高層建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

【摘 要】隨著城鄉(xiāng)一體化的快速發(fā)展，城市人口日益增多，居民建筑也逐步從底層向高層轉(zhuǎn)變，這對建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。本文就高程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和常見問題進(jìn)行了探討，以期為建筑設(shè)計(jì)人員提供借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；主體結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；探討

一、概念闡述

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是針對高層建筑特性的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足安全、適用、耐久、經(jīng)濟(jì)和施工可行的要求下，按有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體布置、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、計(jì)算、構(gòu)造和制圖工作，并尋求優(yōu)化的過程。

二、高程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價(jià)的高低等。其主要特點(diǎn)有：（1）水平力是設(shè)計(jì)主要因素。在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。（2）減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要。高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎(chǔ)造價(jià)和處理措施，可以多建層數(shù)，這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟(jì)效益。地震效應(yīng)與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。（3）抗震設(shè)計(jì)要求更高。有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除要考慮正常使用時(shí)的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、中震可修、大震不倒。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

（1）結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。第一，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。高層建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)符合下列要求：一是應(yīng)具有必要的承載能力、剛度和變形能力；二是應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的能力；三是對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取有效措施予以加強(qiáng)。第二，高層建筑的結(jié)構(gòu)體系尚宜符合下列要求：一是結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位；二是宜具有多道抗震防線。（2）規(guī)則平面布置需滿足的要求。結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力爭均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。在地震作用下，建筑平面要力求簡單規(guī)則，風(fēng)力作用下則可適當(dāng)放寬。抗震設(shè)防的高層建筑，平面形狀宜簡單、對稱、規(guī)則，以減少震害。在高層建筑的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置。抗震設(shè)計(jì)的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑，其平面布置應(yīng)簡單、規(guī)則，減少偏心。

四、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析

（1）高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能。對于一個(gè)建筑物的最初的方案設(shè)計(jì)，建筑師考慮更多的是它的空問組成特點(diǎn)，而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。（2）建筑結(jié)構(gòu)的三心合一和扭轉(zhuǎn)。建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心，剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為我們常說的建筑三心。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能地匯合于一點(diǎn)，即所謂三心合一。建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在設(shè)計(jì)中一棟建筑物沒有做到三心合，在水平力作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。由于水平力作用在高層建筑中起著控制作用，常有建筑物因扭轉(zhuǎn)振動而發(fā)生嚴(yán)重破壞。為避免建筑物因水平力作用而扭轉(zhuǎn)破壞，要求我們在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)選型和精心的平面布置，盡可能地使建筑物三心合一。（3）建筑結(jié)構(gòu)的軸壓比。軸壓比是指柱組合的軸力設(shè)計(jì)值Nc與柱的橫截面面積Ac和混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc乘積的比值。試驗(yàn)和震害表明；鋼筋混凝土柱的軸力過大、柱的延性將顯著變小，很容易發(fā)生脆性的剪切破壞，不符合強(qiáng)剪弱彎的概念設(shè)計(jì)原則。故軸壓比的控制，對保證其延性非常重要。我們應(yīng)采取提高柱混凝土的標(biāo)號及擴(kuò)大柱截面等措施縮小柱的軸壓比，提高結(jié)構(gòu)的延性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]余小銳.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].科技資訊.2009（13）

[2]胡勝利.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題探討[J].建設(shè)科技.2010（2）