序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的高層建筑設(shè)計(jì)研究樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。

高層建筑設(shè)計(jì)研究篇1

按照我國(guó)國(guó)家規(guī)定，高層建筑是指建筑高度超過24m的公共建筑、工業(yè)建筑（非單層）和建筑高度超過27m的住宅建筑，而如果建筑高度超過100m時(shí)，無(wú)論是住宅亦或是公共建筑則統(tǒng)一稱為超高層建筑?，F(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展導(dǎo)致城市資源日益緊缺，高層建筑順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，在城市中不斷出現(xiàn)，按照我國(guó)國(guó)家規(guī)定，針對(duì)高層建筑進(jìn)行消防設(shè)備電氣防火設(shè)計(jì)時(shí)，必須更加規(guī)范和嚴(yán)謹(jǐn)，要從根本上去保障高層建筑的電氣安全和消防能力，這一方面也體現(xiàn)出我國(guó)高層建筑消防設(shè)備電氣防火設(shè)計(jì)存在著一定的不足，需給予更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹贫纫?，才能夠?guī)范設(shè)計(jì)、保證科學(xué)。

1高層建筑消防設(shè)備電氣火災(zāi)特點(diǎn)分析

1.1火勢(shì)蔓延速度快

高層建筑消防設(shè)備一旦出現(xiàn)電氣火災(zāi)，往往會(huì)呈現(xiàn)出火勢(shì)蔓延速度極快的特點(diǎn)，而且隨著高層建筑的高度越高，風(fēng)速越大，蔓延的速度將越快。按照有關(guān)資料顯示高層建筑離地面高度10m時(shí)，風(fēng)速將達(dá)到5m/s；高度在30m處時(shí)，風(fēng)速將達(dá)到8.7m/s；而當(dāng)高度達(dá)到100m時(shí)，風(fēng)速則能夠達(dá)到18m/s。大風(fēng)速將使火勢(shì)得到風(fēng)的助力，十分難以控制。在火災(zāi)發(fā)生的初期，空氣溫度尚且不高，火災(zāi)所生成的煙和氣會(huì)集中在水平方向，速度在每秒0.3m/s左右，當(dāng)火災(zāi)發(fā)展到中后期，溫度將迅速提高，煙氣擴(kuò)散速度增加，煙和氣體的擴(kuò)散速度將達(dá)到0.8m/s，是原來的二倍以上，同時(shí)煙和氣體會(huì)沿著高層建筑的外墻以及內(nèi)部空間之中的管道迅速擴(kuò)散，速度能夠達(dá)到4m/s左右，風(fēng)將助推火勢(shì)的蔓延，風(fēng)速越高，火勢(shì)蔓延的速度就會(huì)越大，高溫空氣也會(huì)迅速蔓延，如果沒有有效的進(jìn)行防火分隔設(shè)計(jì)，高層建筑內(nèi)的高溫?zé)煔饩湍茼樦鞣N渠道，1min之內(nèi)迅速地蔓延到高層建筑頂層，即便是超過百米的高層建筑從底樓燃燒，煙氣蔓延到頂樓最多也僅需要10min。

1.2容易形成煙囪效應(yīng)

高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，功能區(qū)域多，垂直方向上存在著各種管道、豎井，包括排氣管道、下水管道、電梯井等等，這些都將成為火情蔓延的路徑，一旦出現(xiàn)火災(zāi)，低層所產(chǎn)生的煙氣將通過這些渠道快速蔓延，由于空氣密度低，加上一些管道會(huì)產(chǎn)生抽風(fēng)作用，大量的管道井就猶如高聳的煙囪，使火情和煙氣集中于此，并迅速蔓延，高層建筑高度越高，這一現(xiàn)象就越為明顯，極容易出現(xiàn)煙囪效應(yīng)。而如果高層建筑內(nèi)存放著大量的易燃物，遇到火情時(shí)幕墻將會(huì)迅速破損，之后將帶來大量的新鮮空氣，在充分的氧氣支持下，火勢(shì)將一發(fā)不可收拾，增加撲滅難度。高溫氣體不斷在高層建筑的頂層內(nèi)積蓄，容易在頂層內(nèi)發(fā)生另一場(chǎng)火災(zāi)，危及周邊的建筑物的同時(shí)，也會(huì)危及在天井疏散的逃生者生命安全。

