淺析高層多塔復(fù)雜體型建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

李英

博亞（福建）建筑設(shè)計有限公司（362000）

淺析高層多塔復(fù)雜體型建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

李英

博亞（福建）建筑設(shè)計有限公司（362000）

高層建筑樓層比較高，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，因此對高層建筑設(shè)計要求越來越高。這里主要分析了高層多塔復(fù)雜體型建筑的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)選型以及抗震設(shè)計計算等問題，希望能提高高層建筑設(shè)計水平。

高層建筑；多塔復(fù)雜體型建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；概念設(shè)計

0 引言

高層多塔復(fù)雜體型建筑結(jié)構(gòu)受力比較復(fù)雜，如果建筑設(shè)計不合理，不僅影響到建筑施工質(zhì)量和施工成本，而且影響到建筑結(jié)構(gòu)的安全。因此在設(shè)計過程中，必須對結(jié)構(gòu)進行合理的布置，明確各個方面的傳力途徑，運用計算機軟件計算出各個方向的荷載力、豎向承重力以及抗震性能等參數(shù)，從而提高高層建筑設(shè)計質(zhì)量，確保建筑的安全性和穩(wěn)定性。

1 結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計

1.1 結(jié)構(gòu)平面布置的概念設(shè)計

概念設(shè)計是目前一種比較先進的設(shè)計理念。與傳統(tǒng)建筑設(shè)計相比，概念設(shè)計不需要精準(zhǔn)的計算或者參考建筑設(shè)計規(guī)范相關(guān)的目錄，而是設(shè)計者根據(jù)實踐經(jīng)驗，按照建筑結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機理，從建筑結(jié)構(gòu)整體進行把握設(shè)計。結(jié)構(gòu)平面布置概念設(shè)計指的是結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)、構(gòu)件與結(jié)構(gòu)等之間的關(guān)系，從而滿足建筑結(jié)構(gòu)使用功能要求。在設(shè)計的時候，根據(jù)經(jīng)濟性、美學(xué)性、技術(shù)性等原則，選擇最優(yōu)結(jié)構(gòu)體系，從而使得建筑材料和結(jié)構(gòu)達到統(tǒng)一。

1.2 豎向承重及抗側(cè)力構(gòu)件的概念設(shè)計

高層建筑結(jié)構(gòu)包括承重墻體、梁柱、框架以及支撐結(jié)構(gòu)等，墻體既是建筑結(jié)構(gòu)的豎向承重結(jié)構(gòu)，也是抗側(cè)力構(gòu)件，需要滿足建筑平面分離和圍擴的要求。框架主要由梁柱連接組成骨架，承受建筑豎向荷載和水平荷載。支撐結(jié)構(gòu)主要是支撐建筑結(jié)構(gòu)，承擔(dān)建筑水平荷載。

高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、樓層比較高，所以隨著樓層的高度增加，高層建筑的水平位移越大。因此，為了防止水平位移過大，必須對建筑水平位移值作出限制，在確保居住舒適的同時，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全。豎向承重結(jié)構(gòu)在概念設(shè)計的時候，要考慮到這些因素。

2 結(jié)構(gòu)選型

2.1 結(jié)構(gòu)體系的選擇

高層建筑結(jié)構(gòu)選型十分重要，直接影響到建筑施工進度和施工質(zhì)量。因此，科學(xué)、合理的選型不僅要對建筑結(jié)構(gòu)進行分析，而且還要對功能布局進行分析。建筑結(jié)構(gòu)選型是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，要從建筑結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)、建筑材料、建筑經(jīng)濟性等各個因素進行考慮，并遵循以下幾個原則:第一，滿足建筑結(jié)構(gòu)使用功能。有一些公共建筑具有視聽要求，所以建筑結(jié)構(gòu)為了保證視聽效果，在體育館內(nèi)大廳不能設(shè)置立柱，以免影響觀眾觀看效果。第二，滿足建筑的造型需求。高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在設(shè)計的時候要按照實際需求設(shè)置防震縫，并形成一些有規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。第三，在選型的時候，要考慮到每一種類型的特點和不足，并結(jié)合建筑工程的實際情況選擇結(jié)構(gòu)。第四，還要考慮到建筑材料和施工技術(shù)條件。建筑結(jié)構(gòu)的材料性能不同，結(jié)構(gòu)形式也不同。砌體建筑材料一般比較簡單，可以就地取材，施工方便，一般用于低層或者多層建筑。第五，降低建筑工程造價。建筑工程造價直接影響到投資方的投資收益，因此在設(shè)計過程中，在確保建筑工程質(zhì)量的同時，盡可能降低工程造價，選擇工程造價低的結(jié)構(gòu)形式。

