高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)芻議

1 高層建筑結(jié)構(gòu)受力分析

建筑師設(shè)計(jì)師對(duì)于一個(gè)建筑物的最初方案而言，并不是對(duì)其具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的確定，而是要重點(diǎn)考慮其空間的組成特點(diǎn)。

建筑物的空間形式，即水平方向和豎向的穩(wěn)定對(duì)于一個(gè)建筑物的底面來(lái)說(shuō)是非常重要的。因?yàn)榻ㄖ锏慕M成是由一些無(wú)論是外形還是重量都較為大的構(gòu)件所組成，而建筑物的結(jié)構(gòu)載荷又豎直向下作用于地面上，所以其結(jié)構(gòu)本身要能將它本身的重量傳至地面，對(duì)于建筑物的設(shè)計(jì)而言，明確地基土的承載力與建筑物所選擇結(jié)構(gòu)體系的作用力之間的關(guān)系是一個(gè)最為重要的，最基本的要求。所以在建筑方案設(shè)計(jì)階段，要分布作出承重柱和承重墻的總體設(shè)想。

水平向與豎向結(jié)構(gòu)體系相對(duì)于高層、多層以及低層建筑物而言，其設(shè)計(jì)的基本原理一般具有相同性。但是隨著建筑物高度的不斷增加，對(duì)與設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高，而豎向結(jié)構(gòu)體系就成為了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素，因?yàn)椋紫雀邔咏ㄖ镉休^大的豎直載荷，而在這種情況下，就要求有較高的墻、柱或者井筒來(lái)支撐;其次，高層建筑物其側(cè)向力形成的剪切變形以及傾覆力矩比之于普通的建筑物要大很多。

側(cè)向載荷比之于豎向載荷，其對(duì)建筑物的效應(yīng)與建筑物的高度呈正比，即建筑物的高度增加，那么對(duì)建筑物的效應(yīng)也相應(yīng)的增大，它并不是呈現(xiàn)線性增加的。比如，所有條件都基本相同，在風(fēng)荷載作用下，建筑物高度的平方與建筑物基底的傾覆力矩成正向比例，而建筑物高度的四次方與其頂部的側(cè)向位移成正向比例，地震的作用效應(yīng)會(huì)更加明顯。另外，在高層建筑中，除去抗剪的問題之外，最為關(guān)鍵的是建筑物整體的抵抗變形和抗彎性，由此可見，高層建筑與低層建筑在其建筑結(jié)構(gòu)的受力性能上存在很大差異。

2 結(jié)構(gòu)選型分析

在建筑物設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)選型上，對(duì)于高層建筑物的結(jié)構(gòu)而言，工程設(shè)計(jì)師應(yīng)注意一下幾個(gè)方面。

2.1 結(jié)構(gòu)規(guī)則性

新舊規(guī)范在建筑物結(jié)構(gòu)規(guī)則方面的內(nèi)容出現(xiàn)了很大變動(dòng)，在這方面新規(guī)范增加了很多的限制條件。如:嵌固端上下層剛度比以及平面規(guī)則性信息等，這些都是新的限制條件。而且，新規(guī)范也明確表明了強(qiáng)制性的規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。”所以，針對(duì)這些新規(guī)范，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須嚴(yán)格遵循并加以注意，以免在后期的設(shè)計(jì)方面處于被動(dòng)狀態(tài)。

2.2 結(jié)構(gòu)超高

對(duì)于結(jié)構(gòu)高度而言，在高規(guī)與抗震規(guī)范中有了很嚴(yán)格的限制，特別是在新規(guī)范中，對(duì)于超高問題除了對(duì)于原來(lái)的高度增設(shè)為A級(jí)高度外，還增設(shè)了B級(jí)的高度建筑。所以，必須嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)的高度因素，如果確定了結(jié)構(gòu)為B級(jí)高度建筑物，甚至超過了B級(jí)的高度，其處理措施和設(shè)計(jì)方法就會(huì)有很大的變化。

對(duì)于結(jié)構(gòu)類型的變更，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中曾經(jīng)出現(xiàn)過對(duì)該問題忽略的情況，致使施工圖在審查階段就未予通過，在這種情況下，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或者進(jìn)行專家討論、評(píng)定。但是這些對(duì)于整個(gè)工程的規(guī)劃、造價(jià)和工期而言具有很大的負(fù)面影響。

2.3 嵌固端設(shè)置

嵌固端對(duì)于高層建筑而言，其一般設(shè)置于地下室的頂板處，因?yàn)楦邔咏ㄖǔＯ聲?huì)帶有人防和地下室，那么嵌固端也有可能被設(shè)置于人防的頂板位置。而對(duì)于這個(gè)問題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師往往會(huì)忽略嵌固端的很多問題，如:上下層剛度比的限制、樓板的設(shè)計(jì)、上下層抗震等級(jí)一致性以及嵌固端位置與結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置的協(xié)調(diào)問題等，如果對(duì)其中一個(gè)方面造成忽視，那么就有可能為后期工程作業(yè)埋下很大的安全隱患。

