簡單論述高層建筑結構體系的技術經濟分析

趙琦

摘 要：本文是作者近幾年的工作經驗總結的簡要論述了現代各種高層建筑結構設計的特點和原則，并簡要的闡述了高層建筑結構分析與設計方法，最后對抗震分析與設計在高層建筑的應用進行了探討。從而進一步加強相關結構設計分析。

關鍵詞：高層建筑；結構；設計；探討

1 引言

高層建筑結構設計是個系統(tǒng)，全面的工作，需要扎實的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責的工作態(tài)度。所以說，在高層建筑結構設計的每項活動中都要注重每一個細節(jié)，不斷優(yōu)化每一個設計環(huán)節(jié)。讓城市中的高層建筑都能達到安全、合理、經濟、耐久的設計要求。

2 提高建筑物安全性結構設計措施

建筑結構設計作為保障建筑安全的重要一部分，需要從根本上加以重視。對于建筑結構設計中存在的意識不足、設計不合理、質量難以保障、監(jiān)督力度不足等問題，需要從設計者、施工方、監(jiān)管部門等方面入手，找出切合實際的解決辦法，才能提高建筑結構設計的質量，發(fā)揮建筑結構設計在提高建筑安全性方面的重要作用，切實保障建筑的安全性，保障國家財產不受損失、人民生命財產安全不受威脅。在進行高層建筑結構設計時應根據建筑物的實際情況。其中鋼筋混凝土結構的位移限值要求嚴格，以及所處的地理位置進行設計，穩(wěn)定性以及正常使用功能等。其在風力和地震作用下往往能夠產生較大的層間位移，滿足其具有足夠的剛度又要避免結構，超過結構的位移限值風荷載作用下的限值比地震作用下的要求嚴格，在水平荷載的作用下產生過大的位移而影響結構的承載力。控制地震扭轉效應，當建筑結構的平面布置等不規(guī)則建筑結構剛度中心不重合，當周期比不滿足要求時可采用加大抗側力構件截面，并應將抗側力構件盡可能的均勻布置在建筑四周，增加抗側力構件數量的方法，在地震發(fā)生時建筑結構會導致結構整體倒塌，因此在結構設計中應充分重視扭轉的影響。

3 簡單論述高層建筑結構體系的技術經濟分析

僅以框架結構房屋的結構體系為說明。多層與高層房屋之間沒有明確的界限，我國通常將8層級8以下的房屋稱為多層房屋，8層以上的房屋為高層房屋。鋼筋混凝土框架結構，是指由鋼筋混凝土橫梁、縱梁和柱等構件所組成的結構。按施工方法不同，框架可分為整體式、裝配式和裝配式整體式三種。整體式框架也稱全現澆框架，其優(yōu)點是整體性好，建筑布置靈活，有利于抗震，但工程量大，模板耗費多，工期長。裝配式框架的構建全部為預制，在施工現場進行吊裝和連接。其優(yōu)點是節(jié)約模板，縮短工期，有利于施工機械化。裝配整體式框架是將預制梁、柱和板現場安裝就位后，在構件連接處澆搗混凝土，使之形成整理。其優(yōu)點是，省去了預埋件，減少了用鋼量，整體性比裝配提高，但節(jié)點施工復雜。

高層房屋的結構體系按照框架布置方向的不同，框架體系可分為橫向布置，縱向布置及縱橫雙向布置等三種。框架體系在框架橫向布置的房屋中，框架不但承受豎向荷載，還承受平行于房屋橫向的水平風荷載。在房屋的縱向，一般可設置連系梁與框架相連.這樣，這些連系梁與柱實際上也形成了幾榀縱向框架，承受平行于房屋縱向的水平（風）荷載，但由于房屋端部橫墻的受風面積小、縱向的框架跨數又多，所以縱向水平（風）荷載所產生的框架內力不大而常被忽略不計。有時，也可利用柱網縱向軸線上的卡口板替代連系梁。如框架橫向布置，樓板為預制時；若樓板為現澆，則一般應布置次梁。在縱向尺寸較橫向尺寸大得多時，采用框架橫向布置較為經濟合理。

在框架縱向布置的房屋中，框架不但承受豎向荷載，而且還承受平行于房屋縱向的水平（風）荷載。為了承受平行于房屋橫向的水平（風）荷載，在房屋的橫向應設置連系梁，與立柱也形成橫向的框架。這時樓板的布置方向與框架橫向布置的方向相垂直。這種布置方式，從技術經濟的角度看不太合理，應用較少。在框架縱橫雙向布置的房屋中，兩個方向的框架都同時承受豎向荷載和水平荷載。這時，樓面常采用現澆雙向板樓面或井字梁樓面。當柱網平面為正方形或接近于正方形、或當樓面上的活荷載較大時，框架采用這種布置方式較為經濟合理。

4 高層建筑結構設計的特點

（1）軸向變形不容忽視：高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對連續(xù)梁彎矩產生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大；還會對預測構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整；另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結果。

（2）結構延性是重要設計指標：相對于低樓房而言，高層建筑的結構更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

（3）水平荷載成為決定因素：一方面，因為高層建筑樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩以及由此在豎構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度變化。

5 高層建筑結構的相關問題分析

（1）基層開挖的問題：基坑開挖時，基坑旁土一般不會出現反彈，這是受摩擦角控制，坑中心基土容易發(fā)生反彈，可以使用人工做好基土的清理，約束力大時可以不計回彈。基底的附加應力如果對稱，就好做好計算，約束力如果小時，就要對基地壓力金進行計算，箱基沉降時也要做好計算。

（2）短肢剪力墻的設置問題：在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5～8 的墻定義為短肢剪力墻，且根據實驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。

（3）嵌固端的設置問題：由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

（4）結構的規(guī)則性問題：新舊規(guī)范在這方面的內容出現了較大的變動，新規(guī)范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案。”因此，結構工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。

6 結語

高層建筑提高了對土地資源的利用率，提高了人們的生活水平。而高層建筑結構在設計的過程中會出現各種各樣的問題，其會嚴重影響到高層建筑的實用性。因此，必須提高高層建筑結構設計水平、提高設計人員的工程水平、提高設計人員的職業(yè)素養(yǎng)，以提高高層建筑物的質量。

參考文獻：

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[3] GB 50011-2010.建筑抗震設計規(guī)范[S].