關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計的初步探討

(湖北金揚建設(shè)工程有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

我國高層建筑工程雖然發(fā)展迅速并取得了很好的成績，但仍不可避免的存在一些問題和不足之處，因此加強對高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計的把控，對確高層建筑工程質(zhì)量有著重要意義。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)選型的影響因素

1、環(huán)境因素。主要有基本風壓、設(shè)防烈度、以及場地條件等。

2、項目方案特點。包括方案項目的建筑體型、高度、長寬比和高寬比。其中，有兩種建筑體型，一種是平面體型，組成是平面對稱性、平面規(guī)則性、剛度偏心、以及平面質(zhì)量等;一種是立體體型，組成是層間剛度、塔樓、立面收進體型、結(jié)構(gòu)高寬比等。

3、項目使用性功能。主要包括綜合樓、住宅、辦公樓、旅館等。其中，為了提高高層建筑的使用功能，可與匹配多種結(jié)構(gòu)型式。

4、施工工期要求。縮短高層建筑結(jié)構(gòu)施工周期，可以使整個建筑提前投入使用，以便企業(yè)取得經(jīng)濟利益，緩解投入了巨大資金的壓力，另外，也使還貸日期縮短了，有效降低了需支付的貸款利息。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

1、水平力是設(shè)計的關(guān)鍵因素。在低層和多層建筑的結(jié)構(gòu)中，其整體重力，通常是由豎向結(jié)構(gòu)承載。然而，就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，與豎向荷載對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響相比，水平荷載起著決定性的作用，這是因為隨著建筑高度的增加，水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，成兩次方倍增長，而在豎向構(gòu)件中，建筑自重和樓面使用荷載所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，是一次方倍的建筑高度。

2、具有較高的抗震要求。在設(shè)計高層建筑結(jié)構(gòu)時，要設(shè)防抗震功能，除了要考慮正常使用時的風荷載、豎向荷載加以，還要保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，確保小震不壞、大震不倒。

3、側(cè)移成為控指標。與多層和低層房屋不同，在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，其重要的一個因素是結(jié)構(gòu)側(cè)移。水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形程度，是正比于建筑高度的4次方，即 (△=qH4/8EI)。

4、要重視軸向變形。在高層建筑中，剪力墻體系是框架體系和框架經(jīng)常使用的，與框架邊柱的軸壓應(yīng)力相比，中柱的軸壓應(yīng)力要大很多，因此，與邊柱的軸向壓縮變形相比，中柱的軸向壓縮變形也是要大很多，并且，軸向變形的程度會隨著建筑高度的增加而增大，等同與連續(xù)梁中間支座沉陷造成的后果，即降低了連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值，增大了端支座負彎矩值和跨中正彎矩值。

5、減少高層項目自身的重力。在地基或樁基條件相同的情況下，以及在不改變原有基礎(chǔ)造價和處理措施下，根據(jù)樁基或地基的負荷能力，降低建筑自身的重力，增多層數(shù)，其經(jīng)濟效益，突出表現(xiàn)在軟弱土施工的工程項目中。隨建筑的重量越大，地震效應(yīng)越明顯，因此，要想提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，可采取降低建筑高度的措施。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計

1、首要環(huán)節(jié)——結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置。結(jié)構(gòu)體系是由構(gòu)件按一定的規(guī)律組成的，結(jié)構(gòu)型式是非常重要的，必須要精心設(shè)計，塑造空間體形、構(gòu)件形象，以及防止資源浪費的前提條件是科學的結(jié)構(gòu)型式，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中，建筑結(jié)構(gòu)選型占據(jù)著重要的位置，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容即是結(jié)構(gòu)型式的選擇，所以，要科學的、合理的選擇結(jié)構(gòu)選型，并結(jié)和各種影響因素，以達到施工條件標準和建筑的要求，以及符合地區(qū)的實際情況，確保建筑工程的適用性、安全性、美觀性、堅固性。

