談超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點問題

羅 智 剛

(山西省建筑設(shè)計研究院,山西 太原 030013)

談超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點問題

羅 智 剛

(山西省建筑設(shè)計研究院,山西 太原 030013)

結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)的特點，介紹了超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇原則，并對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中扭轉(zhuǎn)問題、受力性能問題、超高問題等進(jìn)行了研究，給出了一些解決的策略，以保證高層建筑的設(shè)計質(zhì)量。

超高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計，問題，特點

0 引言

目前，伴隨著我國建設(shè)速度的加快，超高層建筑成為一個經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度的標(biāo)志，也越來越受到社會的認(rèn)可，不過超高層的設(shè)計與施工技術(shù)是一個非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，超高層建筑的設(shè)計不僅僅要有安全儲備保障，還要保證高層設(shè)計結(jié)構(gòu)的科學(xué)布局與整體的合理性。所以說建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計單位必須要十分重視在高層建筑設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)問題，從源頭上保證高層建筑的設(shè)計質(zhì)量。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點

在超高層建筑設(shè)計上面，需要兼顧高層建筑的水平位移與高層在垂直方向造成的垂直荷載力。在具體的超高層設(shè)計過程中，由于外力造成的水平荷載是高層建筑最需要考慮的因素，在對超高層進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，必須要首先對超高層的承載范圍確定清楚，控制在一定的數(shù)值范圍之內(nèi)，也就是說，在超高層的設(shè)計中，其設(shè)計核心就是對建筑結(jié)構(gòu)的抗壓設(shè)計計算。

2 超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇

2.1 超高層結(jié)構(gòu)體系分類

一般分為鋼筋混凝土設(shè)計、鋼與混凝土組合設(shè)計。由于超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的不同，可以將超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計分為混凝土的設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)與鋼組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計等。就目前來說，我國的超高層建筑結(jié)構(gòu)基本上都是采用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2.2 超高層建筑體系選用原則

在對超高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行選取的時候，必須要按照經(jīng)濟(jì)性、合理性、安全性的原則來進(jìn)行選擇作為高層建筑結(jié)構(gòu)的體系。不過，超高層的設(shè)計還要依據(jù)建筑物的使用要求與高層的施工環(huán)境來確定其體系的選用。與此同時，超高層建筑結(jié)構(gòu)在選取時還要具有較高的承受壓力的能力。

2.3 超高層的結(jié)構(gòu)材料分析

當(dāng)前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在超高層中的應(yīng)用非常廣泛，對于材料的選擇必須要按照超高層設(shè)計的依據(jù)進(jìn)行。原則是要求盡力發(fā)揮鋼筋混凝土的材料性能。鋼混結(jié)構(gòu)由于具有耐久性能、防火能力以及結(jié)構(gòu)剛度大等優(yōu)點被廣泛采用。不過，在設(shè)計過程中必須要考慮混凝土構(gòu)件的截面尺寸問題，以保證空間結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計。

就目前來看，鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用在高層建筑中的使用率將會進(jìn)一步提升。但需要進(jìn)一步開展混合結(jié)構(gòu)體系的抗風(fēng)、抗震性能研究，研究工作主要有兩個方面的內(nèi)容：一方面是混合、組合結(jié)構(gòu)的抗震性能研究,如阻尼系數(shù)的確定、整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能等;其次,針對組合構(gòu)件以及組合構(gòu)件之間銜接及構(gòu)造關(guān)系要進(jìn)行相關(guān)研究。由于混合結(jié)構(gòu)體系比較復(fù)雜,大多包含巨型柱和斜撐等大型構(gòu)建,各種組合柱、梁、樓板等體型復(fù)雜,因此需要結(jié)合工程實際應(yīng)用,對各種新型組合構(gòu)件進(jìn)行更加深入細(xì)致的研究，才能真正的將復(fù)雜化的混合結(jié)構(gòu)運用到實際工程中去。

2.4 超高層結(jié)構(gòu)體系選擇

針對超高層建筑框架結(jié)構(gòu)體系的選擇主要分為：

1)框架結(jié)構(gòu)體系。所謂的框架結(jié)構(gòu)就是說在結(jié)構(gòu)的橫向與縱向都利用混凝土梁柱組成一個整體的框架結(jié)構(gòu)，而且可以同時承受水平與豎向的荷載。單純的單一框架結(jié)構(gòu)布置非常靈活，因此空間結(jié)構(gòu)非常的大，是目前使用最為廣泛的高層建筑。

2)剪力墻結(jié)構(gòu)體系。所謂的剪力墻結(jié)構(gòu)體系就是縱橫向的剪力墻來承受建筑結(jié)構(gòu)的水平與豎向荷載的建筑結(jié)構(gòu)體系。采用剪力墻結(jié)構(gòu)對于建筑物的整體抗震能力具有很大的提高。

3)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)?？蚣堋袅褪侵讣嬗锌蚣芙Y(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，這樣就使框架剪力墻結(jié)構(gòu)不僅僅能夠變得空間靈活，還能有很強的抗側(cè)移能力?？蚣堋袅Σ贾脭?shù)量不如剪力墻結(jié)構(gòu)多，數(shù)量決定了其抗側(cè)力的能力較低。不過剪力墻的數(shù)量超過一定值后就會影響經(jīng)濟(jì)性。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題分析及對策

