高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

姬婕

（滁州全椒縣皖東規(guī)劃建筑勘察設(shè)計(jì)研究院）

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

姬婕

（滁州全椒縣皖東規(guī)劃建筑勘察設(shè)計(jì)研究院）

隨著高層建筑近年來(lái)的迅猛發(fā)展，建筑的高度也在不斷的增加，其建筑功能與建筑類(lèi)型也越來(lái)越紛繁多樣，結(jié)構(gòu)體系更是多樣化發(fā)展。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)師工作的難點(diǎn)和重點(diǎn)之一。而高層建筑的框架結(jié)構(gòu)體系通過(guò)柱、梁等臭手建筑物橫向和縱向載荷，在多層或者是高度適中的高層建筑物中運(yùn)用較為廣泛。本文簡(jiǎn)要敘述了高層建筑的結(jié)構(gòu)體系中分類(lèi)的要點(diǎn)，并分析了基本原則和要求。

高層建筑；分析；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的腳步也在逐漸加快，隨著建筑用地日趨緊張，高層建筑越來(lái)越受到開(kāi)發(fā)商的大力追捧。高層建筑不僅僅應(yīng)該保證其足夠的安全性，更應(yīng)該保證建筑結(jié)構(gòu)的合理性以及經(jīng)濟(jì)性。現(xiàn)如今，伴隨科學(xué)技術(shù)飛速的發(fā)展，高層建筑的設(shè)計(jì)理論及建筑的施工技術(shù)正不斷地完善，建筑施工機(jī)械設(shè)備和建筑材料的性能也在不斷的進(jìn)行改進(jìn)，這位高層建筑的良好發(fā)展提供了必要的條件。由于高層建筑的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)繁復(fù)高難度的工程，涉及了眾多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，為了保證高層建筑涉及科學(xué)合理性，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作一定放在工程設(shè)計(jì)工作的重要位置。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1 高層建筑水平荷載

高層建筑物的水平荷載在建筑整體結(jié)構(gòu)中起決定性的因素。因?yàn)榻ㄖ锏淖灾匾约皹敲嫠褂玫暮奢d在縱向結(jié)構(gòu)當(dāng)中引起了彎矩和軸力數(shù)值只與建筑物高度一次方成正比關(guān)系，而水平的荷載對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生傾覆力矩和因此產(chǎn)生的縱向構(gòu)件軸力與建筑物二次方成正比關(guān)系。而另一方面來(lái)說(shuō)，對(duì)于一定高度的建筑物來(lái)說(shuō)，縱向荷載大概是一個(gè)恒定值，作為橫向荷載地震作用以及風(fēng)荷載來(lái)說(shuō)，數(shù)值會(huì)隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征變化而有著較大幅度的改變。

1.2 軸向變形需引起重視

在高層建筑物中，縱向荷載的數(shù)值較大，而且會(huì)在柱中造成較大范圍軸向變形情況，進(jìn)而對(duì)連續(xù)梁的彎矩造成較大的影響，使得連續(xù)梁之間支座位置負(fù)彎矩值有所減小，且跨中的正彎矩以及端支座其負(fù)彎矩的數(shù)值有所增加；并且還將對(duì)預(yù)制構(gòu)件下料的長(zhǎng)度造成較大的影響，并且還能對(duì)構(gòu)件的側(cè)移和剪力有所影響，構(gòu)件縱向變形所造成的影響與其相互比較得出將對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)造成不穩(wěn)定的結(jié)果。

1.3 側(cè)移為控制指標(biāo)

高層建筑與多層或低層建筑不同，建筑的結(jié)構(gòu)側(cè)移情況城市結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中決定性的關(guān)鍵因素。隨著科技經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑的樓高在不斷地刷新著記錄，隨著建筑物高度增加，橫向荷載之下，結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形將快速增加，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該將建筑結(jié)構(gòu)在橫向荷載作用之下側(cè)移量必須控制在一定的合理范圍之內(nèi)。

