復(fù)雜高層、超高層建筑設(shè)計要點分析

郭洋

摘 要：隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑物向著高層以及超高層的方向不斷發(fā)展，而在結(jié)構(gòu)上也不斷的復(fù)雜化，隨著高度的加大，建筑物對于抗震的技術(shù)以及設(shè)計方法要求不斷的提高。文章主要從實踐出發(fā)，對高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進行分析，同時對影響高層以及超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計因素進行了探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；抗震

1 實際問題

經(jīng)濟發(fā)展帶動各行各業(yè)的發(fā)展，建筑技術(shù)發(fā)展也成了社會發(fā)展的必然要求，隨著城市的發(fā)展，土地的應(yīng)用不斷的加大，可用土地面積的縮小使得人們不得不提高建筑的層數(shù)以適應(yīng)更高的建筑使用需求，高層以及超高層建筑成為了當(dāng)代建筑發(fā)展的主要潮流，并且隨著高度的增加，建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性也不斷加大，因此在建設(shè)的經(jīng)濟性以及安全性上的設(shè)計難度上也不斷加大。結(jié)合實踐經(jīng)驗以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體要求，高層以及超高層建筑的安全性工作還有著很大的不足，現(xiàn)代建筑工作者要對建筑的合理性以及準(zhǔn)確性充分的予以保證。文章就該類問題結(jié)合目前我國高層以及超高層建筑的實際經(jīng)驗進行了簡要的論述。

2 抗震目標(biāo)設(shè)計

不斷增加的高層以及超高層建筑在抗震性能上也有著新型的要求標(biāo)準(zhǔn)，首先基于高層以及超高層復(fù)雜建筑的性態(tài)抗震設(shè)計具有重要的意義。在傳統(tǒng)的抗震目標(biāo)中，主要遵循小型地震保證建筑不損壞，中型地震保證建筑可維修，大型地震則保證建筑不倒塌的三重原則，但是針對目前的高層以及超高層建筑而言，該類原則顯然不適用，因此在抗震目標(biāo)的設(shè)置上一定要有所突破才能適應(yīng)新型建筑的需求，主要可以通過以下兩個層面進行考慮：

2.1 使用水準(zhǔn)

地震重現(xiàn)期為50a的地震，對建筑物的損傷能夠忽略不計，但是針對其結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)當(dāng)要求建筑處于基本的彈性反應(yīng)狀態(tài)。

2.2 倒塌水準(zhǔn)

當(dāng)?shù)卣鹪谥噩F(xiàn)期發(fā)生接近2500a水準(zhǔn)的地震，要對地震的最大值進行預(yù)計，并對建筑物進行遇襲條件演示，用以防止倒塌。在倒塌水準(zhǔn)中應(yīng)當(dāng)注意以下幾點：

（1）這對高層建筑以及超高層建筑的延性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)當(dāng)規(guī)定非彈性形變低于構(gòu)件的彈性變形能力。

（2）針對高層以及超高層建筑構(gòu)件中一些非延性部件，對其破壞模式應(yīng)力需求，應(yīng)當(dāng)強于相關(guān)技術(shù)規(guī)定的要求。

（3）針對復(fù)雜建筑設(shè)計或者超高建筑設(shè)計，對于建筑物控制構(gòu)件，應(yīng)當(dāng)保證其具有中等地震抗性作用，即便在該類環(huán)境下仍能夠保持相當(dāng)?shù)膹椥浴?/p>

3 設(shè)計分析

3.1 概念設(shè)計的重要性

對建筑中的實踐經(jīng)驗進行總結(jié)，復(fù)雜高層建筑或者是超高層建筑，應(yīng)當(dāng)保證其概念設(shè)計上具有合理性，從設(shè)計理念上進行重視，具體可以從下述內(nèi)容考量：

（1）保證建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，同時盡量從均勻性上提高建筑穩(wěn)定性；

（2）保證建筑結(jié)構(gòu)能夠清晰有效的傳遞應(yīng)力，尤其是豎向結(jié)構(gòu)，對于側(cè)力的傳遞途徑要保證順暢連續(xù)；

（3）針對具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高層建筑以及超高層建筑從結(jié)構(gòu)上要保證具有整體高水平；

（4）充分考量節(jié)能問題，從結(jié)構(gòu)上降低能耗，在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全的基礎(chǔ)上建立合理的節(jié)能機制；

（5）建筑結(jié)構(gòu)的整體受力也是建筑設(shè)計要求的內(nèi)容之一，因此應(yīng)當(dāng)充分從材料的使用以及技術(shù)的應(yīng)用方面提高其受力結(jié)構(gòu)的整體水平。而該過程必須協(xié)調(diào)好工程師以及技術(shù)操作人員之間的交流協(xié)作，只有保證溝通良好才能完美達(dá)成設(shè)計要求目標(biāo)。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)中抗側(cè)力體系選擇

