xù)的施工設(shè)計(jì)和施工圖的設(shè)計(jì)工作帶來不必要的麻煩。

4、結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，城市中建筑物的數(shù)量不斷增加，城市用地趨于緊張，高層建筑不斷出現(xiàn)。相對(duì)于常見的低層建筑，高層建筑的體型更加龐大，基礎(chǔ)較深，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜性增加，是高層建筑的規(guī)劃建設(shè)的難點(diǎn)所在。高層建筑的出現(xiàn)，一方面是為了緩解城市的用地緊張的情況，提高土地的綜合利用率，使城市規(guī)劃逐漸合理化和科學(xué)化；另一方面原因是高層建筑本身具有美學(xué)方面的重要意義，是一個(gè)城市現(xiàn)代發(fā)展的名片，可以作為城市重要的地標(biāo)建筑。高層建筑作為一個(gè)復(fù)雜而又龐大的綜合系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理影響著高層建筑的安全和性能，所以高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有三個(gè)方面的基本要求：不但要滿足抗震、抗風(fēng)的安全性要求，而且要滿足結(jié)構(gòu)合理、構(gòu)造科學(xué)的專業(yè)性要求，還要滿足建設(shè)成本合理的經(jīng)濟(jì)性要求。

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