高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)淺談

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)淺談?wù)弘S著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人建設(shè)用地的稀缺性，高層建筑的應(yīng)用越來越廣泛，高層建筑結(jié)構(gòu)體系也呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢，加強(qiáng)對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定重要意義。本文結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)，對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的部分方面設(shè)計(jì)原則、相關(guān)注意事項(xiàng)進(jìn)行分析與探討，以期與讀者共同探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題。 關(guān)鍵詞：高層建筑； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 原則； 方法 Abstract: With the economic development and the scarcity of construction land of China, high-rise buildings are

2、 more and more, and its structure systems present diversified trend, so strengthening the design of high-rise building structure is of important significance. Combined with working experience, the design principles and the relevant precautions of high-rise building structure are analyzed and discuss

3、ed, hoping to discuss the emphasis and difficulties of the high-rise building structure design with readers. Key words: high-rise building; structure design; principle; method 中圖分類號(hào)：TU208.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2012） 隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，城市用地越來越緊張，因此高層建筑的應(yīng)用越來越廣泛；加強(qiáng)對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視程度，既可確保安全性、穩(wěn)定性，也可順利實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)，其重要

4、性不言而喻。以下將對相關(guān)問題進(jìn)行具體分析： 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn) 1.1 水平荷載的優(yōu)化 在高層建筑設(shè)計(jì)中，涉及到的水平荷載問題非常重要。一方面，考慮到高層建筑自身的重量以及各個(gè)樓面的荷載作用主要集中于豎向構(gòu)件，而由此產(chǎn)生的彎矩?cái)?shù)值、軸力數(shù)值等與建筑高度的一次方呈正比例關(guān)系；另一方面，對于高層建筑來說，豎向的荷載力為定值，但是水平荷載力將隨著建筑結(jié)構(gòu)特性的不同而有所差異1。不同結(jié)構(gòu)形式、不同烈度地區(qū)的水平控制荷載主要體現(xiàn)在水平地震作用及風(fēng)荷載兩種情況。 1.2 結(jié)構(gòu)變形的控制 對于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，位移問題是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素之一。隨著當(dāng)前建筑的高度不斷增加，水平荷載力也有所提高，因此

5、建筑結(jié)構(gòu)位移和變形隨之加大，如何確保高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性，是非常重要的話題，這也需要采取有效措施將建筑結(jié)構(gòu)水平荷載作用下的變形幅度控制在規(guī)范要求之內(nèi)。 1.3 結(jié)構(gòu)延性的調(diào)整 在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮到震動(dòng)情況下的變形問題。為了確保建筑結(jié)構(gòu)受到變形力之后仍能保持良好性能，而不至破壞或者坍塌，這就需要在設(shè)計(jì)過程中采取相應(yīng)措施，對其延性進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。 1.4 豎軸向變形的約束 以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況來看，一般豎向的荷載值比較大，如果在設(shè)計(jì)過程中忽略這一問題，可能引發(fā)軸向變形問題（超高層結(jié)構(gòu)尤其明顯），進(jìn)而對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響；這時(shí)候，可能對連續(xù)梁中間部位的支座負(fù)彎矩值造成影響，并

6、且增大端支座的跨中正彎矩與負(fù)彎矩等；在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該根據(jù)軸向變形的實(shí)際情況對相應(yīng)數(shù)值進(jìn)行確定；采取有效方式應(yīng)對軸向變形問題、加強(qiáng)對構(gòu)件剪力值、側(cè)移幅度等控制，確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性2。 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則 2.1 合理的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型 合理的結(jié)構(gòu)受力模式計(jì)算模型，在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性不言而喻，如果計(jì)算模型與工程實(shí)際不相符，則可能對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精準(zhǔn)性產(chǎn)生影響，嚴(yán)重者甚至引發(fā)結(jié)構(gòu)事故。因此，若想確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、安全性、穩(wěn)定性，必須加強(qiáng)對計(jì)算模型的重視程度。 2.2 基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 以高層建筑的地質(zhì)條件為出發(fā)點(diǎn)，有針對性地選擇基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式，對建筑的上部結(jié)構(gòu)類型、

7、荷載分布等進(jìn)行綜合分析，合理選擇施工條件，減少對周邊建筑物產(chǎn)生的影響；通過考慮各方面的實(shí)際因素，最終確定施工組織方案。合理方案的選擇，必須充分發(fā)揮地基潛力并應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)型及施工簡便性，必要情況下需要對地基變形控制3-4。此外，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要制定詳盡的地質(zhì)勘查報(bào)告，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場施工勘查并應(yīng)充分考慮周邊建筑物的情況，還必須對降水、抗浮問題采用有效的措施。 2.3 確定高層建筑結(jié)構(gòu)方案 只有提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性、合理性，同時(shí)滿足高層建筑的結(jié)構(gòu)體系要求，才能確保整體設(shè)計(jì)的順利實(shí)現(xiàn)。對于結(jié)構(gòu)體系來說，要求明確受力過程，保障傳力的簡潔性。對于同等的結(jié)構(gòu)單元來說，結(jié)構(gòu)體系也應(yīng)相同；如果高層

