趙琦

摘 要：本文是作者近幾年的工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的簡(jiǎn)要論述了現(xiàn)代各種高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和原則，并簡(jiǎn)要的闡述了高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方法，最后對(duì)抗震分析與設(shè)計(jì)在高層建筑的應(yīng)用進(jìn)行了探討。從而進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析。

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

1 引言

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)，全面的工作，需要扎實(shí)的理論知識(shí)功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。所以說(shuō)，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的每項(xiàng)活動(dòng)中都要注重每一個(gè)細(xì)節(jié)，不斷優(yōu)化每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。讓城市中的高層建筑都能達(dá)到安全、合理、經(jīng)濟(jì)、耐久的設(shè)計(jì)要求。

2 提高建筑物安全性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為保障建筑安全的重要一部分，需要從根本上加以重視。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的意識(shí)不足、設(shè)計(jì)不合理、質(zhì)量難以保障、監(jiān)督力度不足等問(wèn)題，需要從設(shè)計(jì)者、施工方、監(jiān)管部門(mén)等方面入手，找出切合實(shí)際的解決辦法，才能提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在提高建筑安全性方面的重要作用，切實(shí)保障建筑的安全性，保障國(guó)家財(cái)產(chǎn)不受損失、人民生命財(cái)產(chǎn)安全不受威脅。在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑物的實(shí)際情況。其中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值要求嚴(yán)格，以及所處的地理位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，穩(wěn)定性以及正常使用功能等。其在風(fēng)力和地震作用下往往能夠產(chǎn)生較大的層間位移，滿(mǎn)足其具有足夠的剛度又要避免結(jié)構(gòu)，超過(guò)結(jié)構(gòu)的位移限值風(fēng)荷載作用下的限值比地震作用下的要求嚴(yán)格，在水平荷載的作用下產(chǎn)生過(guò)大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力?？刂频卣鹋まD(zhuǎn)效應(yīng)，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的平面布置等不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)剛度中心不重合，當(dāng)周期比不滿(mǎn)足要求時(shí)可采用加大抗側(cè)力構(gòu)件截面，并應(yīng)將抗側(cè)力構(gòu)件盡可能的均勻布置在建筑四周，增加抗側(cè)力構(gòu)件數(shù)量的方法，在地震發(fā)生時(shí)建筑結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體倒塌，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分重視扭轉(zhuǎn)的影響。

3 簡(jiǎn)單論述高層建筑結(jié)構(gòu)體系的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

僅以框架結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)體系為說(shuō)明。多層與高層房屋之間沒(méi)有明確的界限，我國(guó)通常將8層級(jí)8以下的房屋稱(chēng)為多層房屋，8層以上的房屋為高層房屋。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，是指由鋼筋混凝土橫梁、縱梁和柱等構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)。按施工方法不同，框架可分為整體式、裝配式和裝配式整體式三種。整體式框架也稱(chēng)全現(xiàn)澆框架，其優(yōu)點(diǎn)是整體性好，建筑布置靈活，有利于抗震，但工程量大，模板耗費(fèi)多，工期長(zhǎng)。裝配式框架的構(gòu)建全部為預(yù)制，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝和連接。其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約模板，縮短工期，有利于施工機(jī)械化。裝配整體式框架是將預(yù)制梁、柱和板現(xiàn)場(chǎng)安裝就位后，在構(gòu)件連接處澆搗混凝土，使之形成整理。其優(yōu)點(diǎn)是，省去了預(yù)埋件，減少了用鋼量，整體性比裝配提高，但節(jié)點(diǎn)施工復(fù)雜。

高層房屋的結(jié)構(gòu)體系按照框架布置方向的不同，框架體系可分為橫向布置，縱向布置及縱橫雙向布置等三種?？蚣荏w系在框架橫向布置的房屋中，框架不但承受豎向荷載，還承受平行于房屋橫向的水平風(fēng)荷載。在房屋的縱向，一般可設(shè)置連系梁與框架相連.這樣，這些連系梁與柱實(shí)際上也形成了幾榀縱向框架，承受平行于房屋縱向的水平（風(fēng)）荷載，但由于房屋端部橫墻的受風(fēng)面積小、縱向的框架跨數(shù)又多，所以縱向水平（風(fēng)）荷載所產(chǎn)生的框架內(nèi)力不大而常被忽略不計(jì)。有時(shí)，也可利用柱網(wǎng)縱向軸線(xiàn)上的卡口板替代連系梁。如框架橫向布置，樓板為預(yù)制時(shí)；若樓板為現(xiàn)澆，則一般應(yīng)布置次梁。在縱向尺寸較橫向尺寸大得多時(shí)，采用框架橫向布置較為經(jīng)濟(jì)合理。

在框架縱向布置的房屋中，框架不但承受豎向荷載，而且還承受平行于房屋縱向的水平（風(fēng)）荷載。為了承受平行于房屋橫向的水平（風(fēng)）荷載，在房屋的橫向應(yīng)設(shè)置連系梁，與立柱也形成橫向的框架。這時(shí)樓板的布置方向與框架橫向布置的方向相垂直。這種布置方式，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度看不太合理，應(yīng)用較少。在框架縱橫雙向布置的房屋中，兩個(gè)方向的框架都同時(shí)承受豎向荷載和水平荷載。這時(shí)，樓面常采用現(xiàn)澆雙向板樓面或井字梁樓面。當(dāng)柱網(wǎng)平面為正方形或接近于正方形、或當(dāng)樓面上的活荷載較大時(shí)，框架采用這種布置方式較為經(jīng)濟(jì)合理。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

（1）軸向變形不容忽視：高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大；還會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整；另外對(duì)構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。

（2）結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)：相對(duì)于低樓房而言，高層建筑的結(jié)構(gòu)更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，?lái)保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

（3）水平荷載成為決定因素：一方面，因?yàn)楦邔咏ㄖ欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對(duì)某一定高度樓房來(lái)說(shuō)，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度變化。

5 高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)問(wèn)題分析

（1）基層開(kāi)挖的問(wèn)題：基坑開(kāi)挖時(shí)，基坑旁土一般不會(huì)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(shí)可以不計(jì)回彈?；椎母郊討?yīng)力如果對(duì)稱(chēng)，就好做好計(jì)算，約束力如果小時(shí)，就要對(duì)基地壓力金進(jìn)行計(jì)算，箱基沉降時(shí)也要做好計(jì)算。

（2）短肢剪力墻的設(shè)置問(wèn)題：在新規(guī)范中，對(duì)墻肢截面高厚比為5～8 的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計(jì)工作增加不必要的麻煩。

（3）嵌固端的設(shè)置問(wèn)題：由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個(gè)問(wèn)題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問(wèn)題，而忽略其中任何一個(gè)方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。

（4）結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問(wèn)題：新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動(dòng)，新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案?！币虼耍Y(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，以避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動(dòng)。

6 結(jié)語(yǔ)

高層建筑提高了對(duì)土地資源的利用率，提高了人們的生活水平。而高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，其會(huì)嚴(yán)重影響到高層建筑的實(shí)用性。因此，必須提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平、提高設(shè)計(jì)人員的工程水平、提高設(shè)計(jì)人員的職業(yè)素養(yǎng)，以提高高層建筑物的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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