高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題及對策分析

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題及對策分析

Summary：在當前社會快速發(fā)展的新形勢下，建筑功能日趨多樣化，建設(shè)用地越發(fā)緊張，在這種情況下，高層建筑迅速發(fā)展起來。相較于普通建筑，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計難度較大。特別是當前新的設(shè)計計算理念的發(fā)展及高強材料的開發(fā)，給高層結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)。高層建筑結(jié)構(gòu)體系需要承擔較大的豎向荷載、風荷載及地震作用。建筑高度越高，風荷載和地震力越大。因此需要掌握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點，并針對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題進行深入分析，積極采取有效的措施加以解決。Keys：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題；對策分析；引言隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，建筑領(lǐng)域取得了突飛猛進的發(fā)展。我國的城市化進程不斷加快，高層建筑的數(shù)量與日俱增。相比起一般的建筑，高層建筑的施工建設(shè)存在較大的難度，因此這對于設(shè)計階段提出了很高的要求。只有在設(shè)計階段對全局進行很好的把控,才能確保后續(xù)的施工建設(shè)能夠順利地執(zhí)行。結(jié)構(gòu)設(shè)計在整個設(shè)計過程中居于核心位置，是保障高層建筑后期使用安全性、穩(wěn)定性的最關(guān)鍵性因素之一。因此必須對于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計給予更多的關(guān)注。一、高層建筑結(jié)構(gòu)的特點高層建筑結(jié)構(gòu)承受著在較大的豎向荷載，豎向荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的軸力和彎矩與建筑物高度的一次方成正比，豎向荷載大體上是呈線性變化的，因此構(gòu)件在豎向荷載作用下的軸向變形較大，不能忽略，并對梁的彎矩、剪力和側(cè)移產(chǎn)生明顯影響。為了使結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，應(yīng)要采取必要的構(gòu)造措施，以保證高層建筑具有較強的抗側(cè)移能力。一般而言，水平方向的作用對低層建筑結(jié)構(gòu)的影響比較小，然而在高層建筑中，地震作用和風荷載產(chǎn)生的水平力是結(jié)構(gòu)安全的主要影響因素。隨著建筑物高度的增加，水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩和軸力是近似與建筑物高度的兩次方成正比;高層建筑的水平位移增加較快。高層建筑過大的側(cè)移不但影響人的舒適度，同時使得建筑物的正常使用受到影響，并且容易損壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件?；诖?，在設(shè)計高層建筑結(jié)構(gòu)時，首先控制側(cè)移在規(guī)定的范圍之內(nèi)，切實保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，實現(xiàn)“小震不壞，大震不倒”的目標。所以，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心是抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計。二、高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題2.1地基與基礎(chǔ)設(shè)計不合理在高層建筑地基和基礎(chǔ)設(shè)計時，當基礎(chǔ)類型選擇不合理時，建筑物易發(fā)生不均勻沉降，嚴重時還會整體出現(xiàn)傾斜。如基底坡度較大會對基礎(chǔ)混凝土施工時振搗質(zhì)量帶來影響，從而對地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來不利影響。當?shù)叵率业装鍎偠炔缓侠頃r，高層建筑結(jié)構(gòu)也易出現(xiàn)失穩(wěn)，導致建筑物不均勻沉降量增大。另外，在實際設(shè)計過程中，設(shè)計人員對于地下水對地基和基礎(chǔ)的影響考慮不全面，從而對地基和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性帶來較大的影響。2.2建筑結(jié)構(gòu)超高我國針對高層建筑結(jié)構(gòu)的高度做出了明確的規(guī)定，在原先實施的規(guī)范規(guī)定的A級高度的限制條件下，又增加了B級高度，也實現(xiàn)了對高層建筑的高度進行限制的目的。但是現(xiàn)階段，部分企業(yè)為了獲得更多的經(jīng)濟效益，存在著未能遵循相關(guān)制度及標準規(guī)范，私自增加建筑的實際高度的現(xiàn)象，尤其是在當前房地產(chǎn)迅速發(fā)展的今天，這個問題越來越突出。要清楚的認識到超高對整個建筑的結(jié)構(gòu)會帶來不利影響的，特別是對建筑的抗震性、穩(wěn)定性產(chǎn)生很大影響，如果遇到強風或者發(fā)生地震等災(zāi)害則可能出現(xiàn)斷裂、倒塌等情況，直接危害到廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全。2.3嵌固端的選擇不合理嵌固端是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中一個重要內(nèi)容，而在其設(shè)計中存在這些問題:一是在嵌固端位置選擇上，目前部分企業(yè)為追求經(jīng)濟性，一律將高層建筑嵌固端設(shè)置于地下室或者人防地下室頂板，如果頂板存在大開洞或錯層，這種設(shè)計方式將存在一定的安全問題;二是剛度比設(shè)計上，嵌固端的上、下層剛度比是結(jié)構(gòu)設(shè)計中一個重要指標，但在實際設(shè)計中存在計算不當或者失誤的情況。