建筑高層結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題分析與研究

1、<p>　　建筑高層結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題分析與研究</p><p>　　[摘 要]隨著高層建筑在我國的迅速發(fā)展，建筑高度的不斷增加，建筑類型與功能的愈來愈復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系的更加多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)和問題越來越多。本文就高層建筑設(shè)計的相關(guān)問題進(jìn)行分析。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計建議 </p><p>　　中圖分類號：T2 文獻(xiàn)

2、標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）07-0163-01 </p><p>　　隨著社會的不斷進(jìn)步和科技的不斷發(fā)展，高層建筑越來越廣泛的出現(xiàn)在城市建設(shè)中。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)成為了高層建筑設(shè)計的重點內(nèi)容，因此，研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題是非常重要和有意義的。在對高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理論為基礎(chǔ)，對影響高層建筑結(jié)構(gòu)的主要因素進(jìn)行深入的分析研究，做到精心設(shè)計，確保質(zhì)量、安全。

3、 </p><p>　　1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點 </p><p>　　相對多層建筑而言，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所占的地位要重要得多，這是由于高層結(jié)構(gòu)形式的選擇將直接關(guān)系到建筑物的平面、立面、層高、設(shè)備安裝、施工技術(shù)以及工程造價等多方面因素。不當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式不僅會影響使用功能和造價，嚴(yán)重的還會影響其抗震性能，危害建筑物安全。其特點主要有： </p><p>　　1.1 水

4、平荷載成為決定因素 </p><p>　　在多層房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的重力決定著結(jié)構(gòu)設(shè)計，而在高層建筑中，水平荷載卻起著決定性作用。其原因一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而另一方面根據(jù)力學(xué)原理，由水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩在構(gòu)件中引起的軸力，則與樓房高度的兩次方成正比。水平荷載主要包括風(fēng)荷載和地震作用，其大小與結(jié)構(gòu)的動力特性有關(guān)，是高

5、層結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點。 </p><p>　　1.2 結(jié)構(gòu)側(cè)移是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵指標(biāo) </p><p>　　隨著樓房高度的增加，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移隨著建筑物高度的增加而迅速增大，與建筑高度的 4次方成正比，并且由于新材料及新的建筑形式的應(yīng)用， 其側(cè)向位移也迅速增大。如果側(cè)向位移控制不好，輕則使居住人員有著不安全的感或使填充墻等建筑裝飾開裂，重則導(dǎo)致房屋側(cè)塌， 影響結(jié)構(gòu)安全，因而結(jié)

6、構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。 </p><p>　　1.3 抗震性能是重要因素 </p><p>　　小震不壞、大震不倒是高層建筑抗震設(shè)計的基本要求。高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，除了要考慮常規(guī)設(shè)計中的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須考慮地震載荷，使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。 </p><p>　　2、目前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的常見問題 </p>&

7、lt;p><b>　　2.1 高度問題 </b></p><p>　　按我國現(xiàn)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）規(guī)定，綜合考慮經(jīng)濟與適用的原則，給出了各種常見結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度?？蓪嶋H上，已有許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過了這個限制。 </p><p>　　2.2 抗?fàn)幮阅軉栴} </p><p>　　由于國家財力

8、物力有限，我國建筑結(jié)構(gòu)我國現(xiàn)行抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)比較低，另外具體抗震計算方法和構(gòu)造規(guī)定的安全度也不如國外；在配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等一系列保證抗震延性的要求上，與外國相比，也有異同，其中的8度區(qū)，我國就明顯不如外國嚴(yán)格。隨著社會財富的增長，結(jié)構(gòu)失效帶來的損失愈來愈大，加之結(jié)構(gòu)造價在整個投資中的比例下降， </p><p>　　2.3 材料的選用和結(jié)構(gòu)體系問題 </p><p>　　在地震

9、多發(fā)區(qū)，采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合理是工程技術(shù)人員非常重視的問題。混合結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)筒往往要承受80%以上的地震作用剪力，有的高達(dá)90%以上。由于結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準(zhǔn)。但因其彎曲變形的側(cè)移較大，靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移，不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，而且效果不大。 </p><p>　　3、提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的建議 </p>&l

