高層建筑結構設計問題研究

戴雪

（中廣電廣播電影電視設計研究院 北京 100045）

0 前言

高層建筑需要在其建設工作正式開始之前需要考慮的情況，結合具體要求，將已有的各式設計方案進行建筑結構方案的改變，保證建筑物強度的同時還需要保證高層建筑物的使用功能和經濟性具有更高的性價比，使高層建筑體系發展的更加完善，提高人們對于高層建筑的滿意度，使高層建筑能夠在未來的時間內獲取更加廣闊的發展空間。

1 高層建筑結構體系設計的基本要求

1.1 結構體系需要具有更加合理的地震作用途徑

在進行對樓屋的豎向結構和蓋梁進行設計時，需要令其具有的荷載垂直重力持續在最短路徑傳遞，保證力量傳遞至墻與豎向柱結構的過程中，需要盡可能的房主豎向構件之間發生的處置重力承擔的荷載重量超過一到二次的轉換再次傳遞到建筑的下部結構體系內部的豎向構件中。在此過程中，需要由支撐部分、簡體部分、剪力墻部分、框架部分等有機構件組成的更有效的抗側力結構方面需要保證體系明確，保證傳力更加直接，盡可能的保證貫通能夠連續，一旦發生順延豎向結構的變化，就需要保證變化狀態均勻且緩慢。

1.2 結構體系需要具備一定的承載能力和對應的變形能力

因為有鋼筋混凝土構成的塑性內力具有更好的重分布能力，需要在一定程度內積極消耗并主動吸收地震產生的能量。針對框架中產生的地震抗破壞機制則需進一步保證其節點不會被主動破壞，將各個處于同一水平中的柱體兩端歷程需做出有效延長，達到其最長值，其中，建筑的梁比柱的表現出的屈服現象還要進行多發生和早發生的過程，保證底層駐底能夠滿足標準，塑性方面則需要晚一些形成。在建筑的剪力墻體內，需要保證各個墻段之間的變形能力足夠強，用于保證剪力墻能夠發揮出更加優秀的抗震作用[1]。

1.3 結構體系需具有合理的剛度

對于高層建筑而言，其主體具有的抗側力就夠需要保持較高的剛度，能夠滿足相關的建筑施工規范，并且還要保證建筑整體具有的平穩性以及對應的強度延性需求，但是，因為高層建筑主體中具有的主體抗側力體系大多不會有過高水平的剛度，用于防止空間過大、占地面積過大，對建筑作用造成影響。

2 加強高層建筑結構設計的有效措施

2.1 工程概況

以某座高塔建筑為例：1號塔一共有17層，其塔頂的總高度設計為80.5m，使用傳統的框筒結構；2號塔共計6層，塔頂的總高度設計為39.2m。使用的使傳統的框剪結構；建筑群的地上裙房共有3層，建筑內的地下室設計為1層，從屬于1號塔使用的鋼筋混凝土筑成的建筑高度。

此項項目工程自身的抗震設防類層級標準為丙類，其主要建筑場地自身的基本烈度表現為Ⅶ度左右，建筑中發生的地震加速度大約為0.1g左右，設計地震組劃分成兩組，建筑場地類別分為三類，根據相關建筑標準將1號塔和2號塔的抗震等級設定為二級。針對此工程，本文認為加強其結構設計的有效措施包括以下幾種：

2.2 選擇有利的抗震場地

選擇對建筑物抗震屬性更加有力的地段進行施工，需要有效的避免在不利建筑防震的地段開展建設工作[2]。在無法避開的情況下，需要采用更加合適的抗震加強手段來完善建筑抗震功能，根據現場的情況來判定地基液化等級和建筑抗震設防類別，將二者分別采取上部結構剛性以及整體性同時加強建筑地基的措施來開展全部消除或者部分消除當前地基液化沉陷現象的對應措施；處于施工場地內部的實際地基受力范圍內時，往往存有比較嚴重的不均勻土層、場地新近填土以及軟弱黏性土層時，需要使用加強上部結構、加強基礎、加強地基鞏固和地樁的方式；針對部分地震時可能造成地裂或者滑移現象的建筑場地，需要使用對應的穩定地基的舉措。

2.3 優化平面和立面布置

（1）建筑結構相對簡單性。由于建筑結構比較簡單，在一般情況下均指地震作用下將會具有更加清晰或直接的作用傳力途徑。用來保證傳力途徑方面的簡單情況，只有這樣才會對結構自身的計算模型、建筑位移分析與作用內力[3]。進一步對建筑結構中的薄弱部位做出有效把握，所以最終的結構性抗震性能估算也會比較可靠。

（2）建筑結構的抗震水平和剛度。在一般情況下，水平地震產生的作用力是雙向的，在建筑結構的正式布置階段需要保證結構能夠有效的抵抗任一方向上產生的地震作用?；谏鲜霈F象，通常使用的是建筑結構沿著平面向上兩個主軸的方向最初足夠有力的抗震能力和剛度。

（3）建筑結構整體性。處于高層建筑的整體結構中塔頂樓蓋會對結構自身的整體性起到一定的作用，對于樓蓋而言，在建筑中的作用大致和水平隔板等同，在傳遞并且聚集建筑慣性力傳遞向各個豎向結構，在此基礎上對建筑體系內的子結構做出對應的要求，最后還能夠承受地震作用，尤其是在豎向抗側力方面的結構布置不夠均勻時，或者是需要使用形式更加復雜的水平抗側力子結構需要保證樓蓋和抗側力子結構可以協同作業[4]。

2.4 確保結構的延性抗震能力

在科學合理的選擇建筑結構之后，還需要通過一定程度的抗震措施為建筑結構具有的實際延性抗震能力做出保障，進而為建筑結構中的大震、中震下實現抗震目標，系統防震抗震能力保證下述幾方面內容：①建筑強柱弱梁。人為造成的增大柱會對量體產生較大的抗彎壓力，使得鋼筋混凝土構成的建筑框架處于大地震之下，梁端塑性出現較早。到達最高非線性位移時面對的塑性轉動較低，完全不會發生該有的塑性鉸。通過這樣的方式來保證建筑框架能夠具有更加平穩的塑性能耗能力和塑性耗能機構；②強剪弱彎。在處于剪切破壞的情況下基本不會產生延性，對柱端造成的剪切破壞依舊有可能造成結構的整體倒塌或者局部破壞。所以能夠通過人為的方式保護結構性能不會發生剪切破壞的情況。

2.5 合理的高層建筑結構體系參數設計以及計算分析

針對形式比較復雜的建筑結構形式，需要考慮到多種地震情況下產生的變形和內力作用時，需要使用兩個以上的不同類型的力學模型，就目前而言，主要使用的計算方式有以下兩種：①主拉應力理論；②對應的剪摩理論，二者能夠有效作用于砌塊結構，在使用計算機進行計算之后，能夠得出更加科學合理的計算結構，有效的提升后續的工程設計工作。對于結構設計工作而言，能夠有效的控制有效質量系數等相關的數據值。對于地下室的水平位移而言，能夠保證轉換層處于剛度方面的需求區間之內，將有層剛度作為計算依據，充分考慮到建筑的振型數，因為高層建筑的結構性計算難以一次完成，所以需要根據實際取得的計算結果做出多次計算，保證建筑物安全性能夠達到最高標準。

3 結論

綜上所述，在通常情況下，面對高層建筑結構設計時，建筑企業的設計人員需要對各項控制指標和建筑原則做出綜合性質的考量，用以保證建筑物的可靠性。這樣才能夠更加有效的保證后續的高層建筑建設能夠更加經濟合理、使用舒適和安全性。