高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及某工程結(jié)構(gòu)選型問題分析

范寶明

（內(nèi)蒙古城市規(guī)劃市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 010020）

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及某工程結(jié)構(gòu)選型問題分析

范寶明

（內(nèi)蒙古城市規(guī)劃市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 010020）

隨著城市的不斷發(fā)展，高層建筑也得到了快速的發(fā)展，在現(xiàn)代建筑中占據(jù)的比例也逐漸增大。是城市發(fā)展面貌的重要體現(xiàn)。而在高層建筑中最重要的組成部分就是結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅可以將高層建筑結(jié)構(gòu)的外形特征充分的顯現(xiàn)出來，還能夠?qū)Ω邔咏ㄖ０l(fā)揮個(gè)性功能提供保障，因此本文主要對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和某工程結(jié)構(gòu)選型問題進(jìn)行深入的研究，希望可以為高層建筑項(xiàng)目的發(fā)展發(fā)揮積極的促進(jìn)作用。

結(jié)構(gòu)選型；工程；高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前言：隨著城市化的快速發(fā)展，高層建筑逐漸興起，有效的解決了土地資源匱乏、住房需求較大等問題。但是目前在建造高層建筑的過程中，其結(jié)構(gòu)類型日益復(fù)雜，功能也呈現(xiàn)多樣性的特征，直接導(dǎo)致了其結(jié)構(gòu)選型不當(dāng)、設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)葐栴}的發(fā)生，造成高層建筑的安全隱患逐漸加大，直接對人們的財(cái)產(chǎn)安全、生命安全等造成了嚴(yán)重的威脅，因此高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及某工程的結(jié)構(gòu)選型問題對城市的發(fā)展尤為重要，需要相關(guān)部門加大重視。

1 分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)主要類型

高層建筑主要有框架-剪力墻體系、筒體結(jié)構(gòu)、剪力墻體系三種重要的結(jié)構(gòu)體系。其中框架-剪力墻體系是指豎向承重結(jié)構(gòu)由若干個(gè)剪力墻、框架構(gòu)成的，雖然這種結(jié)構(gòu)具有較多的內(nèi)力和位移等計(jì)算方法種類，但是經(jīng)常被使用的還是連梁連續(xù)化假定方法。在計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)位移協(xié)調(diào)條件時(shí)，設(shè)計(jì)依據(jù)應(yīng)當(dāng)參照剪力墻轉(zhuǎn)角、框架水平位移，使用微分方程建立位移、外荷載的關(guān)系，這樣對因素未知量、需求未知量就會有所不同，而其解答方式也會存在差異[1]。

筒體結(jié)構(gòu)還可以具體的結(jié)構(gòu)體系，如筒中筒結(jié)構(gòu)體系、框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。筒體承受水平荷載、框架承受豎向荷載是框架-核心筒的主要受力特點(diǎn)，同時(shí)與框架剪力墻具有相似的變性特點(diǎn)，但是框架-核心筒具有較大的抗側(cè)剛度，根據(jù)計(jì)算機(jī)模型不同的處理方法來看，分析這種結(jié)構(gòu)體系的方法主要有連續(xù)化方法、三維空間分析、離散化方法，其中準(zhǔn)確性較高的是三維空間方法。

剪力墻結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)成特征主要是在承受水平荷載、垂直荷載時(shí)依靠外墻和內(nèi)墻作為剪力墻。剪力墻的開動情況密切關(guān)系到剪力墻的受力特性、變形狀態(tài)，主要是根據(jù)不同的軋受力特性可以將單片剪力分為兩個(gè)部分，即單肢墻、特殊開洞墻。剪力墻的類型不同，那么其截面應(yīng)力的分布也會不同，因此在計(jì)算其內(nèi)力、位移時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體的剪力墻類型選擇相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法、計(jì)算方法，在剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)用平面有限元法[2]。

1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

首先在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)要對其水平荷載進(jìn)行合理的確定，風(fēng)產(chǎn)生的垂直荷載、水平荷載是所有的建筑都會承受的，而且所有的建筑也應(yīng)當(dāng)具備一定的抗震能力。在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)的過程中，豎向荷載對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響較大，但是對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響中占據(jù)較大比重卻是水平荷載。而且在高層建筑樓層逐漸增多的趨勢下，水平荷載的影響對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說極為重要。因此在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)要充分考慮水平荷載的影響，對水平荷載進(jìn)行合理的確定。其次對側(cè)控進(jìn)行合理的確定，高層建筑不同與低層建筑，在設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)的過程中，影響較大的因素就是結(jié)構(gòu)的側(cè)移。當(dāng)樓層數(shù)量增加時(shí)，在水平荷載側(cè)向變形的影響下結(jié)構(gòu)側(cè)移就會隨之變大、因此在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不但要大，保證該高層建筑能夠承受荷載作用帶來的內(nèi)力，還需要高層建筑的抗側(cè)剛度夠大，對于水平荷載作用產(chǎn)生的側(cè)移情況可以某一限度內(nèi)進(jìn)行有效的內(nèi)部控制。最后設(shè)計(jì)高層建筑的重要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)設(shè)定為結(jié)構(gòu)延性，將高層建筑和低層建筑進(jìn)行對比可以了解到，從柔和度的角度來看，高層建筑相對較好一些，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，高層建筑的變形情況就會增大，為了使其朝向塑形變形階段發(fā)展，使其變形能力增大，從而避免垮塌事故的發(fā)生，因此在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員可以充分利用高層建筑的這一特點(diǎn)，使其具有足夠的延性，從而增強(qiáng)其抗震能力，提高高層建筑的質(zhì)量[3]。

