高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題及對策

羅廣堅

[摘要]本文列舉了一些高層建筑結(jié)構(gòu)的特點，從中分析高層結(jié)構(gòu)設(shè)計與普通結(jié)構(gòu)設(shè)計的異同，討論了高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選型問題，列舉了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計常遇的問題及對策。

[關(guān)鍵詞]高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題；探討

文章編號：2095-4085（2016）04-0051-02

高層建筑作為一個既復(fù)雜又龐大的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計已引起越來越多的重視。在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，既要滿足抗震、抗風(fēng)等方面的安全要求，又應(yīng)注重高層結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理性。

1.高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

1.1豎向荷載與水平荷載

由于高層建筑特性的約束，使其與普通建筑有著一定程度的異同，在荷載方面，所有建筑都需承受豎向荷載和水平荷載，與普通建筑不同的是，隨著高度的增加，外界的風(fēng)荷載及水平地震作用所產(chǎn)生的水平荷載對高層建筑的影響就越大。以風(fēng)荷載為例，高層建筑所承受的風(fēng)壓也是多層建筑所不能比擬的，隨著建筑高度的不斷增加，其所承受風(fēng)壓越大，過大的側(cè)移不僅損壞建筑的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，還會對使用者的舒適性產(chǎn)生一定影響。此外，高層建筑在承受水平作用時，若建筑剛度偏小，側(cè)移過大，還需考慮由重力引起的二階效應(yīng)，因此，在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，控制好建筑的側(cè)移，做好結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力設(shè)計至關(guān)重要。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的選型

高層建筑結(jié)構(gòu)的方案多種多樣，如剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等。對于高度較低的高層結(jié)構(gòu)甚至可以選用框架結(jié)構(gòu)，因此合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案對工程來說十分重要。例如基礎(chǔ)的選型，建筑基礎(chǔ)是建筑結(jié)構(gòu)最重要的組成部分之一，基礎(chǔ)的安全可靠關(guān)系到建筑物的安全。對于高層建筑而言，墻柱底內(nèi)力較大，在基礎(chǔ)的設(shè)計上，其要求整體性更好，可以承受建筑的質(zhì)量以及適量的變形，因此在基礎(chǔ)的選型上，既要滿足建筑物的安全性又要兼顧建筑物的成本控制。因此，在高層建筑設(shè)計中，需充分考慮工程的周邊地理環(huán)境、施工的技術(shù)條件等因素，綜合考慮各專業(yè)的互相協(xié)調(diào)，且選擇多個方案進行比選，以此選擇出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案和基礎(chǔ)方案。

1.3對結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果進行準(zhǔn)確分析

計算機在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中也得到了廣泛應(yīng)用，運用計算機進行建模以及計算已經(jīng)成為常態(tài)，但問題也隨之出現(xiàn)，設(shè)計軟件種類不同，其產(chǎn)生的結(jié)果也有不同程度的差異，這就要求設(shè)計人員對計算結(jié)果準(zhǔn)確度的判定提出更高的要求。機算前期參數(shù)的準(zhǔn)確度會直接影響到計算結(jié)果，部分參數(shù)即使在同一系統(tǒng)中也不一定全都適用，準(zhǔn)確把握參數(shù)的設(shè)定，是對設(shè)計人員的基礎(chǔ)要求之一。此外，建筑結(jié)構(gòu)同時也受到各種不同實際情況的約束，與機算結(jié)果不能完全吻合，因此在機算設(shè)計的同時，也需設(shè)計人員結(jié)合計算結(jié)果和實際情況，對結(jié)構(gòu)設(shè)計進行相應(yīng)處理，以求達到既安全又經(jīng)濟的目的。

1.4高層建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施

“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉”原則是保證結(jié)構(gòu)安全的重要原則之一。在實際設(shè)計中，機算只能起到一個整體的設(shè)計功能，難以保證面面俱到，因此需要設(shè)計人員對部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進行一定構(gòu)造措施的考慮。在設(shè)計過程中，要充分考慮上述原則，對薄弱位置進行處理，在滿足安全要求的前提下，不能隨意增加配筋或加大截面，導(dǎo)致經(jīng)濟上的浪費，在提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性上，必須計算好鋼筋的錨固長度，且考慮好溫度變化對鋼筋應(yīng)力的影響。在前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，需要對結(jié)構(gòu)進行驗證，保證設(shè)計的抗震性。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)的問題及探討

2.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題

在新版高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范中，對高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性作出了很多限制，譬如：結(jié)構(gòu)剛度比、位移比、側(cè)向剛度比等。除此之外，規(guī)范還要求高層建筑不得采用嚴(yán)重不規(guī)則方案。在控制建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性需要從多方面人手，除了上述建筑方案的重視，還需合理的結(jié)構(gòu)布置，對薄弱部位進行加強處理等，以達到豎向、平面、扭轉(zhuǎn)的規(guī)則。

2.2高層建筑的嵌固端問題

高層建筑多配有兩層及兩層以上的地下室，高層建筑一般將嵌固端設(shè)置于地下室頂板，但這需要設(shè)計人員對嵌固端的判定，綜合考慮嵌固端上下層的剛度比，且要保證嵌固端上層及下層相關(guān)范圍的抗震等級一致，同時還需考慮嵌固端的樓板設(shè)計，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結(jié)構(gòu)抗震縫的設(shè)置和協(xié)調(diào)。

2.3剪力墻的設(shè)計問題

在有關(guān)剪力墻的設(shè)計中，要充分考慮剪力墻對結(jié)構(gòu)體系的影響，剪力墻作為承受水平及豎向作用的構(gòu)件，需保證其有良好的剛度；在結(jié)構(gòu)布置上，剪力墻的間距不應(yīng)過大，也不應(yīng)過密，因為剪力墻的布置過大，會導(dǎo)致建筑的剛度較低，側(cè)移較大，無法保證其豎向承載力及抗側(cè)力要求，若剪力墻布置過密，會導(dǎo)致建筑物剛度較大，地震發(fā)生吸收地震力也隨之增加，需增加配筋等措施，不利于工程的經(jīng)濟性。剪力墻宜雙向布置，如此才能適應(yīng)不同方向的地震作用，因此應(yīng)合理布置剪力墻，以滿足使用和剛度的要求，保證既安全又經(jīng)濟。

2.4連梁的設(shè)計問題

隨著剪力墻的廣泛使用，連梁設(shè)計的問題也隨之增加，連梁一般具有跨度小、截面大，且與連梁相連的墻體剛度又很大等特點。在地震作用時，連梁承受的剪力相當(dāng)大，容易出現(xiàn)超筋破壞，處理連梁超筋的措施有多種，如減小連梁截面高度或減小連梁剛度、對連梁進行調(diào)幅處理、對獨立墻肢進行二次多遇地震作用下的內(nèi)力分析等。在實際設(shè)計過程中，除了滿足計算外，也需重視連梁的構(gòu)造措施，適當(dāng)加強連梁及相關(guān)墻肢的配筋，能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)的安全性起到重要作用。

3.結(jié)語

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項設(shè)計難度大、技術(shù)要求高、設(shè)計工作繁瑣的工作。從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計人員應(yīng)綜合考慮實際施工和相關(guān)技術(shù)要求，不斷提高專業(yè)素質(zhì)，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)合理性，提高對結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量安全問題的辨識能力，多分析不同案例，從不同工程中吸收經(jīng)驗，從而判別出問題所在及選用最優(yōu)的處理方案。