高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

曲淑華

身份證號碼：320125197210121732

摘要：高層民用建筑在現(xiàn)代社會中越來越普遍，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計也越來越多并且越來越重要。本文作者根據(jù)自己的多年工作經(jīng)驗，針對民用建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計會對建筑的質(zhì)量產(chǎn)生的影響的影響進行了一點闡述，尤其高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑建設(shè)的各項事宜等。因此，在進行民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一定要嚴格控制設(shè)計質(zhì)量

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；原則；問題；措施

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循的基本原則

1.1結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)化原則

建筑結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計是整個建筑施工的首要環(huán)節(jié)，對于整個建筑框架的構(gòu)建起著宏觀指導作用。在制定結(jié)構(gòu)設(shè)計方案時，要對建筑所處地區(qū)的詳細資料做到全面了解和掌握，從經(jīng)濟、技術(shù)、施工可行性等多個方面進行綜合評定考慮，從而選出最佳設(shè)計方案。在設(shè)計方案編制過程中，同一結(jié)構(gòu)單元設(shè)計中應(yīng)盡量使用同一種結(jié)構(gòu)體系，確保結(jié)構(gòu)受力均勻，傳力便捷。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)進行充分討論，最終確定符合施工現(xiàn)場操作的施工方案和設(shè)計施工圖。

1.2計算簡圖合理化原則

高層民用建筑在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，必須要進行周密的公式計算，把結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)字化，從細節(jié)上杜絕安全隱患的存在。選用的計算公式和計算方法，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計方案都會對計算結(jié)果產(chǎn)生不同程度的影響，因此，制定標準的計算規(guī)范，選擇合適的計算簡圖是保證公式計算結(jié)果準確的有效手段。這就需要設(shè)計人員根據(jù)具體的施工條件和作業(yè)要求，結(jié)合相關(guān)的設(shè)計指標，在充分協(xié)商交流的基礎(chǔ)上，選擇最佳的計算簡圖。

1.3、結(jié)果分析精準化原則

隨著計算機技術(shù)的普及應(yīng)用，給數(shù)據(jù)處理帶來了極大的便利。在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通過計算機強大的數(shù)據(jù)分析和計算能力，構(gòu)件建筑模型，能夠幫助設(shè)計人員更加直觀的找出結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中存在的缺陷與不足，從而能夠在最短時間內(nèi)實現(xiàn)方案的優(yōu)化。另外，在計算時要注意使用統(tǒng)一的計算機軟件，防止不同軟件之間的計算誤差影響結(jié)果分析的準確性。

2、影響高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要因素

2.1外力作用的影響

作用在建筑物上的各種外力統(tǒng)稱為荷載。荷載可分為恒荷載（如結(jié)構(gòu)自重）和活荷載（如人群、家具、風雪及地震荷載）兩類。荷載的大小是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要依據(jù)。也是結(jié)構(gòu)選型及構(gòu)造設(shè)計的重要基礎(chǔ)，起著決定構(gòu)件尺度、用料多少的重要作用。風載是高層建筑水平荷載的主要因素，風力隨著地面的不同高度而變化，在沿江沿海地區(qū)，風力影響更大，設(shè)計時必須遵照有關(guān)設(shè)計規(guī)范執(zhí)行。

地震荷載也是主要荷載。地基土的縱波使建筑物產(chǎn)生上下顫動；橫波使建筑物產(chǎn)生前后或左右的水平方向的晃動。但這三個方向的運動并不同時產(chǎn)生，其中橫波的振動往往超過風力的作用，所以地震力產(chǎn)生的橫波是建筑物的主要側(cè)向荷載。地震的大小用震級表示，震級的高低是根據(jù)地震時釋放能量的多少來劃分的，釋放能量愈多，地震越大，震級也愈高。故震級是地震的大小指標。在進行建筑物抗震設(shè)計時，是以該地區(qū)所定地震烈度為依據(jù)，地震烈度是指在地震過程中，地表及建筑物受到影響和破壞的程度。

2.2氣候條件的影響

我國各地區(qū)地理位置及環(huán)境不同，從炎熱的南方到寒冷的北方，氣候條件有許多差異。太陽的輻射熱、自然界的風、雨、雷、霜、地下水等構(gòu)成了影響建筑物的多種因素。有的構(gòu)、配件因熱脹冷縮而開裂；有的部位出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象；有的因室內(nèi)過冷或過熱而妨礙工作等等.放在進行構(gòu)造設(shè)計時，應(yīng)該針對建筑物所受影響的性質(zhì)與程度，對各有關(guān)構(gòu)、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保溫、隔熱、設(shè)伸縮縫、設(shè)隔蒸汽層等等。以防患于未然。

