高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及某工程結(jié)構(gòu)選型研究

沙建華

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，建筑行業(yè)得到了飛速發(fā)展，建筑質(zhì)量得到了顯著提高。隨著建筑項(xiàng)目的增多以及土地面積的不斷減少，城市中的高層建筑占據(jù)了城市建筑的主導(dǎo)位置，為了使高層建筑物的安全性和穩(wěn)定性得以保證，就要做好其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選型。文章對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工程結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)選型；建筑行業(yè)；建筑質(zhì)量 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU208 文章編號(hào)：1009-2374（2015）30-0011-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.006

隨著我國各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度的增快，促進(jìn)了房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，建筑行業(yè)無疑成為了我國經(jīng)濟(jì)增長的支柱，而城市中的高層建筑物非常多，并與生產(chǎn)建設(shè)以及人們生活密切相關(guān)，為此要想確保高層建筑物的穩(wěn)定性就要做好其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選型。本文從高層建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，探討了做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選型的方法，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)部門提供一些借鑒。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1.1 抗震性能好

高層建筑是城市發(fā)展的產(chǎn)物，在城市化進(jìn)程的推動(dòng)下，高層建筑的重要性逐漸凸顯，并且其建設(shè)質(zhì)量決定著一個(gè)城市的發(fā)展程度。其主要特點(diǎn)為：一般高度的建筑物結(jié)構(gòu)都會(huì)承受來自外界的垂直負(fù)荷以及水平負(fù)荷，其抗震性能標(biāo)準(zhǔn)是非常高的。因?yàn)橐坏┌l(fā)生地震，如果建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)物的平面布置不當(dāng)，就會(huì)造成剛度中心和質(zhì)量中心有較大的不重合，結(jié)構(gòu)會(huì)沿著豎向剛度有很大的變化，則容易造成結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)過大的扭轉(zhuǎn)或反應(yīng)，變形集中，建筑薄弱底層房屋將倒塌。尤其是高層建筑，其抗震性能更是設(shè)計(jì)人員應(yīng)該著重考慮的問題。現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)基本采用鋼結(jié)構(gòu)，而鋼結(jié)構(gòu)在實(shí)踐中的應(yīng)用得到一致的好評(píng)。鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、結(jié)構(gòu)的抗震能力好、強(qiáng)度和剛度都很高的優(yōu)點(diǎn)，能滿足現(xiàn)代高層建筑施工的基本要求。

1.2 穩(wěn)定性能好

此外，來自外界的建筑結(jié)構(gòu)水平負(fù)荷對(duì)低層建筑物產(chǎn)生的影響較小，而高層建筑物因?yàn)楦叨鹊南拗剖艿剿截?fù)荷和地震影響較大，并且隨著建筑物的增高，其產(chǎn)生的位移會(huì)大大增加，如果位移幅度較大將對(duì)居民的生活產(chǎn)生較大的影響，會(huì)增加人的不舒適感。為此，其結(jié)構(gòu)位移是高層建筑結(jié)構(gòu)的一大特點(diǎn)，要想確保其穩(wěn)定性，就要將結(jié)構(gòu)位移控制好，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是非常重要的。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能是影響建筑施工安全的重要因素，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是確保后期工程項(xiàng)目能正常投入使用的重要前提和基礎(chǔ)。建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要包括部分結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，要考慮的因素很多，是一項(xiàng)十分復(fù)雜且注重細(xì)節(jié)的工作，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)該不斷積累自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從細(xì)節(jié)出發(fā)，確保結(jié)構(gòu)整體格局的穩(wěn)定性，保證結(jié)構(gòu)體系的完整性。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

2.1 應(yīng)用分析方法了解各類結(jié)構(gòu)體系

2.1.1 框架式的剪力墻結(jié)構(gòu)。高層建筑結(jié)構(gòu)種類是非常多的，其中框架式的剪力墻結(jié)構(gòu)就是較為普遍的一種建筑結(jié)構(gòu)，其內(nèi)在的位移結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法非常多，并衍生出了很多的計(jì)算方法，應(yīng)用最為普遍的是連續(xù)假定方法。在對(duì)位移的協(xié)調(diào)性進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要明確剪力墻框架的水平位移與轉(zhuǎn)角狀況，從而對(duì)其進(jìn)行正確的計(jì)算，其求解的方法是構(gòu)建結(jié)構(gòu)位移和結(jié)構(gòu)負(fù)載之間的關(guān)系方程式。但是在對(duì)其進(jìn)行構(gòu)建過程中，其影響因素和內(nèi)在的需求等變量是有所差別的。

