高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析

吳建文（九源（北京）國際建筑顧問有限公司　寧夏　750001）

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析

吳建文
（九源（北京）國際建筑顧問有限公司寧夏750001）

在建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，想要保證高層建筑質(zhì)量，首先就要保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。本文筆者對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了分析。

高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；問題

前言

隨著社會的發(fā)展與科技的不斷進(jìn)步，人們對于建筑的要求不僅僅在建筑的功能性上，同時(shí)對建筑的藝術(shù)性和美觀性也提出了更高的要求。而且隨著建筑高層發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度也大大增加。

1　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1側(cè)移成為控制指標(biāo)

高層建筑由于高度較大，這就對其穩(wěn)固性和安全性有了更高的要求。在高層建筑設(shè)計(jì)過程中，建筑結(jié)構(gòu)側(cè)移問題需要重點(diǎn)關(guān)注。為了能夠避免高層建筑結(jié)構(gòu)變形的發(fā)生，需要對位移的限制進(jìn)行嚴(yán)格要求。特別是頂點(diǎn)位移限制與數(shù)值大小及振動頻率息息相關(guān)，一旦層間相對位移較大時(shí)，則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形發(fā)生，使建筑物受到不同程度的損壞。在高層建筑高度不斷增加的情況下，建筑物水平荷載能力也會發(fā)生不同的變化，建筑物側(cè)移幅度會不斷增加，不僅會導(dǎo)致側(cè)移附加內(nèi)力加大，而且還會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)主體裂縫發(fā)生，從而帶來嚴(yán)重的后果。這就需要在高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，需要控制好結(jié)構(gòu)水平區(qū)域的側(cè)移幅度，將其控制在一定范圍內(nèi)，確保高層建筑物的安全性。

1.2高度預(yù)防軸向變形

當(dāng)前高層建筑多以框架結(jié)構(gòu)為主，在這種結(jié)構(gòu)形式中，框架的中柱軸壓力會大于邊柱軸的壓力，這也導(dǎo)致中柱軸受形變形的幾率增加。特別是對于超高層建筑，這種中柱軸變形數(shù)值會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于邊柱軸的變形壓數(shù)值，因此容易出現(xiàn)連續(xù)梁中間出現(xiàn)下沉及下陷的情況發(fā)生，從而導(dǎo)致跨中正彎矩值和兩端支座彎矩值增大，給預(yù)制構(gòu)件的下料長度帶來較大的影響。由于高層建筑軸向變形的存在，會給構(gòu)件的剪力和側(cè)移力帶來較大的影響，嚴(yán)重危及高層建筑的安全系數(shù)。

1.3抗震性要求越來越高

在地震作用下，高層建筑的安全性低于低層建筑，其變形會更加嚴(yán)重。這就需要在高層建筑設(shè)計(jì)過程中，需要確保承載力和剛度要自下而上的減小，確保其變化的均勻性。通過合理對樓體結(jié)構(gòu)中塑性集中變形進(jìn)行設(shè)計(jì)，增強(qiáng)樓層建筑延夠，從而更好的提升建筑物的變形能力。另外，還需要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮好地基土質(zhì)，假設(shè)在地震作用下進(jìn)行計(jì)算，確保結(jié)構(gòu)抗震性能得以提高。

2　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見問題

2.1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不規(guī)則問題。在當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對于結(jié)構(gòu)的規(guī)劃性有了硬性的要求和限制，而且在新規(guī)范中對于嚴(yán)重不規(guī)范的設(shè)計(jì)方案嚴(yán)禁進(jìn)行使用。這就需要在設(shè)計(jì)過程中，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型時(shí)，需要選擇相對較為規(guī)范的結(jié)構(gòu)，這樣可以為后期施工圖設(shè)計(jì)階段的各項(xiàng)工作的順利開展奠定良好的基礎(chǔ)。

（2）建筑結(jié)構(gòu)的高度問題。當(dāng)前高層建筑超高的現(xiàn)象較為普遍。由于在地震力作用下超高的建筑物發(fā)生變形及性態(tài)變化的幾率較大，這就需要我們要謹(jǐn)慎對待建筑的高度問題。在建筑物高度增加的情況下，會對結(jié)構(gòu)帶來較大的制約影響，特別是一些參數(shù)如果超出了原來的指標(biāo)范圍，這必然會對建筑物結(jié)構(gòu)的安全性和延性帶來較大的影響，所以在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對于高度的確定需要嚴(yán)格按照國家的相關(guān)規(guī)范要求來進(jìn)行，避免出現(xiàn)超高限的情況發(fā)生。

