王學斌

摘要：近幾年來，伴隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，高層建筑也日益增多，因而對于高層建筑結(jié)構(gòu)問題的要求也越來越重視。高層建筑結(jié)構(gòu)設計是一項集綜合性、技術(shù)性、安全性為一體的工作，對于建筑設計的發(fā)展有著重要的意義。因此開展高層建筑結(jié)構(gòu)設計問題及對策的探討意義重大。深入研究當前我國高層建筑結(jié)構(gòu)設計現(xiàn)狀，創(chuàng)新高層建筑結(jié)構(gòu)設計策略，是今后設計單位在高層建筑結(jié)構(gòu)設計方面的重要課題。

關(guān)鍵詞：高層建筑，結(jié)構(gòu)設計，問題，原則

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設計原則

高層建筑結(jié)構(gòu)設計原則，是高層建筑結(jié)構(gòu)設計過程中需要注意和遵循的重要標準和準則，也是高層建筑設計單位提高高層建筑結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量與效益的重要保障。只有在一定的高層建筑結(jié)構(gòu)設計原則支持下，才可以進行建筑結(jié)構(gòu)設計?？傮w來講，高層建筑結(jié)構(gòu)設計原則主要包括以下幾點：

1.1 基礎方案合理。

合理的建筑結(jié)構(gòu)基礎方案是高層建筑結(jié)構(gòu)設計的前提和基礎，在實際的建筑結(jié)構(gòu)基礎方案設計中，設計單位需要根據(jù)實際施工地質(zhì)條件，根據(jù)實際建筑結(jié)構(gòu)施工需求進行設計。同時建筑結(jié)構(gòu)基礎方案需要配置完善的施工地質(zhì)勘察報告，最大程度的發(fā)揮建筑物地基的潛力，必要的情況下設計人員還需要對地基的變形做好相應的驗算。另一方面，設計單位還需要對建筑物進行綜合性分析，尤其是對于建筑物負荷以及上部結(jié)構(gòu)類型，通過對這些綜合性分析，最終選定最適合的基礎方案，從而可以在提高設計質(zhì)量的基礎上獲得更好的經(jīng)濟效益。

1.2 計算簡圖適當。

計算簡圖設計，也是高層建筑結(jié)構(gòu)設計中需要注意的重要問題，主要原因在于高層建筑結(jié)構(gòu)設計時需要對一些基本的數(shù)據(jù)進行計算分析，而這些計算分析都必須要建立在計算簡圖的基礎之上。只有通過計算簡圖基礎之上的數(shù)據(jù)分析，才可以提高高層建筑結(jié)構(gòu)設計的安全性以及牢靠性。舉例來講，建筑物結(jié)構(gòu)節(jié)點問題，建筑物結(jié)構(gòu)節(jié)點并不是我們傳統(tǒng)觀念中的鉸節(jié)點或者是鋼節(jié)點，設計單位在進行計算簡圖設計時，需要對建筑物結(jié)構(gòu)節(jié)點進行深入研究，提高計算簡圖計算的精確性，進而將計算簡圖的誤差控制在合理的范圍內(nèi)。

1.3 結(jié)構(gòu)措施完善。

除了基礎方案合理以及計算簡圖適當這兩大基本原則之外，還有一條基本原則是設計單位經(jīng)常忽略的，那就是結(jié)構(gòu)措施完善原則。設計單位在進行建筑物結(jié)構(gòu)的設計時，需要注意結(jié)構(gòu)組件的延展性，例如建筑物中鋼筋的錨固長度等。同時，設計單位還需要注意建筑物薄弱環(huán)節(jié)以及建筑物本身溫度對于建筑物組件的影響，對于這兩方面的問題，在實際的設計過程中，需要遵循“強柱弱梁、強剪弱彎以及強壓弱拉”的基本原則，只有這樣才可以提高高層建筑結(jié)構(gòu)設計的安全性以及牢靠性。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設計問題與策略

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設計高度問題及解決。

我國有關(guān)部門對于高層建筑結(jié)構(gòu)體系的最大高度問題，出臺了一系列的規(guī)章制度，對其進行了嚴格的規(guī)定與規(guī)范，其中之一便是《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。該《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對于高層建筑結(jié)構(gòu)體系的高度問題規(guī)定，主要是從經(jīng)濟性以及適用性等方面進行規(guī)范的?！兑?guī)程》所規(guī)定的結(jié)構(gòu)體系最適宜高度，不僅僅與我國建筑施工技術(shù)水平以及建筑水平相關(guān)，而且還與我國國民經(jīng)濟發(fā)展水平，與建筑工程規(guī)范體系相協(xié)調(diào)。但是在實際的高層建筑結(jié)構(gòu)設計以及施工中，出現(xiàn)了許多與《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定相違背的高度。舉例來講，在有些建筑物設計以及施工過程中，甚至出現(xiàn)了高達四百多米的組合機構(gòu)大廈以及三百多米的混凝土結(jié)構(gòu)體系的廣場。尤其是近幾年來，建筑物的高度不斷增加，建筑物自身的參考系數(shù)已經(jīng)超出了《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，例如在安全指標、荷載取值以及延性要求、材料性能、力學模型選擇等方面。為此，對于這些高層建筑結(jié)構(gòu)設計高度問題，設計單位需要嚴格根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等有關(guān)規(guī)定，對設計高度保持科學嚴謹?shù)膽B(tài)度。

