探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響因素

於 翠

（海南元正建筑設(shè)計咨詢有限責任公司重慶分公司，重慶 400030 ）

前言

結(jié)構(gòu)體系的選擇主要是受高層建筑的層數(shù)、高度及功能的影響，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，關(guān)鍵是要控制好高層建筑物的水平力，尤其是在地震頻發(fā)的地區(qū)，更要加強對高層建筑水平力的控制，選型是關(guān)鍵。

1 水平作用是涉及的核心要素

不論是哪個建筑結(jié)構(gòu)都要具備抵抗豎向荷載與水平荷載的作用。與高層結(jié)構(gòu)設(shè)計不同，低層結(jié)構(gòu)設(shè)計是以重力為代表的豎向荷載為主，而高層結(jié)構(gòu)設(shè)計則是水平作用發(fā)揮主要功能。從原因來看，是側(cè)移與內(nèi)力隨著速度的變化而迅速增加導致的，例如：懸臂桿件，受到豎向荷載作用的影響，產(chǎn)生軸力與高度成線性比例，但在水平荷載影響下彎矩會增加。所以，在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，關(guān)鍵是要控制好水平荷載。對高度一定的建筑物，水平荷載的風荷載與地震作用會隨著結(jié)構(gòu)與動力特征發(fā)生不同的變化。

2 側(cè)移是控制的主要目標

高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計不僅要滿足強度的要求，同時還必須要具備一定的抗側(cè)移的剛度要求，進而確保水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移在可控范圍之內(nèi)。

（1）作為高層建筑的要害問題，控制側(cè)移主要是由于側(cè)移過大，建筑物內(nèi)可能會出現(xiàn)不平衡狀況，因此，側(cè)移的控制主要是為了提高建筑物的使用功能。

（2）如果建筑物的側(cè)移較大，高層建筑物內(nèi)的填充墻、建筑裝飾與電梯軌道等服務設(shè)施就會出現(xiàn)裂縫，影響使用功能。

（3）如果側(cè)移超過規(guī)定，可能導致建筑物出現(xiàn)損壞或者裂縫，進而影響到結(jié)構(gòu)的正常使用及耐久性。

（4）結(jié)構(gòu)側(cè)移是決定地震破壞大小的關(guān)鍵因素，如果結(jié)構(gòu)的變形能力無法抵御地震的影響，就會出現(xiàn)倒塌，造成重大損失。

3 做好抗震設(shè)計工作

在進行結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計過程中，必須要考慮到正常的豎向荷載、風荷載，還必須要改善其抗震性能，提高抵御地震的能力。結(jié)構(gòu)延性的計算難度較大，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的延性是通過構(gòu)造措施來實現(xiàn)的。為了保證高層建筑的結(jié)構(gòu)延性，構(gòu)件必須要有足夠的截面尺寸，同時軸壓比、量、與剪力墻的配筋率要適當，必須要按照規(guī)程進行施工。

4 加強對軸向變形的重視

所有建筑物的結(jié)構(gòu)受到外力影響都會產(chǎn)生位移、軸向變形、剪切變形和彎曲。而高層建筑受到自身層高、軸力大等因素的影響，主要會出現(xiàn)軸向變形的問題。因此，設(shè)計人員要對其格外的重視。同時，高層建筑的剪力墻截面相對大，在設(shè)計的過程中，不能忽略軸向變形的問題，在進行高層建筑的力學計算過程中，采用的計算方法有差異，所計算的構(gòu)件也存在著一定的差異。對于簡化助手計算方法，一般只計算最基本的變形。采用計算機方法計算時，計算的變形因素要多一些。

5 要將概念設(shè)計與理論計算放在等同位置考慮

長期以來高層建筑的設(shè)計都過于重視概念設(shè)計，而忽略理論設(shè)計，但事實上，二者都處于同等重要地位，不僅改善了結(jié)構(gòu)的抗震水平，同時也解決了抗震中存在的不足。根據(jù)問題采取必要的對策，設(shè)計出抗震效果好且令人滿意的高層建筑?，F(xiàn)代高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須要遵循概念設(shè)計的基本原則，在設(shè)計中要按照以下內(nèi)容進行：首先要注重建筑結(jié)構(gòu)自身的規(guī)則；其次是根據(jù)實踐選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)體系，不僅要計算簡圖與合理的地震功能的傳遞方式；同時還要注意避免由于部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件破損而導致的整個結(jié)構(gòu)失去承重功能、風載、與地震的功能；結(jié)構(gòu)體系還必須要有良好的承載能力及變形能力，形成良好的耗能能力；另外，不能忽略建筑結(jié)構(gòu)的抗震功能，這是目前高層建筑設(shè)計的首要問題。

6 采取必要的措施降低高層建筑的自重

與低層建筑先比，降低自重的意義對高層建筑而言意義更加重大。從地基承載力或樁基的承載力角度進行思考的話，在樁基或地基相同的前提下，房屋自重的降低是在造價保持不變，不增加處理防范對策的前提下，增加建筑的層數(shù)，在軟土層上的突出經(jīng)濟效益十分明顯。通過計算我們看到，建筑的自重是與地震效應成正比的，自重的降低就在一定程度上意味著可以改善高層建筑的抗震能力。高層建筑的質(zhì)量增加，不僅是作用在結(jié)構(gòu)上的地層剪力增加，同時受到中心高、地震作用傾覆力矩大等因素的影響，可能會產(chǎn)生較大的附加彎矩，影響建筑使用功能的發(fā)揮。

7 提高對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的認識及傾覆的問題

7.1 提高建筑物的整體穩(wěn)定性

在豎向荷載的影響喜愛，由于構(gòu)件的影響，非常容易發(fā)生失穩(wěn)的情況，從當前的狀況來看，我國的高層建筑樓高維持在中等水平，40層以下的居多，剛度較大，因此，整體失穩(wěn)現(xiàn)象并不多見。但是如果高寬比H/B>5時，就要對其整體的失穩(wěn)性進行計算了。

7.2 解決傾覆問題的對策

受到高層建筑層高的影響，由于其高度的總值較大，基底的面積也很小的情況下，水平荷載與水平地震的影響下，會出現(xiàn)較大的傾覆力矩，按照要求大小要控制在穩(wěn)定力矩之內(nèi)，如果超過這一數(shù)值，傾覆問題就會發(fā)生，地層災害就是傾覆而導致的。在抗震傾覆的計算過程中，傾覆力矩按風荷載或地震作用計算其設(shè)計值。計算穩(wěn)定力矩時，樓面活載取50%，恒載取90%，要求抗傾覆的穩(wěn)定力矩不小于傾覆力矩設(shè)計值。如果高層建筑物的樓高超過150m的情況下，必須要進行整體穩(wěn)定性與傾覆的計算，保證建筑物的穩(wěn)定性。

8 結(jié)語

總之，高層建筑是國家經(jīng)濟發(fā)展與技術(shù)水平的一個證明，但是也要加強對高層建筑設(shè)計的控制，要與城市的發(fā)展保持步調(diào)一致，同時還要與城市自身的發(fā)展情況相結(jié)合，做好協(xié)調(diào)，不僅滿足城市經(jīng)濟發(fā)展的需求，更滿足城市人文發(fā)展的要求。

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