1.4 結(jié)構(gòu)延性為重要設(shè)計(jì)指標(biāo)之一

與高度較低的建筑相比較來(lái)講，高層建筑物的結(jié)構(gòu)更柔，并且在地震等地質(zhì)災(zāi)害之下高層建筑物將發(fā)生的形變也會(huì)隨著高度的增高而有所增大。為了使高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性的變形階段后仍然擁有比較強(qiáng)變形的能力，避免發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的過(guò)程中出現(xiàn)倒塌等事故的發(fā)生，就必須要在建筑構(gòu)造上采取適當(dāng)措施來(lái)確保建筑物結(jié)構(gòu)擁有足夠延性。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)析

2.1 框架結(jié)構(gòu)

建筑框架結(jié)構(gòu)體系通過(guò)使用柱、梁來(lái)承擔(dān)建筑物橫向、縱向荷載，多用于多層建筑或高度較低的低層建筑之中。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的布置主要采用的是主次梁法，隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展逐步發(fā)展成為無(wú)蓋梁或者扁梁。再布置建筑框架結(jié)構(gòu)過(guò)程中必須重視對(duì)稱均勻，且盡量做到直接傳力。高層建筑中框架結(jié)構(gòu)主要抗側(cè)力和縱向承重構(gòu)件為框架柱，其承擔(dān)壓應(yīng)力，但是因?yàn)榭蚣苤Y(jié)構(gòu)側(cè)向位移較大，側(cè)方向的剛度不足，在建筑物較高的情況下，不宜選用框架結(jié)構(gòu)。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

建筑結(jié)構(gòu)中的剪力墻結(jié)構(gòu)只要是利用建筑墻體承擔(dān)縱向稱重以及抵抗側(cè)向力。剪力墻其間距通常是4～9m，間距是由于建筑樓板構(gòu)件的跨度所決定的。因此剪力墻結(jié)構(gòu)體系多用于小房間的住宅建筑或小型旅館建筑之中。現(xiàn)澆的鋼筋混凝土的剪力墻結(jié)構(gòu)其有著良好的整體性，不容易在橫向力的作用之下產(chǎn)生側(cè)方向形變，并且擁有較大的剛度，其墻體的面積較大，更好的滿足對(duì)承擔(dān)力的要求，并且具有良好的抗震性能。建筑剪力墻結(jié)構(gòu)在我國(guó)多用于十～三十層高的公寓式住宅建筑之中。但是剪力墻結(jié)構(gòu)體系也有著較為明顯的缺點(diǎn)。其剪力墻之間的間距過(guò)小，抑制了建筑平面的布置，并且結(jié)構(gòu)的自身重量較大，不能夠靈活地運(yùn)用于較大面積的公共建筑區(qū)域。在剪力墻結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也必須避免設(shè)計(jì)又實(shí)又長(zhǎng)的墻，設(shè)計(jì)人員應(yīng)多注意其剛力要均勻適中。

2.3 剪力墻-框架結(jié)構(gòu)