2.4 短肢剪力墻

對(duì)于墻肢截面高厚度為5-8的，在新規(guī)范中規(guī)定為短肢剪力墻。對(duì)于短肢剪力墻而言，在實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)資料中其在高層建筑中的應(yīng)用增添了很多限制性條件，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)該盡量避免對(duì)短肢剪力墻的采用，以免給后期工程的進(jìn)展帶來(lái)麻煩。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量?jī)?yōu)化措施

3.1 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

在計(jì)算中要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性在滿足技術(shù)條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行充分考慮。對(duì)于鋼筋配量以及大構(gòu)件的截面不能隨意增加或減少，以防造成肥柱、肥梁或者瘦柱、瘦梁的后果。有些設(shè)計(jì)人員因?yàn)橛?jì)算不清，所以就隨意增加鋼筋，并層層附加保險(xiǎn)造成了超筋梁柱的現(xiàn)象。對(duì)于這種情況要牢記“弱彎強(qiáng)剪、弱梁柱以及弱拉強(qiáng)壓”的原則，加強(qiáng)薄弱部位，注意構(gòu)件延性以及鋼筋的錨固長(zhǎng)度，對(duì)溫度應(yīng)力的影響多加關(guān)注，重視鋼筋的直線段錨固長(zhǎng)度等等。另外，對(duì)于平面和立面的布置應(yīng)該按照均勻?qū)ΨQ規(guī)整的原則來(lái)設(shè)計(jì)，對(duì)于地震的多道防線進(jìn)行綜合考慮，以防止薄弱層面的出現(xiàn)。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念，應(yīng)正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算。總體來(lái)說(shuō)，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，從其結(jié)構(gòu)的選型、布置、以及分析計(jì)算上來(lái)看，每一步都要求進(jìn)行詳細(xì)的處理，綜合考慮各方面的因素，力求達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

在建筑方案得到確定之后，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量采取最合理、最科學(xué)、最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于各種受力部件的布置要力求達(dá)到其能承受的荷載范圍。豎向承重構(gòu)件在將荷載傳到地面的同時(shí)，還要承受地震以及風(fēng)的水平載荷。因此，在布置豎向承重構(gòu)件時(shí)應(yīng)將其放于有利于承受載荷的位置。除此之外，樓板的剛度也要考慮到，考慮其是否滿足整體工程的要求等，并限制剪力墻的間距。而對(duì)于水平承重構(gòu)件的布置而言，要力求達(dá)到簡(jiǎn)潔的傳力路徑，將樓面上的荷載以最快的方式傳遞到主梁上，再由剪力墻、柱等傳給地面、地基。另外，地基土具有不確定性，并沒有合理的模型對(duì)其精確性的具體描述，所以要根據(jù)實(shí)際總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)有的理論知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)，并能夠預(yù)見和分析可能出現(xiàn)的各種問題，從而制定出較為完美的處理方案。

3.2 與相關(guān)專業(yè)人員做好溝通工作

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作具有一定的復(fù)雜性，需要其他相關(guān)專業(yè)的配合與溝通，不能自己獨(dú)立獨(dú)行。由此可見，做好高層建筑設(shè)計(jì)工作不僅要具備扎實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)，還要對(duì)于此相關(guān)的一些專業(yè)有所了解。如果在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)了其他相關(guān)專業(yè)的問題，那么結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要能夠?qū)ζ渥鞒鱿嚓P(guān)回應(yīng)，然后組織專業(yè)協(xié)調(diào)會(huì)，力爭(zhēng)達(dá)成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，然后確定其設(shè)計(jì)的原則，以防止設(shè)計(jì)圖出來(lái)之后因各個(gè)專業(yè)不協(xié)調(diào)而出現(xiàn)變更和返工的情況。

3.3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的正確運(yùn)用

隨著科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)化的范圍越來(lái)越廣，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)也被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)工程師對(duì)結(jié)構(gòu)分析的順利進(jìn)行，能夠正確使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)對(duì)我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平有很重要的影響。但是，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑物的規(guī)模日趨增大，而其結(jié)構(gòu)形式也日漸復(fù)雜，對(duì)其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度也大大增加，這就要求設(shè)計(jì)人員了解所使用軟件的特點(diǎn)和適用范圍，熟悉和掌握各項(xiàng)參數(shù)的選取條件，真正做到計(jì)算機(jī)為人服務(wù)，為工程設(shè)計(jì)服務(wù)。

[1]王永，胡凌燕.淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中華民居(下旬刊)，2013-02.

[2]劉昊.淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].電子制作，2013-12-02.

[3]李博，郝戰(zhàn)軍.高層建筑結(jié)構(gòu)選型的要點(diǎn)[J].門窗，2013-04-20.