高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析與研究

王愛兵

摘 要：建筑是伴隨著人類活動的進(jìn)行而產(chǎn)生的，它擁有一個漫長的發(fā)展史。隨著人類對于生活質(zhì)量要求的不斷提高，建筑學(xué)也不斷地發(fā)生著變化。特別是是隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，高層建筑已經(jīng)屢見不鮮。但是高層建筑相對于其它建筑來說，建筑技術(shù)難度更大，它需要對建筑受力進(jìn)行計(jì)算和分析，然后建筑的結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格按照分析出來的受力特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文對高層建筑的進(jìn)化歷史進(jìn)行了介紹，然后針對高層建筑的結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：高層建筑；分析；研究；發(fā)展

中圖分類號：TU973.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）07-0128-01

引言

建筑史的發(fā)展歷程與人類科技水平的提高密切相關(guān)。在歐美地區(qū)的宗教建筑，它們采用木料和磚瓦建成，但是這不是居住和辦公建筑，它的內(nèi)部面積較狹窄，沒有很高的使用價值。后來隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，一些發(fā)達(dá)國家的城市用地開始緊張，而鋼筋，混凝土等在建筑中的使用，高層建筑的美觀性和使用價值更高。

1 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系研究

不同的空間構(gòu)建方式，不同的組合方式，形成了一系列的結(jié)構(gòu)體系。包含建筑結(jié)構(gòu)在內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)都是由水平和垂直的組件構(gòu)成。幾種簡單的高層建筑體系結(jié)構(gòu)如下：

1.1 混合結(jié)構(gòu)

一般是6層以下建筑使用這種結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)比較簡單，橫向硬度比較大，整個結(jié)構(gòu)性能較好，但是一旦建成沒法輕易改變。

1.2 框架結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)也是比較經(jīng)典的模式，它依靠支撐住形成橫的和縱的構(gòu)件，但是它不適合特別高的建筑。

1.3 剪刀墻結(jié)構(gòu)

這個結(jié)構(gòu)側(cè)面可以抵抗較大壓力，具有很好的承載力。在地質(zhì)條件不好的地區(qū)，往往都采用這種結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗軌蚝芎玫氐挚垢鞣N地質(zhì)災(zāi)害，如臺風(fēng)，地震等。但是它也有缺點(diǎn)，由于它特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，造成它的慣性較大。另外，采用這種結(jié)構(gòu)的建筑可用面積較小，所以它往往被用于旅館和小戶型住宅等，它的適用樓層較高，能達(dá)到30層。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中常見問題簡介

2.1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)選擇時碰到的問題＼

結(jié)構(gòu)選擇時要考慮規(guī)則性，之前的建筑相關(guān)文獻(xiàn)中已經(jīng)有這方面的相關(guān)規(guī)定，進(jìn)來的文獻(xiàn)條例更加詳細(xì)地指明了這個特性，堅(jiān)決杜絕偏離規(guī)則性的設(shè)計(jì)方案實(shí)施。這就給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師們敲了警鐘，設(shè)計(jì)過程中一定要嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)定。由于高層建筑一般還設(shè)有地下室等空間，在這些空間的頂部可能設(shè)有固定端，要注意這些固定端。由于樓層的增高，造成建筑的地基負(fù)載壓力變大，于是導(dǎo)致了建筑的安全性能，建筑的力學(xué)分析等都發(fā)生相應(yīng)的變化。所以，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，要考慮這些因素的協(xié)調(diào)。

