淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

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摘要：當(dāng)前，隨著我國經(jīng)濟穩(wěn)步前進，各地的高層建筑拔地而起，而且結(jié)構(gòu)類型和功能也更加趨向于復(fù)雜化和多樣化，為此，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也就提出了更高的要求。本文主要分析了高層建筑設(shè)計的理論和方法，進而探討了高層建筑結(jié)構(gòu)的選型和抗震方面的設(shè)計。 

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計  結(jié)構(gòu)設(shè)計是個系統(tǒng)全面的工作，在此過程中出現(xiàn)任何問題或者失誤，都極有可能導(dǎo)致整個設(shè)計變得更為復(fù)雜，甚至結(jié)構(gòu)的不安全。建筑設(shè)計人員需要扎實的理論知識功底，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責(zé)的工作態(tài)度，發(fā)展先進計算理論，加快新型高強、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更加安全、適用、可靠和經(jīng)濟。  一、高層建筑設(shè)計的理論分析  （1）高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能  建筑物底面對建筑物空間形式的水平和豎直方向的穩(wěn)定都有著非常大的影響，意義重大，一個具體的建筑物是由大且重的構(gòu)件所構(gòu)成的，結(jié)構(gòu)上設(shè)計要能將其本身的重量傳遞并豎直作用于地面。不過，高度大是高層的一個最直觀的建筑特點，高度愈來愈高，其豎向結(jié)構(gòu)體系就愈來愈重要，在高層建筑中，抗剪不問題的全部，比其更為重要的是整體抗彎曲和抗形變，這點上高層建筑的結(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑存在的差異是極大的。  （2）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題  結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一（即建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心和結(jié)構(gòu)重心沒有能夠交匯于一點），為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，應(yīng)該合理地選擇結(jié)構(gòu)形式和平面布局，促使建筑物盡量保持三心合一。  （3）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的振動周期和側(cè)移  從物理學(xué)的角度，當(dāng)驅(qū)動力的周期于建筑結(jié)構(gòu)的振動周期趨近度越高，受迫振動的振幅就越大，當(dāng)兩者相等時振幅最大，引起共振。設(shè)計中關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)的振動周期問題處理大多從以下兩方面入手：a合理地控制結(jié)構(gòu)的自振周期；b控制結(jié)構(gòu)的自振周期確保其與場地的特征周期有明顯的差值。此外，位移限值、剪重比及單位面積重度等等也是在高層建筑設(shè)計過程中要細致分析的幾個問題。  二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法  （1）確定合理的基礎(chǔ)設(shè)計方案。一般來說，高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)依據(jù)工程地質(zhì)條件、上部的結(jié)構(gòu)類型、荷載的分布、相鄰各建筑物的影響與施工條件等綜合因素開展分析，挑選出符合經(jīng)濟合理原則的基礎(chǔ)性方案。在基礎(chǔ)設(shè)計階段，就要形成完整的地質(zhì)勘察材料，對于部分缺乏地質(zhì)報告的建筑物，也要實施現(xiàn)場查看，并參考附近建筑物的相關(guān)資料。  （2）確定最合適的結(jié)構(gòu)方案。成功的建筑物設(shè)計一定要選擇相對而言最為經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是說要選擇切實可行的結(jié)構(gòu)形式與結(jié)構(gòu)體系。因此，一定要對工程設(shè)計要求、材料供應(yīng)及施工情況做出綜合分析，和水、暖、電等一起開展協(xié)商，并以此為基礎(chǔ)開展結(jié)構(gòu)選型，并確定合理的結(jié)構(gòu)方案。  （3）確定合適的計算簡圖。