綜述高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意要點(diǎn)

1、綜述高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意要點(diǎn)摘要：隨著土地資源開(kāi)發(fā)的日益緊張，高層建筑越來(lái)越多的做為城市建設(shè)發(fā)展中選擇的一種建筑方式，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的變化也越來(lái)越多，建筑類型與功能越來(lái)越復(fù)雜，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來(lái)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)。因此文章通過(guò)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的闡述，提出在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的要點(diǎn)，以供大家共同探討和學(xué)習(xí)。關(guān)鍵詞：高層建筑; 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì); 設(shè)計(jì)選擇; 要點(diǎn)前言 高層建筑是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步的產(chǎn)物。隨著大城市的發(fā)展，城市用地緊張，市區(qū)地價(jià)日益高漲，促使近代高層建筑的出現(xiàn)，電梯的發(fā)明更使高層建筑越建越高。宏偉的高層建筑是經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，具有重要的宣傳效應(yīng)，在日益激烈的

2、商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中，更扮演了重要的角色。 一、 高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇分析 高層建筑結(jié)構(gòu)是否合理、經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵就是高層建筑抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的選擇是否合理，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系有框架、剪力墻、框架剪力墻、框架核心筒、筒中筒等。對(duì)結(jié)構(gòu)選型來(lái)說(shuō)，沒(méi)有普遍使用的選擇標(biāo)準(zhǔn)，往往是隨著建筑的環(huán)境、功能要求有所變化，每一選擇都有其優(yōu)劣這就需要結(jié)構(gòu)工程師認(rèn)真地對(duì)比和考慮。例如：框架結(jié)構(gòu)建筑平面布置靈活，構(gòu)件類型少，設(shè)計(jì)和施工都較簡(jiǎn)單，但其抗側(cè)剛度小，當(dāng)建筑較高時(shí)，梁柱截面大，影響室內(nèi)使用空間；剪力墻結(jié)構(gòu)整體性好，抗側(cè)剛度大，側(cè)移小，但其平面布置不靈活，一般適用住宅及旅館；而框架剪力墻結(jié)構(gòu)則綜合了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，并可

3、以設(shè)計(jì)成雙重抗側(cè)力體系，框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要注意的就是剪力墻的布置要均勻，剛心與質(zhì)心重合或相近，且剪力墻數(shù)量不宜過(guò)多，滿足規(guī)范的側(cè)移限值即好?？蚣芎诵耐驳氖芰π阅芘c框架剪力墻相同，由于外框架間距大，使得建筑空間大而靈活，采光好，是高層公共建筑和辦公用房的理想選擇，在高度較高時(shí)，還可以加伸臂減小側(cè)移。筒中筒結(jié)構(gòu)由于柱距小近年已較少應(yīng)用。 二、 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn) 2.1水平荷載成為決定因素。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(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對(duì)某一

4、定高度樓房來(lái)說(shuō)，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。 2.2 軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會(huì)對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整；另外對(duì)構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。 2.3側(cè)移成為控制指標(biāo)。與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因

5、而結(jié)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)。 2.4結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)。相對(duì)于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)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)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，?lái)保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。 三、 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則 3.1以承載力、剛度、延性為主導(dǎo)目標(biāo)，實(shí)施多道防線、剛?cè)峤Y(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。即應(yīng)具有一定大的剛度和承載力來(lái)抵御風(fēng)荷載和小震，隨著第一道防線破壞，結(jié)構(gòu)變?nèi)岷笕杂凶銐虼蟮膹椝苄宰冃文芰脱有院哪苣芰?lái)抵御未來(lái)可能遭遇的罕遇大震。 3.2 在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，應(yīng)該運(yùn)用最簡(jiǎn)單、最直接、概念最清楚的計(jì)算

6、方法，將結(jié)構(gòu)的受力與傳力途徑設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單、直接、明確。盡可能避免出現(xiàn)以抗扭為主導(dǎo)的關(guān)鍵性傳力構(gòu)件。 3.3 盡可能使結(jié)構(gòu)平面布置的正交抗側(cè)力剛度中心(簡(jiǎn)稱剛心)和建筑物表面力(風(fēng)力)作用中心或質(zhì)量重心(質(zhì)心)靠近或重合，以避免或減小在風(fēng)荷載或地震作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。 3.4建筑物豎向布置的抗側(cè)力剛度構(gòu)件也最好設(shè)計(jì)成均勻、連續(xù)，避免出現(xiàn)軟弱層和上下層間的剪切剛度、彎曲剛度和軸壓剛度的突變。 3.5 應(yīng)重視上部結(jié)構(gòu)與其支承結(jié)構(gòu)整體共同作用的機(jī)理，即傳力與受力結(jié)構(gòu)兩者之間的共同作用；例如，在高層建筑的箱基和筏基的底板設(shè)計(jì)中，計(jì)算軟件無(wú)法進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)地下室地基基礎(chǔ)的相互作用分析，計(jì)算出來(lái)的底板內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)

