高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見問題及解決措施

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見問題及解決措施    摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的不斷加快，高層建筑已經(jīng)逐漸進(jìn)入到了人民的生活當(dāng)中，建筑物的結(jié)構(gòu)變得更加多樣化，其功能也越來越豐富起來，這就對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析工作提出了更高的要求。本文通過對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常遇到的問題進(jìn)行淺要的分析，意在為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供參考依據(jù)。 關(guān)鍵詞：高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，常見問題，解決措施 一、高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1、建筑設(shè)計(jì)中的水平荷載 有關(guān)建筑設(shè)計(jì)中的水平荷載問題，我們可以從以下兩個(gè)方面來說明：一方面，樓房的自身重量和建筑樓面所承受的載荷作用于豎向構(gòu)件中，其所引起的

2、軸力和彎矩?cái)?shù)值與建筑物高度的一次方成正比關(guān)系。在建筑結(jié)構(gòu)中，水平載荷產(chǎn)生的傾覆力矩和豎向構(gòu)件中所引起的軸力，都是與建筑物的垂直高度的平方成正比關(guān)系。另一方面，對(duì)于某一特定的高層建筑物來說，其豎向載荷能力基本上已經(jīng)是定值，而在水平載荷方面則不同，它還會(huì)受到一定的風(fēng)力影響和地震作用影響，水平載荷的數(shù)值會(huì)隨著建筑物結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性的變化而不斷變化。 2、建筑設(shè)計(jì)中的軸向變形 在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑物豎向載荷的數(shù)值一般都比較大，如果設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周，會(huì)在柱體中引起一定的軸向變形，對(duì)連續(xù)梁彎矩有一定的影響，這種情況會(huì)減少連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值，而端支座的副彎矩值和跨中正彎矩則會(huì)出現(xiàn)增大的情況；在建

3、筑設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)軸向變形來計(jì)算相應(yīng)的數(shù)值，對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度進(jìn)行細(xì)致的調(diào)整；有關(guān)軸向變形的問題，還會(huì)影響到構(gòu)件的剪力和側(cè)移的幅度，從而引起建筑設(shè)計(jì)的安全問題。 3、建筑設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)延性 對(duì)于高層建筑物來說，它相對(duì)于一些較低的建筑物有更為柔和的建筑結(jié)構(gòu)，在一些突發(fā)的震動(dòng)情況下會(huì)產(chǎn)生較大的變形。為了使建筑結(jié)構(gòu)在塑性變形后仍然具有良好的變形能力，避免出現(xiàn)建筑倒塌，我們?cè)诮ㄖO(shè)計(jì)時(shí)要采取一定的措施，以保證高層建筑的結(jié)構(gòu)具有適合的延性。 4、建筑設(shè)計(jì)中的側(cè)移幅度 在高層建筑的設(shè)計(jì)過程中，建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)移的問題是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素，隨著高層建筑的高度不斷增加，其水平荷載能力也在隨之變化，建筑物

4、結(jié)構(gòu)側(cè)移的幅度迅速增大，為了確保高層建筑的質(zhì)量安全，必須把建筑結(jié)構(gòu)水平載荷下的側(cè)移幅度設(shè)計(jì)控制在一定限度之內(nèi)。 二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問題 1、高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題 有關(guān)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)則性問題，在新出臺(tái)的建筑規(guī)范章程上出現(xiàn)了很大的改動(dòng)，新的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面增加了一系列的限制性條件，例如，新的規(guī)范制度用強(qiáng)制性的條文規(guī)定了“建筑物不應(yīng)該采用嚴(yán)重不規(guī)則的建筑設(shè)計(jì)方案”。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)應(yīng)注意遵守新規(guī)范制度中的限制性條件，對(duì)于設(shè)計(jì)中的不符合規(guī)定問題必須及時(shí)的調(diào)整，以免為后期的相關(guān)工作造成隱患。 2、高層建筑的高度問題 根據(jù)我國(guó)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中的有關(guān)

5、規(guī)定，從考慮經(jīng)濟(jì)與適用原則的角度出發(fā)，規(guī)定了各種常見建筑結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度。在我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、建筑科研水平和施工科學(xué)技術(shù)水平的相關(guān)背景下，這一高度是比較安全穩(wěn)妥的，它是目前我國(guó)土木工程規(guī)范體系中最相協(xié)調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)高度。但是在實(shí)際的建筑工作中，很多混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑在高度設(shè)計(jì)上已經(jīng)超過了這一限制，例如，中信廣場(chǎng)是采用混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行建造的，其高度達(dá)到了322m；金茂大廈采用的是組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行建造，其整體高度達(dá)420.15m。對(duì)于目前這種超過高度限制的高層建筑物，我們必須以謹(jǐn)慎的科學(xué)態(tài)度對(duì)待。因?yàn)槿绻l(fā)生地震的話，這些超高建筑物在受到破壞后會(huì)發(fā)生很大的變形，嚴(yán)重影響建筑物的安全。隨著建筑物的

6、高度不斷增加，它的一些規(guī)范指標(biāo)的適用范圍也發(fā)生了變化，在安全指標(biāo)、材料性能、延性要求等方面都要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而使建筑物具有穩(wěn)定的安全性能。在建筑物的抗震規(guī)范建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與高度建設(shè)規(guī)定中，對(duì)于建筑物整體結(jié)構(gòu)的總體高度都有嚴(yán)格的限制性規(guī)定，超過規(guī)定的高度，建筑物的設(shè)計(jì)方法和處理措施都會(huì)發(fā)生很大的變化，這一問題對(duì)建筑工程的各方面影響巨大，我們必須嚴(yán)肅對(duì)待。 3、高層建筑嵌固端的設(shè)置問題 通常情況下，高層建筑的底部都建有二層或二層以上的地下室，它是高層建筑的根基所在。建筑物的嵌固端有時(shí)會(huì)設(shè)置在人防頂板的位置，有時(shí)也會(huì)設(shè)在地下室的頂板處，這是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)細(xì)節(jié)問題，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果設(shè)計(jì)人員忽視