2高層建筑消防設(shè)備電氣防火設(shè)計(jì)原則

為了保障高層建筑消防設(shè)備電氣設(shè)計(jì)的質(zhì)量，我國(guó)要求必須采取可靠的防火措施，技術(shù)可靠安全，科學(xué)經(jīng)濟(jì)適用，并能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)自防自救，所以，高層建筑進(jìn)行消防設(shè)備電氣防火設(shè)計(jì)時(shí)，所構(gòu)建起的供電系統(tǒng)需要嚴(yán)格按照國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范要求，并根據(jù)實(shí)際供電系統(tǒng)的特點(diǎn)來進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，應(yīng)該達(dá)到具備良好的可靠性、耐火性和安全性的標(biāo)準(zhǔn)，而這其中最為主要的則是消防設(shè)備供電線路的可靠性，在出現(xiàn)火災(zāi)火情時(shí)，供電系統(tǒng)的可持續(xù)性以及電氣設(shè)備線路的耐火能力都將直接關(guān)系到整個(gè)消防電氣系統(tǒng)的安全保障能力。消防設(shè)備電氣線路的可靠性意味著高層建筑出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，尤其是撲救過程中，電氣設(shè)備應(yīng)該具備良好的可靠性，不僅不會(huì)出現(xiàn)更進(jìn)一步的火災(zāi)問題，也能夠在一定程度上輔助營(yíng)救工作。

3高層建筑消防設(shè)備電氣防火設(shè)計(jì)策略分析

3.1消防設(shè)備電源負(fù)荷等級(jí)設(shè)計(jì)

對(duì)高層建筑中防電氣設(shè)備電源的負(fù)荷等級(jí)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，可以更進(jìn)一步的提高消防設(shè)備電氣供電安全和可靠系數(shù)，這也將成為高層建筑防火設(shè)計(jì)過程中的基本內(nèi)容。高層建筑中的消防電源負(fù)荷等級(jí)需要按照國(guó)家的規(guī)范要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般可以分為2類，分別是一類等級(jí)和二類等級(jí)。一類等級(jí)為一類高層建筑消防用電負(fù)荷等級(jí)；二類等級(jí)為二類高層建筑消防用電負(fù)荷等級(jí)。具體而言，一類等級(jí)供電電源需要滿足的設(shè)計(jì)要求是有兩個(gè)獨(dú)立的電源，如果出現(xiàn)負(fù)荷容量過大或者是高壓用電設(shè)備較多時(shí)，應(yīng)該適用兩路電源提供穩(wěn)定的高壓電能。如果負(fù)荷容量不大，可以優(yōu)先從整個(gè)電力系統(tǒng)內(nèi)選擇使用第二低壓電源或者是應(yīng)急發(fā)電機(jī)組設(shè)備。一級(jí)防負(fù)荷供電電源主要針對(duì)的是照明設(shè)備、通信系統(tǒng)電能源的使用，可以選擇設(shè)計(jì)蓄電池組作為儲(chǔ)備電源。一級(jí)消防負(fù)荷供電電源中，主要負(fù)荷來源除了以上供應(yīng)系統(tǒng)外，必要的情況下也需要設(shè)計(jì)硬件電源設(shè)備。二級(jí)消防負(fù)荷供電電源在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該滿足出現(xiàn)電力變壓器故障或者是電路系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)仍然能夠保持穩(wěn)定的電能源供應(yīng)，即便出現(xiàn)中斷也能夠迅速得以恢復(fù)。按照國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范要求二類高層建筑應(yīng)該設(shè)計(jì)出兩條回線路來保持穩(wěn)定的供電能力，如果無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求則應(yīng)該設(shè)計(jì)一些柴油發(fā)電機(jī)組或者是蓄電池機(jī)組作為備選電源，以此來更進(jìn)一步的保障高層建筑消防設(shè)備電氣防火能力。

3.2消防設(shè)備配電方式設(shè)計(jì)