現(xiàn)代高層以及超高層建筑的安全性可靠性保證通常會受到結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系影響，合理的抗側(cè)力體系能夠保證其安全性。因此在對建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力系統(tǒng)選擇時應(yīng)當(dāng)注意：

（1）建筑的實高是結(jié)構(gòu)體系選擇的主要影響因素，通過結(jié)合實踐可以總結(jié)如下規(guī)律：對于建筑高度同結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系選擇，當(dāng)建筑物高度小于100米時，通常采用框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)作為抗側(cè)力體系；當(dāng)建筑物高于100米低于200米時，通常采用剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)作為抗側(cè)力體系；而當(dāng)建筑物高度在200-300米之間時，通常采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)、框架-核心筒-伸臂結(jié)構(gòu)作為建筑物的抗側(cè)力體系；建筑物高度在300米-400米之間時，框架-核心筒-伸臂結(jié)構(gòu)以及筒中筒結(jié)構(gòu)是常見的抗側(cè)力體系；而建筑高度高于400米低于600米時常用的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力系統(tǒng)為，筒中筒-伸臂結(jié)構(gòu)，巨型框架/桁架/斜撐結(jié)構(gòu)、組合體結(jié)構(gòu)。

（2）在建筑的設(shè)計上，應(yīng)盡可能地確保結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件相互聯(lián)結(jié)、組合為一個整體。

（3）對于建筑中采用了多重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的具體實際情況時，應(yīng)綜合分析每種結(jié)構(gòu)體系在建筑設(shè)計中的效用，對各自的貢獻(xiàn)度有合理的估計和評判。

3.3 注重抗震設(shè)計

在滿足建筑的功能性的基礎(chǔ)上，抗震設(shè)計是高層和超高層建筑的設(shè)計重點，這是確保建筑安全性最為關(guān)鍵的一環(huán)，應(yīng)重點從以下幾點著手：

（1）在高層建筑的抗震方案設(shè)計中，建筑結(jié)構(gòu)的材料選擇也非常重要。

（2）促進地震發(fā)生時能量的輸入能有效地減少。實踐證實，應(yīng)做好以下幾個方面：一是，在對建筑構(gòu)件的承載力進行驗收的同時應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移限值實施有效的控制。二是，具體的高層建筑工程項目設(shè)計時，我們應(yīng)該采用積極的、基于位移的結(jié)構(gòu)抗震方法，對設(shè)計方案進行定量的分析，確保結(jié)構(gòu)的變形彈性可以滿足地震的預(yù)期要求。三是，應(yīng)綜合分析建筑構(gòu)件的變形和建筑結(jié)構(gòu)的位移兩者之間精確的關(guān)系，有效地確定構(gòu)件的變形值。四是，結(jié)合建筑物的實際如建筑界面的應(yīng)變分布及其大小來對建筑構(gòu)件的構(gòu)造需求進行有針對性的設(shè)計。五是，選擇堅固的場地，實施建筑施工，亦是有效減少地震發(fā)生作用時能量的輸入的另一個方面。

（3）通過大量的實踐證明以及理論研究，針對現(xiàn)代的大型高層建筑，即便是其不具有很大的承載力，但是若是其具有較高的延性，那么即便是發(fā)生地震，也不會發(fā)生倒塌，因為地震中延性結(jié)構(gòu)能夠充分的吸收振動帶來的能量，這樣建筑物在地震環(huán)境中也能夠保證形變程度在建筑結(jié)構(gòu)承受范圍之內(nèi)。通過大量的實踐活動證明，能夠證明延性結(jié)構(gòu)在抗性效果上作用明顯，能夠消除大量地震帶來的不利影響，從而使得地震反應(yīng)得以有效的減輕，促使地震給高層建筑帶來的破壞被有效地減弱，避免重大損失的發(fā)生。

（4）設(shè)計的質(zhì)量和方法決定著抗震效果的高低，因此，高層建筑抗震設(shè)計的結(jié)構(gòu)體系必須得到足夠的重視。從國內(nèi)外高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計體系上來看，主要有如下3種：“框筒結(jié)構(gòu)”、“筒中筒結(jié)構(gòu)”和“鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)”。

4 結(jié)束語

建筑的結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定是保證建筑安全的基礎(chǔ)，因此在建筑體系設(shè)計中就應(yīng)當(dāng)充分考量建筑物的抗側(cè)力性。概念設(shè)計在高層和超高層設(shè)計中舉足輕重，概念設(shè)計的合理性是高層設(shè)計好壞的決定性因素。從結(jié)構(gòu)體系選擇以及材料應(yīng)用上對結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性、安全性以及可靠性充分保障，以適應(yīng)新時期高層以及超高層建筑的應(yīng)用需求，不但滿足人們的使用功能要求，同時在外觀以及安全性上也滿足現(xiàn)代社會不斷發(fā)展的要求。

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