2、結(jié)構(gòu)計算簡圖的選取與結(jié)構(gòu)計算結(jié)果的驗證。科學的計算模式，反映了實際結(jié)構(gòu)的真實力學，對設(shè)計的經(jīng)濟性、計算結(jié)果的正確性，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和可靠性，都有著重要的影響。影響計算結(jié)果正確性的因素有計算程序、計算方法、計算假定、和計算簡圖。結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)計算，計算結(jié)果又為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了可靠的依據(jù)。因此，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須掌握并精通結(jié)構(gòu)計算，這也是需必備的一項基本專業(yè)技能。

3、運用結(jié)構(gòu)設(shè)計概念，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。要時刻牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉原則”，重視構(gòu)件延性性能以及薄弱部位的強化，還要重視鋼筋的錨固長度，尤其是直線段錨固長度，要對溫度應(yīng)力的影響充分考慮。還要注意按均勻、對稱、規(guī)整原則對平面及立面的布置盡心分析，對抗震多道防線綜合考慮，最大程度防止出現(xiàn)薄弱層。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，還需重視結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在從結(jié)構(gòu)選型、布置、分析計算、截面設(shè)計到細部處理的整個設(shè)計過程中，對各方面因素綜合考慮，選擇科學的分析、處理方法，最大程度保證結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的經(jīng)濟合理性。

4、群樁擠土效應(yīng)的處理。在軟土層較厚或是樁長比較長的工程中，或高度大約100米的高層建筑，在基礎(chǔ)樁基的使用過程中，會明顯的產(chǎn)生擠土效應(yīng)，其原因是樁數(shù)布置密度較高，以及柱 (墻)底力較大造成的。而市政管線、相鄰樁基、周邊建筑物、道路等，都會受到擠土效應(yīng)的影響。為避免出現(xiàn)這些破壞因素，提前采取處理措施是非常重要的。

例如:某工程樁基情況為:樁數(shù)約為800根，樁心距在3.5d－4d之間、樁長約為40m。我們可以粗略估算擠土量的大小如下:每根樁樁長按照15m、樁徑按照500mm計算，每根樁為FI*0.5’*15=11.775m’，800根為，420m’，地下室單層建筑面積約為6500擴，場地約提高9420/6500=1.45m。所以其影響是很大的，對這種樁數(shù)多、密度大、樁長較長的情況，我們在樁基施工前采取了一些消擠措施，并提出了相關(guān)要求:(1)采用消擠孔取土，取土深度控制在20m左右:(2)消擠孔位置布置:在樁基平面圖中指定消擠孔的位置，要求取土孔位置與工程樁位置吻合，且取土與壓樁一一對應(yīng)進行，隔根梅花型布置:(3)在建筑周邊布置兩排消擠孔帶，整排布置，間距800、孔徑400，前后兩排交錯布置，消擠孔帶退開建筑周邊工程樁lm以外;(4)消擠孔洞口邊需要采取適當?shù)木S護安全措施:(5)工程樁在施工時的順序;先主體后裙房，由建筑中心向周邊輻射狀進行。其中在第 (2)點要求的取土位置與工程樁的對應(yīng)是出于防止工程樁空孔位置不準而帶來的樁身傾斜，斷樁等不良后果，但是這種要求在具體施工時有一定的難度，考慮到工期等因素，可以在場地上間距一定距離鉆孔取土，不一定要與工程樁位置對齊，但在工程樁施工時，先在未取土位置壓樁，取土孔位置應(yīng)該在擠土填實后再進行壓樁。

結(jié)束語

高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計至關(guān)重要，因此，在高層建筑工程的后續(xù)發(fā)展中，要不斷提高管理人員素質(zhì)，加強管理制度，提高高層項目結(jié)構(gòu)選型設(shè)計水平。

[1]陳啟斌，《小議高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》，今日科苑，2012

[2]倪榮榮， 《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題探討》，才智，2011