7、大于底板實(shí)際受到的內(nèi)力。 四 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法要求 4.1屋面活荷載取值 框架荷載取0.3kN/m2已經(jīng)沿用多年，不打算修改。但屋面結(jié)構(gòu)，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到0.5kN/m2。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范征求意見(jiàn)稿規(guī)定不上人屋面的活荷載為0.5kN/m2，但構(gòu)件的荷載面積大于60m2的可乘折減系數(shù)0.6。門式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kN/m2，與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范保持一致。國(guó)外這類，要考慮0.15-0.5N/m2的附加荷載，而我們無(wú)此規(guī)定，遇到超載情況，就要出安全問(wèn)題?，F(xiàn)在有的框架梁太細(xì)，檁條太小，明顯有克扣荷載情況，今后應(yīng)特別注意，決不允許在有限的活荷載中“挖潛”。 4.2屋

8、脊垂度要控制 框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規(guī)定為1/180，除驗(yàn)算坡面斜梁撓度外，是否要驗(yàn)算跨中下垂度？過(guò)去不明確，它可能講課時(shí)說(shuō)過(guò)不包括屋脊點(diǎn)垂度?，F(xiàn)在了解到，美國(guó)是計(jì)算的。他們作框架分析，一般是將構(gòu)件分段，用等截面程序計(jì)算，每段都要計(jì)算水平和豎向位移，不能大于允許值，等于要驗(yàn)算跨中垂度?？缰写苟确从澄菝尕Q向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來(lái)就小，脊點(diǎn)下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過(guò)小，第一榀剛架與山墻間的屋面出現(xiàn)斜坡，使屋面變形?，F(xiàn)在打算做個(gè)規(guī)定，剛架側(cè)移后，當(dāng)山尖下垂對(duì)坡度影響較大時(shí)（例如使坡度小于1/20），要驗(yàn)算山尖垂度，以便對(duì)屋面剛度進(jìn)行控制。

9、 4.3鋼柱換砼柱 少數(shù)單位設(shè)計(jì)的門式剛架，采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預(yù)埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節(jié)省鋼材和降低造價(jià)。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時(shí)梁柱只能鉸接，不能剛接。多高層建筑中，鋼梁與墻的連接也是如此。因?yàn)榛炷潦且环N脆性材料，雖然構(gòu)件可以通過(guò)配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很并，在外力作用下很容易松動(dòng)和破壞。還有的單位，在門式剛架設(shè)計(jì)好之后，又根據(jù)業(yè)主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。應(yīng)當(dāng)指出，砼柱加鋼梁作成排架是可以的，但將剛架的鋼柱換成砼柱，而鋼梁不變，是不行的。由于連接不同，構(gòu)件內(nèi)力也不同，要的工程

10、斜梁很細(xì)，可能與此有關(guān)。建筑結(jié)構(gòu)是一門科學(xué)，如果不按科學(xué)辦事，是要吃苦頭的。今后國(guó)家要執(zhí)行建筑法，實(shí)行強(qiáng)制性條款，違反其中一項(xiàng)，出了工程事故，是要受罰的。 五 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的要點(diǎn) 在高層建筑的抗震設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)的思想也得到延伸，所以結(jié)構(gòu)工程師必須對(duì)結(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)理有深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)地震試驗(yàn)研究成果有一定的理解，這樣才能從概念上作出判斷，并采取措施。我國(guó)的抗震設(shè)防目標(biāo)是“小震不壞，中震可修，大震不倒”?？拐鸾Y(jié)構(gòu)構(gòu)件必須有足夠大的承載能力，足夠的剛度、延性和耗能能力，以達(dá)到抗震設(shè)防目標(biāo)。在同一地震作用下，剛度小的結(jié)構(gòu)變形大，剛度大的結(jié)構(gòu)變形小，所以，對(duì)同種材料而言，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)比設(shè)

11、置了剪力墻的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)震害嚴(yán)重。另外，建筑的體型和結(jié)構(gòu)總體布置也是在抗震設(shè)計(jì)值得特別重視的，平面形狀上宜簡(jiǎn)單、對(duì)稱、避免過(guò)多的外伸、內(nèi)凹、避免細(xì)腰形和角部重疊平面；電梯、樓梯的布置盡量避免布置在端角和凹凸處；避免錯(cuò)層布置等。建筑立面也應(yīng)是規(guī)則、均勻、從上到下外形變化不大，沒(méi)有過(guò)多的外挑內(nèi)收，避免突變。還有一點(diǎn)就是建筑的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與建筑主體結(jié)構(gòu)必須存在可靠連接，使其在地震時(shí)不脫落，以免發(fā)生倒塌傷人。 六 結(jié)論 隨著高層建筑進(jìn)一步的發(fā)展，滿足高層建筑的形式，材料，力學(xué)分析模型都將日趨復(fù)雜多元，為了滿足市場(chǎng)的要求，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)工程實(shí)地情況選擇合理的結(jié)構(gòu)方式，注意高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和要點(diǎn)，為后期的施工打下良好的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) 【