2 分析某工程結(jié)構(gòu)選型

例如在某工程中，該高層建筑具有8度抗震設(shè)防烈度，0.20g基本地震加速度值，且該高層共有25層樓，分為三個(gè)建筑抗震組。綜合類辦公使其主要的建筑功能。層高主要設(shè)計(jì)為3.9米和4.5米，其主體結(jié)構(gòu)高度為95.5米。

2.1 結(jié)構(gòu)選型布置

針對該高層建筑的主要功能來看，其結(jié)構(gòu)選型布置應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)為具有一級抗震強(qiáng)度的剪力墻、一級抗震強(qiáng)度框架的框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，在對結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行布置的時(shí)候要充分考慮其結(jié)構(gòu)體系是否有利于抵抗水平荷載、豎向荷載。核心筒位置主要布置剪力墻，主要是基于其具有明確的受力、直接傳力的特征，同時(shí)要對稱均勻的布置墻體，對扭轉(zhuǎn)的影響問題也要考慮周全，在建筑功能不受影響的基礎(chǔ)上，將雙向抗側(cè)力剪力墻合理的布置在建筑平面的四角，降低扭轉(zhuǎn)對建筑的影響。布置建筑平面的規(guī)則相對比較簡單，將地震的影響合理的降低下來、對稱布置建筑平面剛度、在核心筒內(nèi)部布置電梯井筒體，從而布置出對稱的框架即可[4]。

在布置高層建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量保證建筑梁重心、建筑的柱中心進(jìn)行重合，從而實(shí)現(xiàn)直接傳力的效果。若是不能夠重合梁、柱的中心線時(shí)，就需要對梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的構(gòu)造、受力是否受到偏心的不利影響。當(dāng)產(chǎn)生的偏心距比該構(gòu)件方向的柱寬四分之一還要大時(shí)，就需要采取相應(yīng)的解決措施，使其受到的不利影響能夠被降低，如增設(shè)梁的水平加腋措施[5]。

在建筑的抗震中其抗側(cè)力性表現(xiàn)的較為理想的就是剪力墻結(jié)構(gòu)，但是對剪力墻的設(shè)計(jì)也需要保證科學(xué)性，需要遵循的原則有：雙向布置的原則。其中雙向布置是指其他方向布置、沿兩軸方向布置，同時(shí)保證雙向不值得兩個(gè)建筑方向具有一致的側(cè)向剛度；自下而上連續(xù)布置；避免設(shè)置相差懸殊的墻肢寬度等原則。

2.2 分析結(jié)構(gòu)選型的合理性

利用有限元分析的方法對該工程高層建筑結(jié)構(gòu)選型的合理性進(jìn)行分析，在使用SATWE計(jì)算其結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)力之后，根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)結(jié)果可以了解到：從計(jì)算結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)承載力的情況來看，該結(jié)構(gòu)選型符合建筑要求，同時(shí)超筋超限的問題也沒有；從位移的情況來看，結(jié)構(gòu)樓層的各個(gè)位移值都不大于1.2，該結(jié)構(gòu)符合扭轉(zhuǎn)規(guī)則；結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振型周期也不大于0.9，與規(guī)范的要求相符。因此該工程的結(jié)構(gòu)選型還是比較合理的[6]。

總結(jié)：綜上所述，通過對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和某工程結(jié)構(gòu)選型的研究，從中可以了解到在高層建筑中應(yīng)當(dāng)合理的設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)，保證其具有較高的抗震能力、抗側(cè)壓能力等，在工程結(jié)構(gòu)選型中也要結(jié)合建筑的功能和建筑的實(shí)際情況等選擇恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)類型，從而滿足工程建筑的實(shí)際需求。

[1]張斌. 超高層綜合性辦公建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面設(shè)計(jì)研究[D].華南理工大學(xué),2012.

[2]張博. 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理及其應(yīng)用[D].湖南大學(xué),2011.

[3]屈國紅. 小高層建筑不同結(jié)構(gòu)體系對比研究[D].太原理工大學(xué),2014.

[4]李陽. 基于施工過程的在建高層建筑防災(zāi)減災(zāi)研究[D].長安大學(xué),2012.

[5]王月紅,關(guān)杰. 高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合分析[J]. 山西建筑,2012,32:52-53.

[6]白朝陸. 我國高層建筑結(jié)構(gòu)工程選型及如何布置問題的探討[J]. 城市地理,2014,20:42.

TU7

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1007-6344（2016）03-0110-01

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