高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)分析

楊帆

摘要：自古以來，建筑就作為人類文明象征的其中之一，是人類發(fā)展的代表。日前，伴隨著經(jīng)濟(jì)極速發(fā)展以及城市化步伐日益增速，為讓土地這種有限且不可再生的資源得到合理使用，中國建筑每天都在發(fā)生著意想不到的改變，集中體現(xiàn)為形態(tài)上不斷發(fā)展得越來越高，甚至能說，高層建筑的發(fā)展就是建筑業(yè)發(fā)展的核心勢(shì)頭。然而，伴隨建筑高度日益增高，建筑的內(nèi)部空間越來越擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在安全以及穩(wěn)定方面的問題日益顯現(xiàn)，也越來越受到人們的重視和器重。作為中國傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的混凝土結(jié)構(gòu)，因具備造價(jià)低、耐持久、結(jié)構(gòu)造型靈活以及整體性良好等優(yōu)勢(shì)，在各類工程結(jié)構(gòu)中得到普遍使用。由此可見，對(duì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)進(jìn)行研究非常重要。

關(guān)鍵詞：高層建筑;混凝土結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);優(yōu)化

改革開放后國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)進(jìn)步是非常迅速的，人們對(duì)居住的要求不斷提升，這些導(dǎo)致了建筑業(yè)的不斷變化，建筑材料以及技術(shù)不斷進(jìn)步，讓高層建筑可以借助更加先進(jìn)的技術(shù)以及材料，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的建設(shè)。高層建筑的層數(shù)更多，高度更高，很多以往的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方式不再適用，同時(shí)因?yàn)閷訑?shù)的增加，結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載以及受地震作用也是要考慮的關(guān)鍵問題。總體上來說，高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是更加復(fù)雜的，要考慮到的各方面因素也是更加多樣化。

1高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

1.1安全性

在安全性這方面主要是要保證建筑在使用過程中的安全，相應(yīng)的技術(shù)和施工人員要對(duì)建筑物的承載力、剛度等各個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的考慮，最重要的是要保證建筑物能夠應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況，在出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)能夠保持穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)坍塌等較為重大的安全事故。

1.2可靠性

可靠性指的是建筑物在一定的時(shí)間所能保證的承載力、強(qiáng)度等性能，確保建筑物在其使用年限內(nèi)不出現(xiàn)性能大幅度下降的問題。每個(gè)建筑都會(huì)有其規(guī)定的使用年限，當(dāng)其使用到達(dá)其規(guī)定的時(shí)間后應(yīng)該停止使用，原因是此時(shí)的建筑可靠性已經(jīng)嚴(yán)重下降，不適宜居住。

1.3適用性

建筑物要確保居民能夠正常進(jìn)行生活，這就是建筑物的適用性，技術(shù)與施工人員要確保建筑物在使用之時(shí)不會(huì)出現(xiàn)裂縫變形等問題，確保居民的正常安全生活。

2高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1科學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系

混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用BIM技術(shù)構(gòu)建仿真模型，檢查設(shè)計(jì)方案存在的問題，從根本上實(shí)現(xiàn)混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完善，提高混凝土高層結(jié)構(gòu)質(zhì)量。在混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員必須要做好設(shè)計(jì)方案的審計(jì)工作，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行反復(fù)的檢查與審核，確保設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性和可行性。

2.2合理設(shè)計(jì)地基與基礎(chǔ)

地基的設(shè)計(jì)必須要與施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、地理環(huán)境緊密地結(jié)合在一起。地基設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮基礎(chǔ)拉梁結(jié)構(gòu)，如通過增加基礎(chǔ)配筋促進(jìn)拉梁結(jié)構(gòu)與整個(gè)地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提高。地下室設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員可以采用褥墊處理方法來提升地下室的穩(wěn)定性，防止地下室出現(xiàn)大面積裂縫。隨著建筑高度不斷增加、高層建筑物不斷增多，地基設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性顯得越來越重要。地基建設(shè)過程中，除了需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件進(jìn)行綜合考慮外，還必須充分考慮地下水對(duì)地基的影響，要根據(jù)地下水位的實(shí)際情況，優(yōu)化地基設(shè)計(jì)。只有這樣才能保證地基設(shè)計(jì)的合理性，提高混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3選擇合適的結(jié)構(gòu)嵌固端