2.4規(guī)則性問題規(guī)則性是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的另一常見問題，包括平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則，相關(guān)規(guī)范在這一方面提出了很多要求，且明確指出高層建筑嚴禁采取嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，因此在實際設(shè)計工作中應(yīng)對其予以高度的重視。在實際工作中，一些建筑方案追求極致的功能、審美等要求，常常出現(xiàn)大開洞、長懸挑、抽柱、收進等平、立面布置，使得結(jié)構(gòu)剛度不連續(xù)或發(fā)生突變，建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性和安全性受到影響。平立面不規(guī)則還會導致結(jié)構(gòu)的形心、剛心、質(zhì)心三者的較大偏心，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大，影響結(jié)構(gòu)的抗震性能。三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對策分析3.1選擇合理的基礎(chǔ)方案。建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提和基礎(chǔ)，在實際的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案設(shè)計中，設(shè)計單位首先要根據(jù)結(jié)構(gòu)方案的要求提出詳細的工程勘察任務(wù)書，明確基礎(chǔ)設(shè)計所需的各種地質(zhì)參數(shù)；在收到地勘單位提供的勘察報告以后，要深入了解擬建場地的地質(zhì)情況，以最大程度的發(fā)揮地基的潛力為前提選擇合理的持力層，必要的情況下設(shè)計人員還需要對地基的變形做好相應(yīng)的驗算。另一方面，設(shè)計單位還需要對建筑物進行綜合性分析，尤其是對于建筑物負荷以及上部結(jié)構(gòu)類型，通過對這些綜合性分析，最終選定最適合的基礎(chǔ)方案，從而可以在提高設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)上提高設(shè)計單位經(jīng)濟效益。3.2重視并嚴格落實高層建筑審查近年來，我國高層建筑逐步向多層發(fā)展，在當前施工技術(shù)水平下，有關(guān)部門對高層建筑高度有明確規(guī)定。但是在實際設(shè)計和建設(shè)中，高層建筑超高問題較為普遍?；谖覈鴩?，不提倡建筑超高，原因是伴隨高度的增加，建筑結(jié)構(gòu)整體抗震能力會降低，一旦出現(xiàn)地震則必然對建筑帶來損害，另外，建筑高度的增加也使建筑安全性得到極大影響。所以，有關(guān)部門須重視并嚴格高層建筑高度的審查，加大懲處力度，并要改進和完善建筑高度規(guī)范，確保高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全。3.3結(jié)合工程實際合理設(shè)置嵌固端高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計嵌固端的設(shè)置常見以下兩種情況，一種是高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防地下室。這種情況嵌固端一般設(shè)置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置；此時嵌固端應(yīng)滿足《高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》關(guān)于嵌固端剛度比的要求。如果頂板存在大開洞或錯層，則應(yīng)將嵌固端下移至樓板完整且連續(xù)的樓層。另一種情況是高層建筑配一層地下室，這種情況可直接將嵌固端設(shè)置于基礎(chǔ)頂，以充分利用基礎(chǔ)的“無限剛度”，為首層樓面的靈活布置創(chuàng)造條件。此外，僅一層地下室時，規(guī)范要求地下一層抗震等級需與上部結(jié)構(gòu)相同，以基礎(chǔ)頂作為嵌固端不會對經(jīng)濟性產(chǎn)生不利影響。因此，嵌固端的選擇關(guān)鍵在于剛度比的控制，在設(shè)計過程中要合理、科學的選擇計算簡圖，借助計算軟件對剛度進行精確分析。只有在計算過程中保證荷載合理、模型真實有效才能保證計算結(jié)果的準確。此外，設(shè)計人員還應(yīng)對計算結(jié)果的合理性有準確的判斷，讓計算軟件分析的結(jié)果為設(shè)計服務(wù)，而不是成為設(shè)計的主導。3.4選擇合理的結(jié)構(gòu)布置高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)在建筑方案設(shè)計階段就參與到其中，對建筑的平立面布置提出合理建議。選擇科學合理的結(jié)構(gòu)形式和平面的布局，建筑物在平面和豎向的布置均應(yīng)盡量簡單、對稱、規(guī)則，避免剛度突變，盡可能實現(xiàn)形心、剛心、質(zhì)心三心合一。在一些情況下，為了更好地符合城市規(guī)劃和建筑場地的要求，高層建筑應(yīng)該避免使用簡單的平面形式，應(yīng)該采取一些復雜的替代形式，這種情況下，就需要把凸出部分的長度與寬度的比值控制在合理的范圍之內(nèi)。四、結(jié)束語高層建筑的結(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，本文分析了高層建筑的結(jié)構(gòu)特征，介紹了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則，分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題及對策，可以為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。Ref