在建筑結(jié)構(gòu)中，將剪力墻結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)兩者體系融合起來(lái)便形成了剪力墻-框架結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)體系同時(shí)擁有兩種建筑框架的優(yōu)點(diǎn)，不僅僅有著較為良好的承擔(dān)橫向荷載能力，并且可以靈活的進(jìn)行建筑平面布局設(shè)計(jì)，有著良好的實(shí)用性。較為合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以使剪力墻、框架兩者進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，共同發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須注意以下幾點(diǎn)：①在剪力墻、框架結(jié)構(gòu)中，建筑樓蓋所承受的壓力加大，如若設(shè)計(jì)的剪力墻過(guò)少，就易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此應(yīng)在建筑整體結(jié)構(gòu)中在兩個(gè)主軸的方向均勻的安置剪力墻，并合理的控制建筑剪力墻數(shù)量，令建筑呈現(xiàn)框架特征，能夠增加建筑空間的剛度，這樣有利于抵御強(qiáng)風(fēng)和地震等不可控自然災(zāi)害的發(fā)生。②在剪力墻框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中，剪力墻所承擔(dān)的橫向荷載的作用之下大部分的基地的水平剪力以及總傾覆彎矩，因此應(yīng)該注意建筑剪力墻面是否完整并且設(shè)計(jì)端柱或者翼緣，并且設(shè)置約束箍筋和縱筋對(duì)其承受力進(jìn)行加強(qiáng)。每個(gè)剪力墻應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)的盡量短，其高長(zhǎng)之比不能夠超過(guò)9，這樣就可以減少剪力墻剪切的變形影響。在通常情況下承擔(dān)縱向荷載下的組合設(shè)計(jì)的壓力對(duì)剪力墻所產(chǎn)生軸壓比應(yīng)該控制在0.6之內(nèi)，這樣就能夠較為接近建筑框架柱軸壓比，并降低縱向重力的荷載作用之下所產(chǎn)生建筑二次應(yīng)力所造成的影響。③為了保證建筑框架結(jié)構(gòu)擁有較為良好的延性和抗側(cè)的能力，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該盡量的根據(jù)框架結(jié)構(gòu)要求控制剪力墻框架的結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中梁柱界面的尺寸。

2.4 建筑簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)

建筑簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)擁有較為良好的剛度，并且可以適用于大面積的建筑空間之中，因此在極高的高層建筑之中有著較為廣泛的應(yīng)用。簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)體系是由多片橫縱交錯(cuò)剪力墻或者框架所圍成封閉的桶裝骨架，并且通過(guò)每個(gè)樓層的層面使其加強(qiáng)連接，并且令整個(gè)建筑骨架有著比剪力墻或者框架更為優(yōu)良的空間剛度。其能承受相當(dāng)大的橫向荷載和縱向荷載，在高層建筑應(yīng)用中擁有較大的發(fā)展空間。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷飛速進(jìn)步，高層建筑勢(shì)必會(huì)取得進(jìn)一步的發(fā)展。而滿足現(xiàn)代高層建筑物結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析模型、材料以及建筑形式都將會(huì)趨于復(fù)雜多元化的方向發(fā)展。總而言之，我國(guó)人口基數(shù)眾多，因此人均土地?fù)碛辛坎簧踟S富，高層建筑物因?yàn)槠渚哂休^高的土地利用率勢(shì)必造成社會(huì)發(fā)展的大勢(shì)所趨，隨著社會(huì)科學(xué)經(jīng)濟(jì)發(fā)展人們對(duì)于建筑物功能性要求也越來(lái)越呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，高層建筑所用的類(lèi)型也越來(lái)越豐富，為了高層建筑物結(jié)構(gòu)的研究創(chuàng)新，體現(xiàn)其獨(dú)特的魅力。現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)師必須追求新建筑的結(jié)構(gòu)形式以及更加完善優(yōu)良的力學(xué)建筑模型。對(duì)此我們應(yīng)該大力的提倡運(yùn)用概念性建筑設(shè)計(jì)思想促進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析工程師充分的利用專業(yè)所學(xué)發(fā)揮出自身的創(chuàng)造性，來(lái)推動(dòng)我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展。

[1]黃星然.科學(xué)發(fā)展、改革創(chuàng)新，努力開(kāi)創(chuàng)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新局面.在全國(guó)工程建設(shè)項(xiàng)目管理工作會(huì)議的講話.2005.

[2]全國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析工程師的培訓(xùn)考試教材編撰委員會(huì).建設(shè)工程理論概論.北京：知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2003.

[3]王東林.關(guān)于建設(shè)工程中高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要解析，第三版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[4]建筑行業(yè)管理培訓(xùn)材料編審委員會(huì).國(guó)際建筑工程項(xiàng)目關(guān)于高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新形勢(shì).北京：中國(guó)建筑出版社.

[5]建設(shè)部.建筑工程監(jiān)理統(tǒng)計(jì)公告.2006.

TU973+.2

A

1673-0038（2015）35-0027-02

2015-8-13

姬婕（1986-），女，工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類(lèi)工作。