嵌固端位置的選擇，對(duì)結(jié)構(gòu)指標(biāo)以及內(nèi)里配筋會(huì)有直接的影響，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及計(jì)算中，要結(jié)合土體的實(shí)際約束以及上下層的剛度，對(duì)嵌固端的實(shí)際位置進(jìn)行確定，讓計(jì)算模型更加符合現(xiàn)實(shí)的情況。

2.4優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)的方案布置

對(duì)整體結(jié)構(gòu)的布置進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)抗側(cè)力構(gòu)件的尺寸、平面位置進(jìn)行合理的布置，并防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)偏心以及扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，最大程度上讓構(gòu)件承載力以及抗震延性得到充分的發(fā)揮，不要出現(xiàn)一些構(gòu)件的承載力接近極限的狀態(tài)，一些構(gòu)件則是沒有將自身的承載力發(fā)揮出來的現(xiàn)象。剪力墻布置要注意采取周邊、對(duì)稱的原則，豎向連續(xù)，防止出現(xiàn)剛度以及承載力突變。

2.5高程建筑混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

2.5.1臨界荷重

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)中會(huì)存在諸多的懸臂桿，懸臂桿主要可以分為剪切型、彎曲型以及彎剪型幾種類型。剪切型在失穩(wěn)的正常狀況之下會(huì)導(dǎo)致整個(gè)樓層出現(xiàn)不同程度的失穩(wěn)狀況。而純框架類型的梁以及柱會(huì)因?yàn)殡p曲率彎曲而導(dǎo)致其出現(xiàn)不同程度的側(cè)位移狀態(tài)，這樣就會(huì)導(dǎo)致樓層出現(xiàn)失穩(wěn)等問題。

2.5.2高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)臨界荷重確定

一般應(yīng)用的結(jié)構(gòu)構(gòu)建要通過荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合分析，綜合長期作用產(chǎn)生的影響驗(yàn)算分析，保障變形、裂縫等數(shù)值不會(huì)高于規(guī)定的最大限度。通過分析混凝土材料、鋼筋實(shí)際的測(cè)量強(qiáng)度以及兩種材料的實(shí)際配筋率以及結(jié)構(gòu)構(gòu)建對(duì)應(yīng)的界面集合實(shí)測(cè)值則可以確認(rèn)實(shí)驗(yàn)數(shù)值，分析結(jié)構(gòu)上的荷載可以根據(jù)時(shí)間變異性不同將其劃分為永久荷載、可變荷載以及偶然荷載三種類型。

2.5.3荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值分析

不規(guī)則結(jié)構(gòu)的豎向控制較為關(guān)鍵指標(biāo)就是剛度比。剪切剛度則主要就是對(duì)底部大空間一層轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)評(píng)判分析，剪切剛度主要就是通過對(duì)底部為大空間且屬于多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷分析。樓層層間的位移數(shù)值可以判定混凝土結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性，同時(shí)此種方式也是剛度比計(jì)算中較為普遍的缺省方式，在實(shí)踐中要綜合實(shí)際狀況進(jìn)行針對(duì)性的控制分析，避免剛度突變等問題，如果出現(xiàn)薄弱層則就要強(qiáng)化分析。

2.6把握好整體結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)

需要將結(jié)構(gòu)耗能的能力進(jìn)行充分的發(fā)揮，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)瞬時(shí)以及脆性的破壞，在遇到地震以及極強(qiáng)風(fēng)荷載的情況下，高層的高度原因，需要結(jié)構(gòu)具備極強(qiáng)的抗側(cè)強(qiáng)度以及延性，對(duì)水平荷載抵抗抵消。

3結(jié)語

總之，高層建筑已經(jīng)是國內(nèi)建筑業(yè)如今的主流，高層與多層建筑是截然不同的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有著更加復(fù)雜的要求，諸多的方法以及技術(shù)是需要進(jìn)行改進(jìn)的，不斷有新技術(shù)以及新材料出現(xiàn)并被應(yīng)用到建筑領(lǐng)域，高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是會(huì)達(dá)到更高的層面上，設(shè)計(jì)人員一定要加強(qiáng)自身的專業(yè)能力。

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（作者單位：喀什市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院（有限責(zé)任公司））