何帥
廣西建筑科學研究設計院 廣西南寧 530011
高層建筑和多層建筑相比,具有占地面積小,可重復利用空間,拆遷費用小,工程費用低等優(yōu)勢,能夠很好的緩解城市住房壓力,在各國各大城市中得到了良好發(fā)展。高層建筑結構設計具有很強的綜合性和技術性,需要考慮很多方面,否則不但會影響造成巨大的經(jīng)濟浪費,也不利于保證高層建筑的安全性和抗震性。因此,在設計階段,必須切實做好結構設計和結構選型,以保證高層建筑的穩(wěn)定性和安全性。
某建筑工程,共30層,建筑面積為2.67萬㎡,無地下室,為多功能數(shù)字化辦公樓,層高大于住宅建筑達到3.3m,結構高度為99m,,總體結構在平面上呈現(xiàn)對稱的“井”字分布。
按照案例工程結構布置、穩(wěn)定性、安全性、抗震性的要求,在結構設計中,可選擇兩種設計方案,一種是框筒結構體系,另一種是剪力墻結構體系。
方案一,框筒結構體系方案。此種結構設計方案在高層建筑結構平面設計時,必須充分考慮抵抗水平和豎向方向荷載的能力,結構不易太復雜,以簡單明了為主,以提升抗震性,降低地震對結構體系造成的損害。方案一的具體設計形式為平面對稱的設置框架,并保證梁和柱的中心線能夠相互重合,此種設計方法的優(yōu)勢是便于力量傳導,能夠大幅度降低重心不穩(wěn)造成的不良影響??蛲步Y構體系設計方案,可實現(xiàn)框架和筒體同時承受荷載力,其中筒體結構中剪力墻總的抗彎剛度是結構中所有剪力墻抗彎剛度的總和,這就決定了,此種設計方案整體結構呈現(xiàn)彎型的懸梁。
方案二,剪力墻結構體系。和框筒結構體系相比,剪力墻結構體系具有更強的抗震能力,而且剪力墻之間的距離,是按照建筑平面的總體布局結構來確定的。如果剪力墻設計距離過小,就無法充分發(fā)揮出材料的強度,會引起地震反應過大問題。而且結構自重也會明顯增大。本工程為30層的多功能數(shù)字化辦公樓,有較大的辦公室和會議室,為保證結構的穩(wěn)定性,剪力墻的間距控制在6-8m之間,此種設計方法,能夠最大限度發(fā)揮出建筑墻體的承載力,而且具有良好技術效果和經(jīng)濟效果[1]。
通過結構案例工程的特點和用途,對兩種設計方案進行對比分析,兩種結構體系設計方案各有優(yōu)點和特點,通過計算機軟件系統(tǒng)三維模擬分析對比,發(fā)現(xiàn)方案二中剪力墻的軸壓比要低于方案一的軸壓比,會降低混凝土和鋼筋的利用率,不但會增加建設成本,而且也會增加高層建筑的自重。通過對比分析兩種設計方案。在結構受力分析,進行合理設計,兩種結構體系都能滿足工程要求,但從經(jīng)濟效果上來看,對30層高層建筑建筑而言,選擇框筒結構體系最為合理。
高層建筑結構選型是一項非常復雜的工作,需要綜合考慮很多因素,影響條件和因素也比較多。在高層建筑結構設計中,不僅要考慮工程造價和投資能力,更要考慮結構選型對建設功能的適應性,并結合工程所在區(qū)域的地形地貌,選擇出更加契合當?shù)匚幕吞厣母邔咏ㄖY構造型[2]。
在高層建筑豎向承重結構選型中,需要綜合考慮高層建筑的高度、用途等,且不同的結構體系,其剛度、強度也不相同,適應的高度也不相同。比如:框架結構比較適用于高度小,層數(shù)少,地震設防烈度低的高層建筑??蚣芗袅Y構和剪力墻結構能夠更好的滿足高度大,自重大的高層建筑工程;而筒體結構則比較適用于層數(shù)多、設防烈度高的高層建筑。
對高層建筑而言,水平承重結構的主要作用有兩個方面,其一是提升整體穩(wěn)定性,其二是傳遞水平力。常用的水平承重結構型式有四種,包括:平板體系、無梁樓蓋、密肋樓蓋、肋型樓蓋。其中平板體系為簡單的單向板或者雙向板,通常應用在剪力墻結構或者筒體結構中,具有板底平整度高,可不加吊頂,結構高度低等優(yōu)勢。但如果跨度比較大,則平板體現(xiàn)很難實現(xiàn)[3]。多數(shù)情況下,非預應力平板結構的長度不超過6m,預應力平板也不超過9m。
下部結構是高層建筑的主要組成部分,其主要作用是將上部結構傳遞來的荷載,有效傳遞給地基。因此,下部結構選型是否科學合理,直接關系到整座高層建筑結構的安全性,而且對工程造價、工期等方面也有較大影響。常用的下部結構有以下幾種:
第一種,柱下獨立基礎。此種下部結構比較適用于層數(shù)少,土質好的框架結構。如果地基為巖石,則可以通過錨桿,將基礎錨固到巖石上,但要保證錨入巖石的長度不能小于錨桿直徑的40倍。
第二種,交叉梁基礎。也就是雙向條形基礎,適用于層數(shù)不多,土質條件一般的框架結構、框筒結構、剪力墻結構。本工程就選擇了此種結構型式。
第三種,笩形基礎。適用于土層為軟弱土層的建筑工程結構型式設計中。
綜上所述,本文采用工程實例結合理論實踐的方法,分析了高層建筑結構設計及結構選型,分析結果表明,高層建筑具有很多優(yōu)勢,是目前最為主流的建筑形式之一。結構設計的高層建筑設計的重點,其設計效果,直接關系到高層建筑結構的穩(wěn)定性和安全性,需要結合高層建筑的特點、用途、功能等,選擇合理的結構設計方案,并做好結構選型,才能滿足使用的要求。