2.1.2 剪力墻的體系。剪力墻的受力與變形狀況是剪力墻結(jié)構(gòu)開洞影響的。剪力墻的單片受力特性是有差異的，并且按照這種差異可以將其分為單肢墻結(jié)構(gòu)和特殊的開洞墻結(jié)構(gòu)。這些不同的墻面結(jié)構(gòu)截面所具有的應(yīng)力和負(fù)荷也是有差異的，為此，在對(duì)其內(nèi)應(yīng)力和位移進(jìn)行計(jì)算時(shí)要采用不同的計(jì)算方法。通常采用的計(jì)算方法是平面限單元方法，這種計(jì)算方法準(zhǔn)確性較高，并且適合多種類型的剪力墻。但是其缺點(diǎn)是資源的浪費(fèi)較為嚴(yán)重，自由分散度也較多。

2.1.3 筒體結(jié)構(gòu)。根據(jù)其計(jì)算模型的處理方法不同，筒體結(jié)構(gòu)的分析也是不同的，主要包括連續(xù)分析法、分散分析法以及三維空間分析法，其中三維空間分析法的精確度較高，并且很多工程都采用這種計(jì)算模型。

2.2 高層建筑的抗震分析設(shè)計(jì)和應(yīng)用

高層建筑抗震分析和設(shè)計(jì)是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，為此要想使高層建筑能夠具有非常強(qiáng)的抗震性能，并滿足結(jié)構(gòu)功能，就要對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的彈性、塑性、變形能力進(jìn)行研究和分析。現(xiàn)今，我國抗震性能的各項(xiàng)規(guī)范都是構(gòu)建在地震多發(fā)帶上，并滿足高層結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力和位移條件，這種在多地震帶上進(jìn)行的設(shè)計(jì)和分析對(duì)高層建筑穩(wěn)定有重要意義。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)選型的主要內(nèi)容與要求

高層建筑結(jié)構(gòu)在選型上有非常多的要求，同時(shí)也是確保高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提。其主要內(nèi)容是：要選擇好基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；水平和承重結(jié)構(gòu)要適合；豎向承重結(jié)構(gòu)包含了剪力墻；橫向承重結(jié)構(gòu)有單板和雙板的樓蓋。在高層建筑初期設(shè)計(jì)階段，要想使設(shè)計(jì)符合規(guī)范就要明確高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和使用范圍。其選型的要求為：高層建筑設(shè)計(jì)要選擇好地段，要盡量在安全的環(huán)境下設(shè)計(jì)和選型，從而減少事故的發(fā)生率。所以，要求設(shè)計(jì)人員也要深入到施工現(xiàn)場，全面勘察和調(diào)研項(xiàng)目施工場地的地質(zhì)情況和地質(zhì)特點(diǎn)。全方面搜集相關(guān)的數(shù)據(jù)和資料，確保提出和制定的施工方案具有可行性。在抗震設(shè)計(jì)過程中，高層建筑要有足夠強(qiáng)的承受力，并具有多重的抗震防線；其結(jié)構(gòu)的選型要與建筑物的承受力相適應(yīng)；在施工過程中，要盡量節(jié)省資金和資源，并要與周圍的環(huán)境相適應(yīng)。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受環(huán)境的影響較大，并且風(fēng)力、壓力、承受能力等都是影響因素；建筑方案中的建筑尺寸、方位、高度等基本因素，還有建筑的外形、立體形態(tài)等；建筑使用功能也是非常重要的因素，一般高層建筑功能按照其功用的不同呈現(xiàn)出不同的利用價(jià)值，比如住宅、辦公樓等。有很多建筑功能和結(jié)構(gòu)是不能匹配的，為此，要針對(duì)建筑功能的不同對(duì)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，建筑施工工期也是影響因素，還有建筑施工材料的供應(yīng)狀況、建筑設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的影響、建筑結(jié)構(gòu)的抗震性等。為此，在選型時(shí)一定要對(duì)其影響因素進(jìn)行綜合分析。

4 結(jié)語

本文主要對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選型方法進(jìn)行了分析，并對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選型的具體方法提出了建議，表明要想使高層建筑提高抗震能力并使穩(wěn)定性增強(qiáng)，就要做好結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)。所以，作為一名設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該明確設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和可行性對(duì)后期工程項(xiàng)目施工的重要影響，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確自身的工作職責(zé)，具有吃苦耐勞的精神，能深入現(xiàn)場進(jìn)行勘察和調(diào)研工作，為設(shè)計(jì)方案的完成搜集和提供詳細(xì)和可靠的數(shù)據(jù)，以設(shè)計(jì)出最完美的建筑結(jié)構(gòu)方案，并科學(xué)合理地完成結(jié)構(gòu)選型，達(dá)到項(xiàng)目整體效益最大化的戰(zhàn)略目標(biāo)。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）