高層建筑消防設(shè)備電氣設(shè)計(jì)的低壓配電一般選擇接電方式是將消防用電設(shè)備的供電回路電源端與變壓器低壓母線直接相連，這樣可以設(shè)計(jì)成單母線分段和放射式供電，利用這樣的設(shè)計(jì)方法如果出現(xiàn)非消防負(fù)荷故障，就可以使變壓器空氣開關(guān)自動(dòng)閉合。與此同時(shí)，在對(duì)母線進(jìn)行檢修時(shí)，變壓器自動(dòng)空氣開關(guān)也將實(shí)現(xiàn)自主斷開，以此來更進(jìn)一步的保障消防供電的安全可靠性。為了更好的提高高層建筑消防設(shè)備電氣設(shè)計(jì)的安全系數(shù)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，建議將消防用電設(shè)備的供電回路電源直接與變壓器低壓出現(xiàn)自動(dòng)空氣開關(guān)之前進(jìn)行連接，這樣的設(shè)計(jì)方法更加靈活，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的。按照國(guó)家規(guī)定，高層建筑的消防控制室、水泵房、消防電梯、防排煙系統(tǒng)等電源應(yīng)該在最末一級(jí)配電箱內(nèi)設(shè)計(jì)出能夠自動(dòng)切換的設(shè)備，而其他消防用電設(shè)備，比如門窗、閥門、卷簾、自動(dòng)滅火系統(tǒng)等尚沒有詳細(xì)的規(guī)定，需要因地制宜來進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)。一些電氣設(shè)備容量較小，布局分散，如果在末一級(jí)配電箱內(nèi)都設(shè)置自動(dòng)切換裝置，只能會(huì)導(dǎo)致配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，徒增成本，卻無(wú)法帶來良好的使用效果，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中必須要根據(jù)建筑項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行合理的規(guī)劃，可以按照高層建筑不同的樓層和防火分區(qū)功能區(qū)域等內(nèi)容來設(shè)計(jì)雙電源自動(dòng)切換裝置，并采取運(yùn)用耐火配線的方式對(duì)各消防用電設(shè)備進(jìn)行分別的連接。

3.3消防設(shè)備配電線路防火設(shè)計(jì)

在進(jìn)行高層建筑消防設(shè)備電氣防火設(shè)計(jì)時(shí)，最基本的策略是應(yīng)該積極的運(yùn)用耐火耐熱的配線裝置來提高防火能力，比如線纜的選擇敷設(shè)以及線路保護(hù)等等。在高層建筑內(nèi)重要的消防電氣設(shè)備的配電線路應(yīng)該選擇使用礦物性的電纜，可以更好地保障絕緣性能，比如M1電纜，電纜內(nèi)部為純銅材質(zhì)，能夠保持良好的通電能力，絕緣材料則為氧化鎂等化合物，保護(hù)套為沒有接縫的銅質(zhì)管套。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)考證，在輻射熱或者是高溫火焰的燃燒下，礦物絕緣電纜能夠保持非常優(yōu)秀的耐熱能力，即便經(jīng)受一個(gè)半小時(shí)的高溫灼燒，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)良好的導(dǎo)電性能。礦物絕緣電纜不僅具備優(yōu)秀的耐熱能力，同時(shí)還有防水、耐腐蝕、導(dǎo)電能力強(qiáng)、耐物理?yè)p傷、耐電磁輻射等性能，另外礦物絕緣電纜所使用的銅保護(hù)套還能夠?qū)崿F(xiàn)直接接地功能，也就是可以做地線用。電纜可以明敷，施工較為簡(jiǎn)單，后期的維修也十分便捷，與其他的電纜類型相比較，礦物絕緣電纜雖然成本較高，但是如果從綜合的角度分析，其可靠系數(shù)、敷設(shè)方法以及傳導(dǎo)系數(shù)等都有極佳的優(yōu)勢(shì)，這樣就會(huì)使后期的成本投資得到有效的降低，這對(duì)于高層建筑可持續(xù)發(fā)展而言是有其積極意義的。另一方面普通的電線電纜絕緣系數(shù)就相對(duì)較差，無(wú)論是絕緣老化和能力等等，都存在著極大的不足，有時(shí)甚至容易成為導(dǎo)致直接火災(zāi)的根本性原因。絕緣層和保護(hù)層在燃燒的過程中，普通的電纜都會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體，不僅會(huì)助燃，而且還會(huì)進(jìn)一步的威脅人身安全。所以選擇使用礦物絕緣電纜從根本上和經(jīng)濟(jì)效益上而言，可以更適用于高層建筑重要消防設(shè)備電氣防火設(shè)計(jì)要求，能夠更好地保持供電性能的連續(xù)性和整個(gè)電源線路的穩(wěn)定性。高層建筑中防火設(shè)備電氣設(shè)計(jì)中的低壓配電干線則建議使用耐火性能強(qiáng)的密集型的母線槽，這樣的設(shè)計(jì)方法相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，雖然缺陷是不如空氣式母線槽分支回路易操作，但是卻可以獲得更好的機(jī)械性能，外殼接地可靠性強(qiáng)，安全系數(shù)高，而且具備良好的防火性能。密集型母線槽的敷設(shè)需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，安裝的線槽距離必須有很強(qiáng)的精準(zhǔn)度，母線槽的叉接方式、開關(guān)箱的高度都需要根據(jù)實(shí)際的情況來進(jìn)行規(guī)劃。消防設(shè)備配電線路如果是暗敷，應(yīng)該采用普通的電信線纜，并且應(yīng)該埋在不燃燒的結(jié)構(gòu)體之內(nèi)。暗敷的保護(hù)層厚度應(yīng)該大于3cm；消防設(shè)備配電線路如果是明敷，則建議使用耐火系數(shù)強(qiáng)的礦物絕緣電纜，如果必須使用普通電纜，則必須優(yōu)先選用具有防火保護(hù)層的金屬管或者是封閉式金屬線槽，必要的情況下應(yīng)該再加噴防火涂料，以此來更進(jìn)一步的保障防火能力。消防電氣設(shè)備電源線路選擇的絕緣和保護(hù)套應(yīng)該是不具有可燃性的電纜，并將其敷設(shè)在電纜豎井內(nèi)，因?yàn)槭忻嫔系碾娎|大多都已經(jīng)具備良好的耐火性能，所以可以不穿金屬保護(hù)套，但是如果將電纜敷設(shè)在同一個(gè)電纜井之中時(shí)，電纜之間必須要使用耐火材料進(jìn)行阻隔。消防電氣設(shè)備電源線路如果在高層建筑吊頂內(nèi)進(jìn)行敷設(shè)，所使用的耐火礦物絕緣電纜往往可以避免使用防火橋架，這樣就可以避免吊頂導(dǎo)致增加層高度的問題，如果使用普通線纜，同樣需要將線纜包裹金屬管或者是在金屬線槽內(nèi)進(jìn)行布線，必要的情況下應(yīng)該使用硬質(zhì)塑料管或者塑料線槽進(jìn)行布線。

