對我國高層建筑結構組合問題進行分析

萬明罡

摘 要：改革開放后，我國經濟水平和科技水平得到了飛速發展，與此同時，我國高層建筑領域也取得了舉世矚目的成績--中國成為高層建筑發展的重心。但在建筑高度增加的同時，高層建筑結構組合問題也要受到社會的高度重視。

關鍵詞：高層建筑；結構組合；鋼筋混凝土

1 地基與基礎設計組合問題

在高層建筑結構中結構設計師需要解決的問題是將地基與基礎設計區別與一般的多層結構，這是因為地基基礎在整個工程造價中起了決定性作用。因此，在這一階段中要盡量避免可能會出現的問題發生，從而減小可能會出現的問題所導致的損失。為了保證建筑物不會發生沉降或傾斜，并且能保障人們的正常使用，設計師在高層建筑的地基基礎設計中要深思熟慮，全面考慮建筑場地的環境及條件。其中最值得注意的是：①建筑場地的使用情況；②建筑場地的地質及水位狀況；③建筑場地的上部結構類型；④建筑場地的施工條件及相鄰建筑之間的影響；⑤深刻了解相鄰地下建筑物與其它地下設施的標高和結構。只有在地基基礎設計中綜合考慮需要關注的問題，并了解地方性規范的重要性，才能保證高層建筑的安全性，才能推動高層建筑發展的又一新高峰。

2 結構計算與分析組合問題

所謂完美建筑，就是在滿足人們使用功能和視覺感受的條件下，不斷滿足使用者和社會各界的意愿和要求。在遵循設計要求的前提下，將力學的概念與結構優化設計相結合，不僅能讓參與計算的量以變量形式出現，形成結構設計優化方案域，而且還能利用數學手段在所形成的結構設計優化方案域中找到滿足要求的最佳結構優化設計方案。由此可見，要提高高層建筑結構組合的整體設計水量和設計質量、減少設計所用的時間、降低整體工程造價、提高經濟社會效益，就要充分考慮結構計算與分析組合問題。其中包括荷載、構建與整理力；周期折減系數；振型數目是否足夠。

2.1 荷載、構件與整理力問題

荷載可分為內部荷載與外部荷載。所謂內部荷載，就是指結構的設計及使用；而外部荷載是指風、雪、施工、人為因素、外力作用等。在不同的因素影響下，如果要對各種不同情況下的組合問題進行計算，這就需要通過對內部荷載及外部荷載進行計算。構件截面是通過對荷載值的計算，以計算手冊為準則，并利用已得出的荷載值對彎矩、扭矩、壓力等進行內力計算。

2.2 周期折減系數問題

高層建筑結構中存在非結構的砌體填充墻。因此，在結構計算過程中應首先考慮非結構的砌體填充墻對主體結構的影響。而周期的折減應考慮多重因素的影響，其中包括：①建筑物內部的設置對周期折減系數的影響；②不同的建筑物結構特征對周期折減系數的影響等。

2.3 振型數量的取值問題

振型的數量取決于建筑物高度的大小，這就需要相應的合理計算。由此可見，振型數量的取值就要依據在計算研究中所得出的計算結果進行判斷。

由于高層建筑是一個不斷循環往復的過程，所以在實施高層建筑的同時，要以結構設計理論為基礎，深刻剖析影響高層建筑結構的各種因素，進而保證建筑物的質量和安全問題。

3 鋼筋與混凝土組合問題

我國現代高層建筑的結構體系主要是由混凝土和鋼筋這兩種材料組合而成。若能充分利用混凝土和鋼筋這兩種材料的性能特點并改善兩者之間的組合方式，勢必會迎來一系列先進有效的新構件、新組合，進而推動我國建筑結構組合問題的不斷完善。隨著世界的發展，高層建筑的層數不斷增加，柱網尺寸不斷增大，單柱承擔的荷載也隨之加大。眾所周知，實施高層建筑勢必會采用鋼筋混凝土這兩種材料，因此高層建筑的柱斷面必然會加大，而柱斷面的加大不僅不利于抗震作用的發揮，同時也占用了土地的使用面積。針對這一缺陷，人們就在利用“組合作用”的前提下，充分利用混凝土和鋼這兩種材料的性能特點，將兩者有機組合在一起，進而形成了一系列新組合、新構件。

