探討高層建筑結構設計要點分析

徐躍

摘要：對于高層建筑來說，其結構無疑是極為關鍵的一個重要組成部分，并且直接關系到高層建筑的正常使用狀況，而對于高層建筑的結構合理性來看，設計又是具備著決定性意義的一個環(huán)節(jié)。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；要點

中圖分類號：TU973文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）09-113-02

前言

眾所周知，當前城市發(fā)展過程中，高層建筑已經成為了一個主流發(fā)展趨勢，尤其是隨著城市人口的不斷增加，高層建筑的數量也必然會越來越多，但是在高層建筑的興建過程中，安全問題卻必須要引起相關人員的高度重視，因為高層建筑自身的特殊性導致其一旦出現安全問題必然會造成極為嚴重的后果，而對于這種安全問題的保障來看，高層建筑的結構無疑是極為重要的一點，也是需要謹慎對待的一個關鍵部位，尤其是對于相應的設計環(huán)節(jié)來說，更是應該加強對于高層建筑結構的設計，力求其結構的設計能夠在較大程度上體現出穩(wěn)定性和牢固性，最終保障其高層建筑的正常使用。

1.高層建筑的工程特點

高層建筑指超過一定高度和層數的建筑。《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》規(guī)定10層及10層以上或房屋高度大于28米的住宅建筑以及房屋高度大于24米的其他高層民用建筑混凝土結構為高層建筑。高層建筑可節(jié)約城市用地，縮短公用設施和市政管網的開發(fā)周期，從而減少市政投資，加快城市建設。高層結構由于其高度所導致一系列與普通建筑結構不一樣的地方：自重大，對材料強度和豎向構件截面直接相關；由于其抗震要求，對結構的延性有更加嚴格的要求，需要通過控制軸壓比等措施來實現；對風荷載更加敏感，且頂端在風荷載作用下有較大位移，對舒適度需要進行校核。

2.高層建筑的結構設計體系

2.1框架-剪力墻體系

當決定應用框架組合剪力墻這一模式前，要明確框架結構和剪力墻結構分別在什么受力體系中承擔什么角色，它們各有什么獨特性和優(yōu)點。建筑物每層都有的樓板以及水平梁承擔了來自水平方向的力，此時，框架承受來自垂直方向的荷載，但是框架體系如果剛度和強度都不能達到受力要求，就必須依靠剪力墻來輔助，不過，它側重于承受來自水平方向的力。所以，框架組合剪力墻這一模式支持樓層的高度比單純框架體系要大。

2.2剪力墻體系

建筑體之所以建筑墻體，除了組成私密空間，作為遮擋（比如風吹雨打），它還有一個不可忽略的功能，那就是承重。每一層的樓板都需要墻體的支撐。而那些既具有以上功能的墻體如果還可以抵御發(fā)生地震的時候，從震源直接輸送來的荷載就是本段我們要研究的剪力墻。該體系完成了對建筑物本身的圍繞框架，也可以承載垂直方向和各自外力，它還具有比框架體系好的特性，因此，在設計中有著很廣泛的應用。

2.3簡體體系

簡體體系，顧名思義，它在建筑物內部的受力體系是成筒狀的。簡體結構包括多種類型。該體系的優(yōu)勢甚至比以上兩種體系表現得更加穩(wěn)定和堅固，它看起來也更接近于高層建筑的整體結構體系，且剛度也很大，所以，我們往往把它應用于規(guī)模相對龐大的建筑體。

3.高層建筑結構設計要點

3.1結構設計輔助軟件應用要點

在進行結構建模這一環(huán)節(jié)時，需對每一個參數的含義都有所了解，修改參數要有依據，不能隨意而行。要注意參數適用的范圍，同一個參數會有其自身的適用性，在磚混結構中適用的準確參數，但是未必能應用到框架結構中；在多層結構中適用的準確參數，在高層結構中卻無法應用，這種參數的適用性在軟件計算時要有所考慮，每一種計算的理論都有本身的假定條件，軟件的編制一般均符合這一種特定的技術。因此，有些時候設計輔助軟件也需手算來復核，不能完全依賴軟件計算的結果，尤其是帶轉換的構件。

3.2基礎設計要點

（1）確保荷載能夠可靠傳遞。要求建筑結構的基礎達到規(guī)定的強度與剛度標準，確保高層建筑的上部結構在基礎頂面上產生的豎向的、水平向的荷載以及力矩，能夠向基土或者樁頂進行可靠傳遞。