2.1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的計(jì)算問題

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，工程師要對整個建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，依靠人工進(jìn)行的話，這將會是一項(xiàng)非常復(fù)雜的問題，而且容易產(chǎn)生誤差甚至錯誤，耗費(fèi)時間久，所以開發(fā)商提供了很多專業(yè)計(jì)算軟件。這些軟件的最終目標(biāo)都相同，即計(jì)算整體結(jié)構(gòu)，但是由于這些軟件的創(chuàng)建模型不同，所以最終結(jié)果會有一定差異。所以為了保證計(jì)算結(jié)果的可靠性，要選擇合適的計(jì)算軟件，及時避免物力財(cái)力的浪費(fèi)，同時保證建筑的安全性能。另外需要考慮的是建筑振型數(shù)量問題，最新建筑規(guī)范文獻(xiàn)中增加了系數(shù)的內(nèi)容，并且嚴(yán)格規(guī)定了該系數(shù)的取值范圍。這是因?yàn)樵撓禂?shù)直接關(guān)系到建筑的整體高度，所以一定要先對其進(jìn)行判斷，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以取得最佳值。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最后需要計(jì)算的是非建筑組件的計(jì)算。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時，可以將這個建筑當(dāng)成一個整體進(jìn)行計(jì)算，也可以按照建筑的組成分開后再計(jì)算。對于多塔問題，若是兩者之間的剛度落差大，則及時前面所說的系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，但還是會造成安全隱患。還有一些建筑為了美觀性等的考慮，會在建筑中加入一些非結(jié)構(gòu)組件。為了建筑的整體安全考慮，設(shè)計(jì)師一定要計(jì)算好這些非結(jié)構(gòu)組件然后在進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1.3 連接梁重量超過鋼筋負(fù)載能力的問題

一般采用剪刀墻建筑施工體系時出現(xiàn)的頻率比較高，這是由于計(jì)算所得的剪刀力不符合設(shè)計(jì)要求。在建筑總高度的1/3處容易出現(xiàn)此問題，在某一建筑空間中的墻體比較長，則在墻體中間部位容易出現(xiàn)此現(xiàn)象。

2.2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法

天有不測風(fēng)云，每年都會出現(xiàn)各類地質(zhì)災(zāi)害，所以在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，要選用質(zhì)量較好，柔韌性強(qiáng)的建筑材料，并且要求所選用材料自身重量較輕，這樣可以減輕建筑整體本身的重量。比如建筑的門窗可以選用鋁合金材質(zhì)，用玻璃墻代替水泥外墻，這同時還提高了美觀性。建筑整體可以選用正方形，并且在每個面設(shè)置通風(fēng)洞口，選用合適的立體結(jié)構(gòu)模型以減少建筑的風(fēng)力受力面積，選用流線型的外觀來減少建筑的風(fēng)壓系數(shù)。

上面已經(jīng)對幾種常用的建筑體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單的介紹，混合結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)都無法滿足高層建筑的高度要求，所以剪刀墻就成了高層建筑最常選用的結(jié)構(gòu)體系?；谒恍枰倭康某兄亓旱臄?shù)量就可以負(fù)擔(dān)建筑的地震水平方向壓力以及風(fēng)壓，這種梁柱數(shù)量較少的設(shè)計(jì)符合大眾的審美觀，同時在視覺效果上，這種體系的建筑空間面積比較大。也可以選用一些用特殊結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行組合的混合結(jié)構(gòu)體系，若是建筑樓層較多，則要進(jìn)行特殊處理，特別是要選用剛度比較大的桶形結(jié)構(gòu)，這能夠增大建筑物的側(cè)面抗壓能力。

3 結(jié)語

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同于低層建筑，由于它結(jié)構(gòu)的特殊性，在結(jié)構(gòu)體系選擇上面就要特別注意，因?yàn)樗鼤?dǎo)致建筑平面、施工技術(shù)、施工周期等的差異。對于高層建筑來說，受力是設(shè)計(jì)過程中最重要的要素，在低層建筑中，由于它所產(chǎn)生的壓力較小，所以受力并不是建筑設(shè)計(jì)中的首選因素，但是在高層建筑中，豎向負(fù)荷產(chǎn)生的壓力較大，側(cè)向位移增加比較迅速，所以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要特別注意受力分析。另外，它需要特別考慮減少自身重量，這非常有利，若是能有效減輕建筑的自身重量，則若仍然使用同樣的地基，但是它的樓層可以更高，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況而對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案做出相應(yīng)的修改，不能紙上談兵。

參考文獻(xiàn)

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