3.1 高層建筑中的新組合——鋼骨混凝土和鋼管混凝土結構

鋼骨混凝土和鋼管混凝土顧名思義就是將混凝土和鋼這兩種材料有機組合而形成的。

鋼管混凝土是通過將素混凝土移入鋼管內，經過一系列的加工而形成新的組合結構構件。鋼管混凝土在我國高層建筑中得到廣泛應用，這主要取決于鋼管混凝土的優勢特征：①鋼管混凝土可以增強管壁的穩定性，且抗壓強度和抗壓縮變形的能力強大；②鋼管混凝土在制作時能適應先進的泵灌混凝土工藝，制作安裝比鋼筋骨架更簡單方便；③鋼管混凝土用的是厚鋼板，質量好，承載能力強，且鋼管混凝土的軸壓比不受限制，生命力強大。正是由于上述優勢特征，鋼管混凝土在中國的發展前途不可限量。

3.2 高層建筑中的新組合——鋼管高強混凝土組合結構

組合柱、組合剪力墻、組合拱等是組成鋼管高強混凝土組合結構的主要成份。其中鋼管混凝土組合柱是鋼管高強混凝土組合柱的核心成份，它是由鋼管、管內素混凝土、管外高混凝土三種材料組合而成的，是以鋼管混凝土為核心，將鋼筋混凝土澆筑在外圍而形成的。

在總結高層建筑實施過程的經驗中我們可以了解到，鋼管混凝土組合柱比鋼管混凝土更有優勢，不僅能防火、防腐蝕、減少用鋼量，還具有以下幾點優勢特征：①鋼管混凝土組合柱是以混凝土為主材料，這樣鋼的使用量相對而言就會比較少。而鋼管混凝土是由管內與管外兩部分組成，其中管內價格較高，但使用量較少，可用于超高強混凝土；管外混凝土不僅價格便宜，性能和質量也很好監控，可用于一般高強混凝土。②鋼管混凝土組合柱能增加高層建筑物的結構剛度，增加高層建筑抗風能力和抗震能力。由于鋼管混凝土組合柱的抗力剛度大，所以在高層建筑中很受歡迎。在高層建筑中采用組合結構并在部分裝置的配合下，能使高層建筑結構組合問題得到進一步的優化。③超高強混凝土是鋼管混凝土組合柱的核心，在管外的鋼筋混凝土的限制下，能提高超高強混凝土的套箍作用。若外圍混凝土的配箍率足夠的話，其對核心混凝土與核心鋼管的套箍作用就越明顯，還能抑制管中混凝土的脆性。

鋼和混凝土是現在建筑中不可或缺的材料，這兩種材料的有機組合不僅加快了高層建筑的飛速發展，也開辟了今后高層建筑的新方向。在組合技術不斷完善、設計概念不斷創新、施工技術不斷加強的前提下，高層建筑結構組合將會在更多領域上獲得長足發展。

通過以上的探析可知，我國高層建筑結構組合問題主要是指地基與基礎設計組合問題、結構計算與分析組合問題、鋼筋與混凝土組合問題。隨著我國高層建筑高度的不斷增加，對于高層建筑結構組合問題的研究要求也隨之嚴謹起來。因此，要充分完善我國高層建筑結構組合問題，就要全面考慮高層建筑場地的環境及條件、深刻剖析影響高層建筑結構的各種因素、充分利用混凝土和鋼筋這兩種材料的性能特點并改善兩者之間的組合方式，進而促進我國高層建筑事業的輝煌發展。

參考文獻

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