4結(jié)語(yǔ)

高層建筑消防設(shè)備電氣設(shè)計(jì)作為高層建筑防火設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，在設(shè)計(jì)的過程中必須充分根據(jù)工程實(shí)際，嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定要求，盡可能提高防火能力。電氣設(shè)備既要保持良好的供電性能，也要具備良好的耐火性，這樣才能夠維持高層建筑的使用安全，這對(duì)于廣大建筑設(shè)計(jì)工程人員而言，既是挑戰(zhàn)也是技術(shù)發(fā)展的機(jī)遇，值得我們深思。

作者:莊孝凡 毛仕漢 單位:浙江省嘉興市嘉善縣消防救援大隊(duì) 浙江省嘉興市平湖消防救援大隊(duì)

高層建筑設(shè)計(jì)研究篇2

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的不斷發(fā)展,越來越多現(xiàn)代化技術(shù)被廣泛應(yīng)用到工程建設(shè)中,項(xiàng)目設(shè)計(jì)、原材料、施工方法都發(fā)生了較大改變。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,建筑行業(yè)要朝著綠色化、節(jié)能化方向發(fā)展,解決資源短缺和過度消耗的窘境。其中,剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)成為了建筑時(shí)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容,一方面可以降低材料用量,另一方面也可提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性,和綠色建筑理念相符。因此,對(duì)綠色建筑理念下的高層剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)展開分析具有重要意義。

1綠色建筑和剪力墻結(jié)構(gòu)概述

1.1綠色建筑的概念

綠色建筑,就是在全生命周期內(nèi),在保證項(xiàng)目質(zhì)量與安全的前提下,使用綠色材料和施工技術(shù),減少不必要的資源浪費(fèi)與能源消耗,避免對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來破壞,同時(shí)實(shí)現(xiàn)土地、水電等各方面資源節(jié)約,降低污染,實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處。綠色建筑的可靠性、穩(wěn)定性更為突出,使用壽命長(zhǎng),可以將環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)理念貫徹落實(shí)到位[1]。