2.2 鋼筋混凝土梁承載力問題及解決。

一般來講，城市高層建筑主要是以寫字樓以及其他辦公場所為主，因此，在實際的高層建筑結(jié)構(gòu)設計過程中，設計單位需要著重考慮到空調(diào)、消防等設備。這些設備不同于其他設備，它們往往是布置于樓層的梁底之下的，如果沒有梁底開洞，就沒有辦法進行設備的安裝。因此，在設備安裝之前，設計單位需要對梁的承載力進行分析以及計算，避免出現(xiàn)由于梁底承載力不足而出現(xiàn)安全結(jié)構(gòu)問題。對于梁底開洞之后的承載力，設計單位可以通過孔洞周邊補強筋以及開孔梁撓度、裂縫寬度等數(shù)據(jù)進行分析。對于鋼筋混凝土梁腹部開孔，國家出臺了有關(guān)政策，例如《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊》等，對于鋼筋混凝土梁腹部開孔的位置、流程、環(huán)節(jié)以及大小等進行了科學的規(guī)定。設計單位在進行鋼筋混凝土梁承載力計算時，還需要參考不同種類腹部開孔方式，提高鋼筋混凝土梁承載力計算的精確度，這對于提高建筑物的穩(wěn)定性以及安全性意義重大。除此之外，還可以對鋼筋混凝土梁承載力進行有效地計算。在計算過程中還需參考不同種類的腹部開孔方式。

2.3 抗震構(gòu)造與框架梁設計問題及解決。

為了進一步提高城市高層建筑結(jié)構(gòu)設計的安全性以及穩(wěn)定性，建筑結(jié)構(gòu)設計單位在高層建筑結(jié)構(gòu)設計方面做出了重大的努力，取得了重大的突破，高層建筑結(jié)構(gòu)安全性以及穩(wěn)定性水平得到進一步提升。但是由于我國的建筑物抗震標準較低，在抗震與構(gòu)造方面，很難處理好結(jié)構(gòu)設計與抗震烈度之間的關(guān)系。為此，在實際的高層建筑抗震與構(gòu)造設計中，抗震與構(gòu)造設計需要有一定的彈性，這樣才可以滿足高層建筑結(jié)構(gòu)設計安全性以及穩(wěn)定性要求。舉例來講，中震烈度的重現(xiàn)期是475年，被超越率是10%；大震的重現(xiàn)期約為2000年，被超越率是2%。我國建筑構(gòu)造規(guī)定的安全度及抗震計算方法也相對較低，且在軸壓比、配筋率以及梁柱承載力匹配程度等抗震延性的相關(guān)規(guī)定也不夠嚴格。結(jié)構(gòu)設計造價在建筑整體投資之中比例的減少也應給予重視，尤其是在高烈度區(qū)域應有嚴格的抗震方法以及構(gòu)造措施來保證建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。另一方面，在實際的高層建筑結(jié)構(gòu)設計過程中還需要進一步解決與框架柱和剪力墻相連的框架梁設計問題。就高層建筑結(jié)構(gòu)的截面設計而言，豎向變形差過大通常會導致與框架柱和剪力墻相連的框架梁出現(xiàn)超筋現(xiàn)象，進而影響到框架梁截面設計。

框架梁端部豎向變形差所引起的剪力和固端彎矩的計算函數(shù)式如下：

其中，MAB/MBA為框架梁固端彎矩；QAB/QBA為框架梁端剪力；Δ為框架梁端部豎向變形差；Ib為框架梁截面慣性矩；I為框架梁計算長度。

針對與框架柱和剪力墻相連的框架梁超筋問題，可以從優(yōu)化結(jié)構(gòu)的軸壓比以及提高計算方法的合理性兩個方面進行解決。

3 結(jié)語

改革開放以來，伴隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，加上科學技術(shù)的不斷進步，我國高層建筑行業(yè)取得了重大的突破。高層建筑結(jié)構(gòu)設計是否合理，不僅僅影響到高層建筑實施施工，而且還直接影響到高層建筑建設以及后期養(yǎng)護的順利開展。本文主要研究高層建筑結(jié)構(gòu)設計原則，探討高層建筑結(jié)構(gòu)設計問題與策略，為設計單位在高層建筑結(jié)構(gòu)設計方面的進一步開展提供借鑒。