結(jié)構(gòu)計算主要是在計算簡圖基礎(chǔ)之上開展的，由于計算簡圖選用不合理而造成結(jié)構(gòu)不夠安全的事件常常發(fā)生，所以，挑選合理的計算簡圖是確保結(jié)構(gòu)安全的一個重要因素。計算簡圖應(yīng)當(dāng)有一定的構(gòu)造來進行保證。因為實際結(jié)構(gòu)之節(jié)點不會是單純的剛結(jié)，但是，計算簡圖誤差要控制在允許的范圍內(nèi)。  （4）準(zhǔn)確分析計算的結(jié)果。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中廣泛采用了計算機技術(shù)，但是如今軟件的種類極多，而不同軟件常常會出現(xiàn)不一樣的計算結(jié)果。都會造成錯誤的計算結(jié)果，所以需要工程師在得到計算之后進行認真分析與校核，并做出最為合理的判斷。  （5）運用合理的構(gòu)造方法。要注重構(gòu)件的延性，強化其中的薄弱位置。要注重鋼筋錨固之長度，并考慮到溫度應(yīng)力之影響。此外，還要注重根據(jù)均勻、對稱與規(guī)范之考慮，對平面與立面進行布置，并盡力避免出現(xiàn)薄弱部分，而要利用極限狀態(tài)進行驗算等，均需依靠設(shè)計作為指導(dǎo)。  三、高層建筑結(jié)構(gòu)的選型設(shè)計  在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)選型階段要注意以下三點:  （1）要注重結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。由于新、舊規(guī)范在這一方面出現(xiàn)了比較大的變化，新規(guī)范在此增加了比較多的限制因素。比如平面規(guī)則性方面的信息、嵌固端上、下層之間剛度比方面的信息等。與此同時，新規(guī)范采取了強制性規(guī)定，要求建筑物不能采用嚴重不規(guī)則之設(shè)計方案。所以，工程技術(shù)人員在明確新規(guī)范的限制條件中一定要加以注意，從而避免出現(xiàn)后期施工圖設(shè)計階段之被動。  （2）要注重結(jié)構(gòu)的超高性。新規(guī)范在應(yīng)對超高問題上，除了把原先的限制高度設(shè)置為a級高度之外，同時還應(yīng)增加b級高度之建筑。在具體的工程設(shè)計之中，出現(xiàn)過因為結(jié)構(gòu)類型之變更而忽略這一問題的情況，從而造成施工圖在審查時未能通過，一定要重新做出設(shè)計，這對于工程的工期與造價等總體規(guī)劃存在著相當(dāng)大的影響。  （3）要注重嵌固端設(shè)置。因為高層建筑普遍帶有二層或者二層以上的地下室與人防工程，嵌固端極有可能被設(shè)置于地下室的頂板上，同時也有可能被設(shè)置于人防頂板等處。假如忽視了其中的任何一方面，均有可能對后期設(shè)計工作造成大量安全隱患。  四、高層建筑的抗震設(shè)計  高層建筑在承擔(dān)必要的建筑物垂直荷載以外，更為重要的是要能有效承受側(cè)向風(fēng)荷載及地震的沖擊。我國目前的抗震設(shè)計規(guī)范，對與建筑物的抗震提出三大水準(zhǔn)之設(shè)防要求、兩階段的設(shè)計方式，其中，第一階段之設(shè)計應(yīng)當(dāng)運用第一水準(zhǔn)烈度之地震動參數(shù)，從而計算出建筑結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)之下的地震效應(yīng)及構(gòu)件的截面大小。在第二階段的設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)采用第三水準(zhǔn)烈度之地震參數(shù)核算結(jié)構(gòu)薄弱層，或者對薄弱環(huán)節(jié)彈塑性層間進行側(cè)向位移或轉(zhuǎn)角，從而使設(shè)計小于規(guī)范所規(guī)定之限值。  五、結(jié)論  高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題是一個長期而復(fù)雜的過程，也是建筑師開展設(shè)計工作的重點與難點。打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的墨守成規(guī)，充分發(fā)揮自身的創(chuàng)新能力，才能設(shè)計出具有過硬質(zhì)量的品質(zhì)工程。  參考文獻：  [1]安海玉，何彩云，丁永君。復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計分析[j]。天津建設(shè)科技，2011，(5)。  [2]劉少宏，陳曉光。高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實例分析[j]。中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011，(20)。  [3]王緒華，董衛(wèi)青，李昆，賀云軍，梁佶。昆明江東和諧廣場超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[j]。建筑結(jié)構(gòu)，2011，(10)。