2.2 結(jié)構(gòu)的超高

按照我國高層建筑的相關(guān)規(guī)定，樓層超過10層或者10層以上，建筑高度大于28 m的建筑屬于高層建筑。然而近年來，隨著建筑施工技術(shù)的進步，超過28 m高的建筑越來越多。建筑層數(shù)越多，則建筑結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。我國民用建筑設(shè)計規(guī)范對建筑結(jié)構(gòu)總高度有嚴格的限制條件，尤其是2009年出來的建筑新規(guī)范，對建筑結(jié)構(gòu)超高問題有了新的要求:將原來的限制高度設(shè)置在A級高度的建筑外，還增加了B級高度的建筑。所以在設(shè)計的時候，一定要嚴格限制超高問題，一旦建筑超過B級高度，就要重新計算結(jié)構(gòu)受力情況,從而確保建筑工程的安全性。

3 抗震設(shè)計計算

3.1 高層剪力墻中連梁的設(shè)計

剪力墻又稱抗震墻和抗風(fēng)墻，主要承受建筑結(jié)構(gòu)地震作用和水平風(fēng)荷載等作用，防止結(jié)構(gòu)剪切力的破壞。剪力墻由墻肢和連梁組成，連梁是連接墻肢和墻肢、框架柱和墻肢的梁。連梁的跨度小、截面大。連梁主要有兩種形式，一種是剪力墻平面內(nèi)連接墻肢，另外一種是剪力墻內(nèi)連接框架柱和墻肢。連梁將墻肢與框架柱連接起來，用于傳遞作用力，從而將兩個相離的構(gòu)件連接起來，因此，連梁必須具備一定的剛度，才能滿足傳力的要求。高層建筑在水平作用下，連梁的作用力比較大。如果連梁兩端的墻肢不均勻壓縮，很容易造成連梁兩端豎向位移。所以在設(shè)計的時候，要降低連梁的內(nèi)力。

墻肢和連梁在水平荷載以及豎向荷載作用下，連梁不能產(chǎn)生塑性鉸。按照建筑抗震要求，建筑在低于建筑設(shè)防烈度的情況，不會損壞或者不需要修復(fù)依然能夠使用。如果高于防震烈度或者遇到震級比較高的地震，不會發(fā)生倒塌。因此剪力墻在設(shè)計的時候，要堅持強剪弱彎的原則。要滿足強剪弱彎原則，必須從以下幾個方面進行考慮:第一，按照《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》中的相關(guān)要求，在內(nèi)力與位移計算的時候，所有構(gòu)件采用彈性剛度，在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁的彎度可以折剪，折減系數(shù)小于0.55。在設(shè)計的時候，按照0.55~1這個范圍進行設(shè)計。第二，降低連梁跨度的高度。連接設(shè)計中，折減連梁的彎度以后，連梁截面依然承受彎承載力，導(dǎo)致截面承載力不夠，因此可以增加洞口寬度，適當(dāng)減少連梁的剛度，從而減少了整個框架的剛度，降低地震對剪力墻的影響。第三，增加剪力墻的厚度，也就是增加連梁的橫截寬度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體剛度增加，增加地震內(nèi)力。同時，連梁承載力與寬度成正比，地震產(chǎn)生的內(nèi)力不按照剪力墻厚度增加的比例分配，而是小于這個比例，這樣連梁的受剪力、承載力不超限。

3.2 地基與基礎(chǔ)設(shè)計

地基基礎(chǔ)是建筑的根本立足點，直接影響上層建筑的承載力和整體建筑結(jié)構(gòu)安全。地基基礎(chǔ)埋于土地中，地質(zhì)情況比較復(fù)雜，受到地下水的影響，增加了地基基礎(chǔ)設(shè)計的難度。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，地基基礎(chǔ)工程造價占整個土建工程造價的5%~6%。某高層建筑一共30層，地下2層，地上建筑28層，地面1~3層為商場，4~18層為住宅樓，整個建筑是一個多塔建筑結(jié)構(gòu)，其地質(zhì)見表1。

表1 建筑結(jié)構(gòu)物地質(zhì)條件

與普通建筑設(shè)計相比，影響高層多塔復(fù)雜體型建筑的地基基礎(chǔ)因素比較多，所以在設(shè)計的時候，考慮的因素也比較多。要充分考慮到地基的牢固性、建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗震性、地基豎向荷載、地基土層的抗壓能力和地基壓力變形等因素。

4 小結(jié)

近年來，我國高層建筑快速發(fā)展，但是高層建筑的設(shè)計還存在不少問題，尤其是復(fù)雜的高層建筑。結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)確性方面還存在不少問題，需要結(jié)合具體工程進行分析，從而提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性和合理性。

[1]孫寇柱.淺析高層多塔復(fù)雜體型建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015(20):414.