10、t;p>　　3.1 合理選擇建筑結(jié)構(gòu)的材料和形式 </p><p>　　根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)的材料將高層建筑的結(jié)構(gòu)體系分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)體系，鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)體系以及鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)系。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可以將高層建筑結(jié)構(gòu)分為框架結(jié)構(gòu)體系，剪力墻結(jié)構(gòu)體系，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。利用柱，梁等結(jié)構(gòu)體系作為高層建筑豎向承重的結(jié)構(gòu)，并且承受水平荷載，這種結(jié)構(gòu)側(cè)向位移大，框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力大，適于50m高度以下的建筑

11、；通過高層建筑的墻體當(dāng)做抵抗側(cè)力和豎向承重的結(jié)構(gòu)體系，就是剪力墻結(jié)構(gòu)體系。這種剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度大，整體性能好，不易受水平力作用發(fā)生變形，適應(yīng)于高層建筑，但是由于剪力墻的間距小，使得平面的布置不靈活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墻組合的而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)形式就是架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)形式不但具有實用性強，布局靈活的優(yōu)點，同時承水平負(fù)載的能力更高，在高層建筑中被廣泛使用。 </p><p>　　3.2

12、優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計 </p><p>　?。?）增加抗彎結(jié)構(gòu)體系的有效寬度，以調(diào)整結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。這樣做，是非常直接的，也是非常有效的。增加寬度可以直接增大抵抗力臂，從而減小抗傾覆力。從材料力學(xué)的基本知識可以知道，同樣面積、抗傾覆力同結(jié)構(gòu)寬度的關(guān)系不同形狀，可以獲得不同的其幾何特征。例如：相等面積的條件下，工字形截面的截面慣性矩要大于矩形截面，而矩形截面又要大于圓形截面。根據(jù)這個原理，不難理解加大寬度以后，整個結(jié)構(gòu)

13、的抗側(cè)剛度得到很大提高。 </p><p>　　（2）剪力墻超筋的情況。剪力墻暗柱超筋。軟件中設(shè)定的暗柱最大配筋率是4%，而各規(guī)范以邊緣構(gòu)件方式給出了剪力墻主筋的配筋面積，沒有最大配筋率。所以當(dāng)程序給出剪力墻超筋的警告信息時，可以酌情考慮；當(dāng)剪力墻連梁超筋時，通常表明其在水平地震力作用下抗剪承載力不夠。 </p><p>　　3.3 設(shè)置變形縫 </p><p>　

14、?。?）沉降縫的設(shè)置。在建筑物的下列部位應(yīng)設(shè)置沉降縫：地基土的壓縮性有明顯差異處；平面形狀復(fù)雜的建筑物轉(zhuǎn)折部位；高度差異或荷載差異處；建筑結(jié)構(gòu)（或基礎(chǔ)）類型不同處；過長的磚石承重結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位；局部地下室的邊緣；地基基礎(chǔ)處理方法不同處。 </p><p>　?。?）伸縮縫的設(shè)置排架結(jié)構(gòu)的柱高（從基礎(chǔ)頂面算起）低于sm時，宜適當(dāng)減小伸縮縫間距。 </p><p>　　3.

15、4 結(jié)構(gòu)的超高問題 </p><p>　　在抗震規(guī)范和高規(guī)中，對結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴(yán)格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度以外，增加了B級高度，處理措施與設(shè)計方法都有較大改變。在實際工程設(shè)計中，出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題，導(dǎo)致施工圖審查時未予通過，必須重新進(jìn)行設(shè)計或需要開專家會議進(jìn)行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。 </p>

16、<p>　　3.5 嵌固端的設(shè)置問題 </p><p>　　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(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設(shè)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(jié)構(gòu)整體計算時嵌的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題，而

17、忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。 </p><p>　　3.6 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題 </p><p>　　新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動，新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)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(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案?！币虼?，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格

18、注意，以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。 </p><p><b>　　4、結(jié)語 </b></p><p>　　高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性的技術(shù)工作，對于建筑的設(shè)計有著非常重要的作用和意義。隨著我國高層建筑的不斷發(fā)展，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求越來越高，從高層建筑的結(jié)構(gòu)特征來看，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)從結(jié)構(gòu)的安全、使用功能、建筑美觀等方面進(jìn)行全盤考慮，

19、運用掌握的知識和經(jīng)驗處理實際遇到的各種問題，才能設(shè)計出安全合理的高層建筑結(jié)構(gòu)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 王旭.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)選型探討[J].價值工程，2010.2. </p><p>　　[3] 田龍.淺談高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].價值工程，2011.1. </p>&