（3）嵌固端的設(shè)置問題。當(dāng)前高層建筑為了能夠最大限度的確?？臻g的使用率，通常都會向地下部分延伸，通過建筑一至兩層的地下室和人防使空間使用率達(dá)到最大值。在建筑有地下室的高層建筑中，嵌固端會對整體結(jié)構(gòu)某些部件內(nèi)力分配的準(zhǔn)確性帶來較大的影響。通常在地下室的頂板或是人防的頂板位置處來進(jìn)行嵌固端的設(shè)置。這就需要在設(shè)置嵌固端時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行分析和計(jì)算，避免對上下層剛度和抗震等級帶來不必要的影響，從而給工程留下安全隱患。

2.2高層建筑的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)問題

高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性需要確保其幾何形心、剛度中心和結(jié)構(gòu)重心要達(dá)合一的標(biāo)準(zhǔn)要求。否則在水平荷載作用下建筑物不可避免的會發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)，從而導(dǎo)致建筑物受到不同程度的破壞。這是我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要特別關(guān)注的問題，通過合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，確保建筑物結(jié)構(gòu)達(dá)到三心合一，避免高層建筑扭轉(zhuǎn)問題的發(fā)生。

2.3高層建筑的地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在高層建筑設(shè)計(jì)過程中，地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)作為其中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，需要在設(shè)計(jì)過程中給予充分的重視。在高層建筑設(shè)計(jì)工作中，地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的好壞不僅關(guān)系到后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能否順利進(jìn)行，而且對工程造價(jià)及建筑質(zhì)量都會帶來決定性的影響。所以需要在地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)注意設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，避免為工程質(zhì)量留下安全隱患。

2.4高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算和分析

能否高效準(zhǔn)確的對工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照相關(guān)規(guī)范來進(jìn)行設(shè)計(jì)直接決定這個(gè)工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量好壞。在結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析時(shí)，首先要選定結(jié)構(gòu)體系，就是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。由于新規(guī)范對整個(gè)結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，所以對這一部分比較常見的問題就要有一個(gè)清晰的認(rèn)識。接著根據(jù)選好的結(jié)構(gòu)體系，運(yùn)用準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件開始計(jì)算。

3　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中問題的解決措施

在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，為了讓樓層水平力作用沿著平面均勻分布，較少扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)，建筑平面應(yīng)該盡可能采用方形、圓形、正多邊形、矩形等簡單的平面形式。如果在不能使用簡單平面形式，而要采用不規(guī)則的L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí)，要將突出部分的厚度和寬度控制在允許的范圍內(nèi)。在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，應(yīng)盡可能是結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。

我國地域較為遼闊，各個(gè)地區(qū)地質(zhì)情況存在較大的差異，這就使國家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)規(guī)范在具體實(shí)施過程中需要與地方的地方性設(shè)計(jì)規(guī)范有效進(jìn)行結(jié)合，確保高層建筑的設(shè)計(jì)能夠與當(dāng)?shù)氐木唧w情況相適宜，從而提高施工設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。特別是在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上，更需要對地方性建筑規(guī)范進(jìn)行深入的了解，有效的避免可能會對施工帶來不利影響的因素，確保施工設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。一來用于高層建筑計(jì)算的計(jì)算機(jī)軟件有SATWETATTBSA等。在開始計(jì)算前，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)規(guī)范要求和工程的實(shí)際情況對結(jié)構(gòu)參數(shù)和特殊構(gòu)件進(jìn)行正確的設(shè)置，不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件在計(jì)算模型上會存在著一定的差異，因此導(dǎo)致各軟件的計(jì)算結(jié)果也會有所不同。這個(gè)時(shí)候就需要工程師根據(jù)軟件的特點(diǎn)來選擇合適的軟件，避免給工程留下安全隱患。

4　結(jié)束語

綜上所述，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范要求進(jìn)行，而且要加強(qiáng)實(shí)地考察，多方面的對結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析，編制多個(gè)設(shè)計(jì)方案，通過對各個(gè)方案的比較來選擇最適宜的設(shè)計(jì)方案，及時(shí)對設(shè)計(jì)過程中存在的問題進(jìn)行解決，確保整體設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，使建筑物的質(zhì)量能夠得到有效的保障。

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2015-12-1