（2）做好變形協(xié)調以防發(fā)生不均勻沉降。要求結構基礎位于上部結構和地基土中間位置，要求其平面分布和剛度大小要能夠滿足符合變形協(xié)調要求，防止不均勻沉降發(fā)生，降低整體或者局部撓曲現象。在多層建筑和高層建筑里，如果條形基礎無法達到上部結構的地基承載能力以及變形標準，可以用筏型基礎進行取代。

（3）進行內力分析時，對于基礎結構、上部結構與地基土之間的共同作用要綜合考慮。針對構造、配筋等共同作用的結果則完全有必要進行認真考慮。如一處大面積整體筏型基礎上同時建有多層、高層建筑，則計算機簡體下筏板的厚度與配筋時，就要根據共同作用基礎變形情況以及基底反力來判斷得出。高層建筑帶裙房時，其主樓下筏板的撓度值要求在0.5%o以上，并且主樓和相鄰裙房柱之間的差異沉降要求在1‰以內，各裙房柱之間的差異沉降要求在2‰以內。

3.3平面和立面的選擇要點

（1）在結構設計的過程中，盡可能的把結構的剛度、幾何惡化結構中心設計在一個點上，如果不能達到這個要求，那么就會影響后期的施工，最主要的還是扭轉問題。扭轉問題是指由于水平荷載力的因素，結構發(fā)生振動扭轉效用，可能會對結構產生危害。

（2）在對平面和立面選擇的時候，平面應該避免復雜、盡可能的做到對稱、規(guī)則和簡單。相關的數據結果顯示出來，結構如果不對稱，則可能影響其穩(wěn)定性，在結構的凹凸拐角處，可能產生比較大的損害。

（3）對于完全對稱的高層建筑結構，同樣需要注意凸起部分的比例問題，比例一定要符合設計的要求，不能夠太大，也不能夠太小。在發(fā)生問題時，可允許采取一定的補救措施。而在豎向布置方面，剛度應當連續(xù)而且均勻，不能出現結構上的軟弱剛度突變的情況。

3.4剪力墻設計要點

（1）剪力墻布置。通過剪力墻平面布置要求符合均勻、對稱、分散在周邊的要求。其中分散要求指剪力墻的片數不能過少，且剪力墻的片數剛度不可過大，連續(xù)尺寸不可過長，增加抗側力構件的數量，達到分散的目的，要求各片剪力墻對應的彎曲剛度要合理，以防止其承擔過大的內力，運用時即使個別墻發(fā)生局部破壞現象，也不至于對整體抗側力性能產生影響，同時避免個別剪力墻受力過于集中而發(fā)生破壞的現象，給基礎處理工作帶來難度，并且同時也要考慮剪力墻距離遠近、樓面剛度大小。周邊要求指對建筑物的抵抗扭轉能力充分考慮，確保剛度中心能夠與平面中心相結合；剪力墻周邊對稱布置能夠有效提高抵抗扭轉能力。

（2）剪力墻數量。針對剪力墻數量應根據許可位移來確定，根據高層建筑規(guī)范里的普通裝修材料要求框架剪力墻結構頂點位移和高度比u/H控制在1/700以內，精裝修時u/H控制在1/850以內為宜，在此條件下對剪力墻數量進行增減。通過判斷剪力墻數量合理的辦法是采取結構自振周期校核的方法，根據地震作用情況來看，當剪力墻的結構剛度較小時，相對的地震作用也較小，容易滿足位移限制要求，然而該結構可能不符合工程設計標準要求，其結構自振周期可能不達標，通常的結構自振周期應滿足Tl=0.09-0.12）NS要求，其中NS代表樓層數。當剪力墻數量較多時，則框架剪力墻的結構剛度較大，發(fā)生地震時的周期較短地震力較大，耗材也較多。

4.結束語

隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對建筑質量的要求也會越來越高。為了能夠將人們的要求充分滿足，建筑結構必須進行科學合理的設計，這樣，不僅能夠有效解決目前市場上土地價格上漲給工程造價帶來的影響，有效降低了開發(fā)商的成本，而且還能夠在確保建筑整體質量達到規(guī)范標準的基礎上，使建筑的結構設計能夠滿足客戶的諸多需求。