摘要：高層建筑目前在我們的城市建設(shè)當(dāng)中所占的比例是越來越大，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的變化也越來越多，很多新興的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以迅猛的速度呈現(xiàn)在我們的城市建設(shè)中。建筑類型與功能越來越復(fù)雜，高層建筑的數(shù)量逐漸增多，高層建筑的結(jié)構(gòu)體系也是越來越多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來越成為高層建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)工作的難點(diǎn)與重點(diǎn)。面對如此形勢，應(yīng)該把高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)放在首位加以研究。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);探討

1 結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1水平載荷成為決定因素

任何一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)都要同時(shí)承受垂直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，還要具有抵抗地震作用的能力。在較低樓房中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小，對結(jié)構(gòu)的影響也就較小;但在較高樓房中盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生著重要影響，水平荷載卻起著決定性的作用。隨著樓房層數(shù)的增多，水平荷載愈益成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的控制因素。一方面，因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d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;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中所引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比;另一方面對某一高度樓房來說，豎向荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。

1.2軸向變形不容忽視

通常在低層建筑結(jié)構(gòu)分析中，只考慮彎矩項(xiàng)，因?yàn)檩S力項(xiàng)影響很小，而剪切項(xiàng)一般可不考慮。但對于高層建筑結(jié)構(gòu)，情況就不同了。由于層數(shù)多，高度大，軸力值很大，再加上沿高度積累的軸向變形顯著，軸向變形會使高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力數(shù)值與分布產(chǎn)生顯著的改變。對連續(xù)梁彎矩的影響：采用框架體系和框一墻體系的高樓中，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時(shí)，此種差異軸向變形將會達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁的中間支座產(chǎn)生沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩增大。對構(gòu)件剪力和側(cè)移的影響，與考慮豎向桿件軸向變形的剪力相比較，不考慮豎桿件軸向變形時(shí)，各構(gòu)件水平剪力的平均誤差達(dá)30%以上，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移減小一半以上。

1.3側(cè)移成為控制指標(biāo)

與低層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素，隨著樓層的增加，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大。設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，能夠可靠地承受風(fēng)荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力;還要求具有足夠的抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)，保證良好的居住和工作條件。

1.4結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)

相對低層結(jié)構(gòu)而言，高層結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使建筑在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌。特別需要在構(gòu)造上采以恰當(dāng)?shù)拇胧�，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

2 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

2.1框架一剪力墻體系

在框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時(shí)，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架一剪力墻體系。在承受水平力時(shí)，框架和剪力墻通過有足夠剮度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力�？蚣芤患袅�墻體系的位移曲線呈彎剪型。因?yàn)榧袅�墻的設(shè)置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時(shí)框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨干均勻，所以框架一剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。

2.2剪力墻體系

當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時(shí)，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架一剪力墻體系。

2.3簡體體系

通常采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為簡體體系，包括單筒體、簡體一框架.簡中筒、多束筒等多種型式。簡體是一種空間受力構(gòu)件，分實(shí)腹筒和空腹筒兩種類型。實(shí)腹筒是由平面或曲面墻嗣成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。簡體體系具有很大的剛度和強(qiáng)度，各構(gòu)件受力比較合理，抗風(fēng)、抗震能力很強(qiáng)，往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。

3 加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路分析

3.1加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的選型設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)工程的選型設(shè)計(jì)對結(jié)構(gòu)的安全使用及壽命有著非常重要的作用，合理的概念設(shè)計(jì)是高層建筑設(shè)計(jì)成功的核心因素之一。首先，合理選擇流線型的建筑體型，比如截錐形或類似體型較為常用，其體型系數(shù)相對較小，有利于抗鳳。另外在進(jìn)行結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，平面形狀和剛度分布盡量保持均勻?qū)ΨQ，有利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和力學(xué)平衡，同時(shí)也可以減輕扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響。其次，要加強(qiáng)高寬比的設(shè)計(jì)。高層建筑結(jié)構(gòu)高寬比的規(guī)定是對結(jié)構(gòu)整體剛度、抗傾覆能力、整體穩(wěn)定、承載能力以及經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制指標(biāo)，從大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看。合理的高寬比能取得實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的效果。

3.2加強(qiáng)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.2.1避免出現(xiàn)獨(dú)立小墻肢與剪力墻剛度不宜過大

《高規(guī)》)中規(guī)定：“矩形截面獨(dú)立墻肢的截面高度hw不宜小于截面寬度bw的5倍。”如果出現(xiàn)不滿足規(guī)范要求的情況，墻肢軸壓比、配筋就受到嚴(yán)格的限制，后續(xù)的設(shè)計(jì)施工的難度無疑增加。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以采用盡力合并洞口、合理布置剪力墻使小墻肢成為墻體翼緣的措施，這樣結(jié)構(gòu)受力性能得到大大的改善。

3.2.2加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)高層建筑功能要求相對提高，比如一棟建筑物的中上部和下部使用功能不同時(shí)，此時(shí)結(jié)構(gòu)布置也應(yīng)作相應(yīng)的改變，只有通過設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件來銜接傳遞上下結(jié)構(gòu)的荷載，達(dá)到功能的滿足。

3.2.3底部加強(qiáng)部位的設(shè)計(jì)

在剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，一般高層剪力墻結(jié)構(gòu)，底部加強(qiáng)部位的高度可取嵌固部位以上墻肢總高度的1/8和底部兩層高度二者的較大值;底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)。當(dāng)將地下室頂板視作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位將發(fā)生在地上樓層，同時(shí)將影響到地下1層，此時(shí)地下l層的抗震等級不能降低，加強(qiáng)部位的范圍應(yīng)向下延伸到地下l層。并應(yīng)按規(guī)范要求在地下l層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

3.3加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算與分析

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展和完善，計(jì)算機(jī)軟件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的使用日益增多。但是，數(shù)值計(jì)算并不能完全替代人的主要設(shè)計(jì)概念，因?yàn)樵诔浞掷�用�?jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的過程中，必須充分了解軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)在要求和適用性�？傊�，在結(jié)構(gòu)的計(jì)算和分析階段，必須在保持對計(jì)算和分析過程、結(jié)果有充分認(rèn)識的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確的利用計(jì)算軟件根據(jù)規(guī)范進(jìn)行深入細(xì)化的計(jì)算和分析，這一處理結(jié)果的好壞實(shí)際上也決定了設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。SATWE、TAT、ETABS、SAP，MIDAS等式目前比較通用的結(jié)構(gòu)分析軟件。但是。軟件自身都有其自身的計(jì)算特點(diǎn)，因此不通的軟件計(jì)算分析的結(jié)果可能有所區(qū)別，此時(shí)需要設(shè)計(jì)人員的主觀判斷。最合理的做法是，根據(jù)工程整體結(jié)構(gòu)計(jì)算的要求，選擇合適的軟件來建立合理精確地模型，對不同軟件計(jì)算的結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫向比較，為最終的設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)。

4結(jié)語

近些年來，我國的高層建筑建設(shè)發(fā)展迅速。但從設(shè)計(jì)質(zhì)量方面來看，并不理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體實(shí)際情況，應(yīng)作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析掌握的知識處理實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中遇到了各種問題。

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