8、建筑位于地震區(qū)域內(nèi)，那么就需要充分考慮平面規(guī)則與豎向規(guī)則。 2.4 分析計(jì)算結(jié)果的合理性 隨著我國科技水平的不斷進(jìn)步升，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，可以選擇的計(jì)算軟件種類非常多，不同軟件可能獲得不同的計(jì)算結(jié)果，對設(shè)計(jì)人提出更高要求，既要了解工程實(shí)際情況，也要掌握軟件適用的條件、范圍等，提高軟件的針對性、適用性；由于計(jì)算機(jī)的程序并不可能與建筑結(jié)構(gòu)完全相符，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助手段，可能產(chǎn)生人工輸入錯(cuò)誤或者由于軟件缺陷而造成計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確等問題，因此通過計(jì)算機(jī)軟件獲得計(jì)算結(jié)果之后，必須經(jīng)過設(shè)計(jì)人員的反復(fù)校核，確保計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性、合理性，切忌生搬硬套。 2.5 采取針對性地結(jié)構(gòu)措施 結(jié)合以往高層建

9、筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)來看，應(yīng)遵循“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)柱弱梁”等原則，尤其關(guān)注薄弱部位(薄弱層)，重視控制節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，同時(shí)考慮到溫度應(yīng)力、延性等因素，避免因構(gòu)造不當(dāng)對構(gòu)件產(chǎn)生負(fù)面影響。 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意問題 3.1 結(jié)構(gòu)超限問題的控制 我國有關(guān)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范以及抗震標(biāo)準(zhǔn)等，對建筑的高度及規(guī)則性提出了較高的要求，很多高層結(jié)構(gòu)會(huì)遇到超限問題。超限問題主要體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)高度及規(guī)則性兩個(gè)方面，對建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)型與安全性影響較大，對此類情況應(yīng)進(jìn)行綜合全面的分析盡量避免或減少，并應(yīng)采取有效措施予以加強(qiáng)；適當(dāng)情況下應(yīng)考慮性能設(shè)計(jì)目標(biāo)加以控制以確保結(jié)構(gòu)安全性。 3.2 嵌固端的設(shè)置 對于高層建筑來說，

10、一般設(shè)置1層或者1層以上的地下室、人防工程等，因此可能在地下室的頂板位置設(shè)置嵌固端，或者在人防頂板位置設(shè)置嵌固端。但是在實(shí)際進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，一些工程師忽略了嵌固端設(shè)計(jì)中需要注意的問題。例如，嵌固端的樓板設(shè)計(jì)要點(diǎn)、嵌固端上下的剛度比、結(jié)構(gòu)抗震縫的設(shè)計(jì)以及與車庫的銜接構(gòu)造等；如果忽略了其中某個(gè)環(huán)節(jié)，都將對結(jié)構(gòu)整體性產(chǎn)生影響，甚至留下抗震安全隱患，這一點(diǎn)必須充分重視。 3.3 保持結(jié)構(gòu)規(guī)則性 對于結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，在當(dāng)前新規(guī)范中提出了較多限制條件，如平面規(guī)則性、嵌固端的上下層剛度比等；同時(shí)提出高層建筑不得采用“嚴(yán)重不規(guī)則”的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)在設(shè)計(jì)中應(yīng)引起高度重視，確保結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)型以及施工簡便性。

11、 綜上所述，隨著高層建筑的與日俱增，高層建筑設(shè)計(jì)尤其是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越重要。作為結(jié)構(gòu)工程師，除了掌握基本的專業(yè)知識(shí)以外，還要具備復(fù)合型能力水平，了解現(xiàn)代化信息技術(shù)，提高結(jié)構(gòu)計(jì)算的完整性、精確性，結(jié)合工程具體情況，最終確定最合理、最經(jīng)濟(jì)、最合適的方案，解決設(shè)計(jì)過程中可能遇到的各種問題，推動(dòng)我國高層建筑的優(yōu)化發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： 1王鉦日.試論現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及相關(guān)問題J.黑龍江科技信息，2012（4） 2劉華新，孫志屏.抗震概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（2）. 3季靜，黃超，韓小雷，等.基于性能的設(shè)計(jì)方法在超限高層建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究J.世界地震工程，2007（1）. 4薄琳琳.淺談高層