3.1 扭轉(zhuǎn)問題

在超高層建筑結(jié)構(gòu)中，其設(shè)計的中心點就是剛度、幾何形心點和結(jié)構(gòu)的重心點，不過，當(dāng)對超高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，很難將超高層的幾何形心、剛度與結(jié)構(gòu)的重心點進(jìn)行整合，因此，就會使得超高層在設(shè)計時出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的情況。為了解決這個扭轉(zhuǎn)的問題，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計者對于超高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要選取最合理的平面結(jié)構(gòu)布置圖，力求三個中心點能夠重合。

3.2 受力性能的問題

在超高層建筑方案的選取中，在初步選擇建筑方案時，建筑師很少會對高層建筑的具體結(jié)構(gòu)特征來進(jìn)行考慮，而是將重點放在了建筑物的空間結(jié)構(gòu)上，這樣就容易使得超高層建筑在設(shè)計上出現(xiàn)一些不合理的受力。所以說，在對超高層進(jìn)行設(shè)計時，必須要明確選擇結(jié)構(gòu)體系，在方案選取上，要對主要的承重部位的布置與數(shù)量進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計。

3.3 超高的問題

目前，超高層建筑結(jié)構(gòu)有明顯的超高、超重現(xiàn)象存在。在我國，出于建筑結(jié)構(gòu)的抗震需要，對于超高層建筑的層高有很明確的規(guī)定。所以說，在對超高層進(jìn)行建筑設(shè)計時，建筑設(shè)計師會輕易忽略這一問題，從而導(dǎo)致審圖不通過，這就需要在設(shè)計完成后，對設(shè)計方案進(jìn)行重新的設(shè)計與審圖，杜絕在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)超高的現(xiàn)象。

3.4 嵌固端的設(shè)置問題

在當(dāng)前的超高層建筑設(shè)計中，一般來說都會有地下室，這樣就使得超高層的嵌固端位于地下室的頂板處。在針對嵌固端的設(shè)置問題上，很多情況下設(shè)計師常常會忽略這類問題導(dǎo)致的后期效應(yīng)，就使得在后期經(jīng)常會出現(xiàn)針對嵌固端問題的修正，如果修正不及時，就會對嵌固端的安全性造成不良的影響，為安全留下了隱患。

3.5 防連續(xù)倒塌設(shè)計

目前，我國關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的試驗分析與理論研究還不多。現(xiàn)行規(guī)范所確定的基本目標(biāo)就是防止建筑物發(fā)生地震時倒塌，確保人的生命不受損失。汶川地震中，按現(xiàn)行抗震規(guī)范設(shè)計和建造的高層建筑,雖然在地震中沒有連續(xù)倒塌、保障了人們的生命安全，但是其填充墻等受力構(gòu)建破壞對建筑物內(nèi)部的設(shè)備、物品的損壞間接造成了財產(chǎn)損失。對于高層建筑的非受力構(gòu)建倒塌問題需要引起人們的關(guān)注，作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師要引起重視，對于非地震造成的倒塌，例如飛機撞擊、爆炸、火災(zāi)等不可抗拒的災(zāi)難，如何在設(shè)計時予以考慮等等，都是下一步研究的重點。

4 基礎(chǔ)設(shè)計

基礎(chǔ)設(shè)計確實是超高層的一個設(shè)計難點與重點，與此同時也是關(guān)系到整個超高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性的重要一環(huán)。所以說，在進(jìn)行超高層設(shè)計時，必須要保證超高層建筑的埋置深度，地基的變形系數(shù)與穩(wěn)固要求必須要符合相關(guān)規(guī)定要求。在采用樁筏時，對于其埋置深度必須要按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行。與此同時，對于超高層的施工現(xiàn)場場地問題，要注意與相鄰建筑物的相互關(guān)系，保證基坑開挖后對于相鄰建筑物的影響不會造成不良后果，實時監(jiān)測其變化過程。

5 結(jié)語

整體來說，超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計是一個系統(tǒng)化的工作過程，這對超高層建筑結(jié)構(gòu)的研究有著重要的意義，在我國的發(fā)展大環(huán)境下，超高層的設(shè)計要求肯定會不斷的變化，因此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師要不斷的提高自己的業(yè)務(wù)水平，在理論與實踐中不斷的磨練自己，總結(jié)設(shè)計相關(guān)的經(jīng)驗，及時學(xué)習(xí)國際先進(jìn)的高層設(shè)計理論知識，從而不斷促進(jìn)我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范化與系統(tǒng)化。

[1] 徐培福,王翠坤,肖從真.中國高層建筑發(fā)展與展望[J].建筑結(jié)構(gòu),2009(9):28-32.

[2] 王翠坤,田春雨,肖從真.高層建筑中鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用進(jìn)展[J].建筑結(jié)構(gòu),2011(11):28-33.

[3] 丁潔民,吳洪磊.我國超高層建筑的現(xiàn)狀與探討[J].建筑技藝，2013(6):2-6.

[4] 李 慧.高層鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化研究[D].廣州：廣州大學(xué)碩士論文,2012：5-13.

[5] 陳穎輝,黃 明.淺談高層建筑的發(fā)展[J].昆明大學(xué)學(xué)報,2005(1):48-51.

On the key issues of structural design of super-high-rise buildings

Luo Zhigang

(ShanxiInstituteofArchitecturalDesign,Taiyuan030013,China)

Combining with the features of the high-rise buildings, the paper introduces the selection principles for the structural system of super-high-rise buildings, researches the torsion, stressed performance, and super-high problems, and provides some strategies for solution, so as to ensure the design quality of architectural design.

super-high-rise building, structural design, problem, feature

1009-6825(2015)32-0039-02

2015-09-02

羅智剛(1979- )，男，工程師

TU972

A