2.3各種人為因素的影響

人們在生產(chǎn)和生活活動巾，往往遇到火災(zāi)、爆炸、機械振動、化學腐蝕、噪聲等人為因素的影響[3]。故在進行建筑構(gòu)造設(shè)計時，必須針對這些影響因素，采取相應(yīng)的防火、防爆、防振、防腐、隔聲等構(gòu)造措施，以防止建筑物遭受不應(yīng)有的損失。

3、高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

3.1短肢剪力墻的設(shè)置問題

在新高規(guī)中，對墻肢截面高厚比為5-8的墻定義為短肢剪力墻。且根據(jù)實驗資料和實際經(jīng)驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。

3.2結(jié)構(gòu)的超高問題

基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑相關(guān)規(guī)范對其結(jié)構(gòu)的高度有非常嚴格的要求，對于高層建筑超高問題，新高規(guī)中將原有限制的高度定為A級高度，而且將B級高度增加，高層建筑結(jié)構(gòu)處理設(shè)計方法與措施因此有了進一步優(yōu)化。實際工程設(shè)計中，對高層超高問題的忽視常會導致在施工圖審查時不能通過，從而影響建筑工程整體工期以及造價。

3.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題

建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、結(jié)構(gòu)重心、剛度中心，就是建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡量匯于一點，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。

3.4嵌固端的設(shè)置問題

因為高層建筑通常都有至少二層或者二層以上的地下室，因此嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員常常忽略了嵌固端的設(shè)置需要注意的問題，比如：嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層抗震、嵌固端上下層剛度比的限制等，而忽視其中任何一個方面都會對后期設(shè)計修改或安全埋下隱患。

4、高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題解決措施

4.1短肢墻剪力墻設(shè)置問題的解決

短肢墻的布置應(yīng)均勻、對稱以及合理，盡量使剛度中心與質(zhì)量中心重合。建筑平面外邊緣的角部處的墻肢是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震的薄弱部位，一旦出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，就會使得已有的翹曲變形加劇，導致墻肢開裂，所以對其抗震構(gòu)造制定有效措施，比如可以將軸壓比減小、縱筋增加以及增加箍筋的配筋率都是有效的措施。主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)（筒體或長墻）通常利用電梯間，但剛度要保持均衡性，盡量不要集中布置，避免建筑產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

4.2嵌固端的設(shè)置問題解決

高層建筑在進行結(jié)構(gòu)分析計算之前應(yīng)該先確定結(jié)構(gòu)嵌固端的所在位置，而影響嵌固端位置的因素非常多，比如沒有地下室，地下室層數(shù)以及基礎(chǔ)形式等。結(jié)構(gòu)嵌固端一般情況下是選擇在地下室頂蓋標高處，然而地下室頂蓋能否真正成為結(jié)構(gòu)嵌固端是有條件的。設(shè)計時常會遇到結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)于大底盤的屋頂標高處的情況。地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位結(jié)構(gòu)計算中，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度應(yīng)該大于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍。室外地坪與地下室頂板標高的高差不能過大。特殊情況下，比如半地下室則首層樓面通常不能成為結(jié)構(gòu)嵌固端，除非其高差僅為1—3級臺階高度時才可能考慮；地下室頂板結(jié)構(gòu)應(yīng)為梁板體系，樓板厚度要大于180mm，砼強度等級不宜低于C30，應(yīng)采用雙層雙向配筋，每層每方向配筋率要大于0.25%。

4.3扭轉(zhuǎn)問題解決措施

為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡單平面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡單平面形式，當需要采用不規(guī)則L 形、T 形、十字形等比較復雜的平面形式時，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。

5、結(jié)語

總之，隨著層建筑市場需求量的不斷增大，未來建筑設(shè)計業(yè)發(fā)展前景十分廣闊，與此同時，對于高層建筑結(jié)構(gòu)性能的設(shè)計要求也會更加嚴格，設(shè)計人員應(yīng)不斷更新專業(yè)知識的儲備，設(shè)計出更加符合市場需求的作品，質(zhì)量標準高的設(shè)計方案。

參考文獻：

[1]黃雄輝.民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與相關(guān)問題分析[J].科技創(chuàng)新導報.2009（2）.

[2]鄭喜若.高層民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題探討[J].黑龍江科技信息.2011（10）.