7、了嵌固端的設(shè)置，會(huì)引發(fā)嵌固端的樓板設(shè)計(jì)、嵌固端的上下層剛度比例限制、嵌固端的上下層抗震等級(jí)的一致性、建筑整體建構(gòu)設(shè)計(jì)與嵌固端位置協(xié)調(diào)等一系列的問題，任何一個(gè)細(xì)節(jié)問題的忽略都可能導(dǎo)致后期施工工作中的安全隱患。 4、高層建筑的地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題 高層建筑的地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題一直是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員比較重視的問題之一，該階段設(shè)計(jì)工作的好壞會(huì)直接影響后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的順利進(jìn)行，同時(shí)，建筑物地基基礎(chǔ)也是整個(gè)工程造價(jià)高低的決定性因素。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)這一階段，極有可能出現(xiàn)一些問題，如果不加以重視，將對(duì)建筑工程造成巨大的損失。設(shè)計(jì)人員在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過程中，一定要重視地方性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。由于我國(guó)的幅員遼闊，不同地區(qū)

8、的地質(zhì)條件各不相同，僅憑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范根本無法達(dá)到對(duì)全國(guó)不同地區(qū)的地基基礎(chǔ)都進(jìn)行詳細(xì)的適用描述和規(guī)定，因此，各地方出臺(tái)的地方性“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”更適合本地區(qū)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作，其對(duì)施工設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定更為準(zhǔn)確和詳細(xì)，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作時(shí)，一定要深入的學(xué)習(xí)地方性建筑規(guī)范，避免對(duì)后期的設(shè)計(jì)施工工作造成不良的影響。 5、建筑材料的選用和結(jié)構(gòu)問題 通常情況下，在地震多發(fā)的一些地區(qū)，工程技術(shù)人員對(duì)采用何種建筑材料或建筑結(jié)構(gòu)體系的問題都非常的重視。在我國(guó)，150m以上的建筑物主要采用框一筒、筒中筒和框架一來支撐三種常用的建筑結(jié)構(gòu)體系。這三種建筑結(jié)構(gòu)體系在其他國(guó)家的高層建筑中已經(jīng)被普遍采用。

9、在國(guó)外的地震多發(fā)地區(qū)，高層建筑物主要以鋼結(jié)構(gòu)為主，而在中國(guó)，建筑物有將近90%的比例是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或其他沙石混合結(jié)構(gòu)。在混合結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)筒部位，通常要承受80%90%的地震作用剪力，這種情況對(duì)建筑物來說是十分危險(xiǎn)的。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于建筑結(jié)構(gòu)是以鋼筋混凝土核心筒為主，所以對(duì)建筑材料的變形控制要考慮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的彎曲變形側(cè)移幅度較大，如果我們只采用剛度很小的鋼架來減少側(cè)移，效果并不明顯，而且還會(huì)增加鋼結(jié)構(gòu)的承載能力。有時(shí)會(huì)采取加大混凝土內(nèi)筒的剛度和設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)等方法以達(dá)到滿足規(guī)范側(cè)移限制的標(biāo)準(zhǔn)。所以，在高層建筑材料的選用方面，根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有建筑市場(chǎng)上的鋼材類型、

10、品種和有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力，建議在高層建筑中盡可能采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，以達(dá)到改善高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性的目的。鋼骨(鋼管)混凝土通常作為高層建筑的首選建材，這是由它的堅(jiān)固和穩(wěn)定性能決定的。 6、建筑設(shè)計(jì)中的軸壓比與短柱問題 在采用鋼筋混凝土建筑的高層建筑中，設(shè)計(jì)人員為了控制柱的軸壓比，使得柱的橫截面很大，在柱的縱向鋼筋中則是構(gòu)造配筋，即使在建筑中采用高強(qiáng)度的混凝土，建筑柱斷面的尺寸也沒有明顯的減小。為了使建筑中的柱體處于偏壓狀態(tài)，防止混凝土被壓碎，要限制柱體的軸壓比數(shù)值。建筑中主體的塑性變形能力越小，其建筑結(jié)構(gòu)的延性就越差，當(dāng)發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)吸收和耗散地震能量

11、較少的情況，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)遭到不同程度的損壞。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)強(qiáng)柱弱梁的原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)選擇具有良好延性的梁具，就可以使柱子進(jìn)入屈服的可能性大大的減少，也可放松軸壓比限值。此外，雖然很多高層建筑物的底部柱體長(zhǎng)度與直徑比都小于4，但并不能說明這一柱體就是短柱。確定短柱參數(shù)的依據(jù)是柱的剪跨比，只有當(dāng)柱體的剪跨比小于2時(shí)，才能確定該柱體是短柱。曾經(jīng)有建筑專家提出高層建筑的抗震規(guī)范應(yīng)采取較高的軸壓比，但通過實(shí)踐表明，雖然調(diào)整了建筑物的軸壓比限值，但柱面并沒有因?yàn)檫@一調(diào)整而減小，所以在建設(shè)具有抗震性能的高層建筑物時(shí)，采用鋼筋混凝土材質(zhì)是否合理還有待研究。 三、總結(jié)： 一個(gè)好的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也就是一個(gè)好的耗能體系，在設(shè)計(jì)中，要充分注意到等強(qiáng)度設(shè)計(jì)、高度等重要問題，從而增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的整體性，在