1.2剪力墻的概念

從本質(zhì)上來看,剪力墻結(jié)構(gòu)就是鋼筋混凝土墻板結(jié)構(gòu),強(qiáng)度和穩(wěn)定性都有所保障,因此目前在建工程中得到了廣泛應(yīng)用,可以有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)梁柱的框架結(jié)構(gòu),在高層建筑中的優(yōu)勢(shì)更為突出,可承受更多荷載內(nèi)力,控制結(jié)構(gòu)水平力。剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在這幾個(gè)方面:墻體的肢長(zhǎng)和厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出承載能力,剛度平面小,會(huì)受到剪力、彎距等作用。在自然災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū),將剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用到高層建筑施工中,既能夠控制能源消耗,滿足非彈性變形的重復(fù)效應(yīng),又能夠提升建筑剛度,其價(jià)值可得到充分展現(xiàn)[2]。

2剪力墻的分類與設(shè)計(jì)原則

2.1剪力墻的分類

2.1.1實(shí)體墻

墻體開洞面積小于整體面積的15%,就是實(shí)體墻,這種類型的墻體在高度變形之后會(huì)呈彎曲狀態(tài),線形的應(yīng)力分布是其主要受力特點(diǎn)。

2.1.2整體小開口剪力墻

墻體開洞面積在15%以上,但是面積仍然不大的,就屬于小開口整體墻,沒有反彎點(diǎn),受力應(yīng)當(dāng)考慮彎矩大小。

2.1.3雙肢或多肢剪力墻

這種墻體的開洞面積比較大,或是洞口數(shù)量多,呈分裂排開狀態(tài)。其受力形式和整體小開口剪力墻大致相同。

2.1.4壁式框架

是開洞最大、反彎點(diǎn)眾多的剪力墻結(jié)構(gòu)類型。

2.2剪力墻設(shè)計(jì)的原則

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最基本的原則,就是高安全性、高質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)性,不能影響建筑本身的強(qiáng)度,以最小的收益創(chuàng)造出最大價(jià)值。安裝位置、位移限值都是要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容,同時(shí)控制好剪力墻的數(shù)量、高度以及相關(guān)構(gòu)件,即便是在地震或其他惡劣地質(zhì)災(zāi)害的影響下,其傾覆力矩和總彎矩之間的比例仍然要符合要求[3]。

2.2.1樓層最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則

在剪力墻設(shè)計(jì)的過程中,應(yīng)當(dāng)注意剪力墻的數(shù)目分布,對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),比如提升其橫向剛度,調(diào)整層間剪力系數(shù)等。這樣做的主要目的在于,讓結(jié)構(gòu)整體自重更輕,不僅有助于實(shí)現(xiàn)成本目標(biāo),還可抵御地震以及其他地質(zhì)災(zāi)害的影響[4]。

2.2.2樓層層間最大位移與層高比的調(diào)整原則

樓層之間的跨度、層與層之間的高度比,都是剪力墻設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重點(diǎn),可以準(zhǔn)確計(jì)算出地震發(fā)生時(shí)建筑可能出現(xiàn)的位移,以及位移的確切范圍,讓設(shè)計(jì)人員了解到如何優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)與規(guī)格,才能夠讓建筑墻體成為整體,抵御彎曲變形。垂直構(gòu)件的數(shù)量,和剪切變形控制之間有著十分密切的聯(lián)系,但是這并不代表構(gòu)件數(shù)量越多越好,而是應(yīng)當(dāng)按照設(shè)計(jì)圖紙上的相關(guān)要求,布置在合理的位置,盡可能減少其扭轉(zhuǎn)變形量,以滿足層間位移的控制要求。從這個(gè)角度來看,在高層建筑剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)方面,應(yīng)當(dāng)充分重視垂直構(gòu)件的剛度,避免產(chǎn)生過大的位移量[5]。

2.2.3剪力墻連梁超限的調(diào)整原則

如果剪力墻的跨高比在2.5以下,那么彎矩和剪力可能會(huì)達(dá)到極限值,為了保證建筑工程的強(qiáng)度,這一數(shù)值要確保在2.5以上。如果跨度在5~6之間,應(yīng)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)拆除連續(xù)墻,減少剛度,這既是優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求,同時(shí)也有助于降低成本投入,實(shí)現(xiàn)效益最大化。

3基于綠色建筑的高層剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)建筑高度越高,其底部需要承受的壓力就越大,過渡層質(zhì)量也會(huì)相應(yīng)的增加,對(duì)轉(zhuǎn)換層和剛度上下比進(jìn)行調(diào)整,是需要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。為了提升項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量,轉(zhuǎn)換層的剛度與質(zhì)量不能過大,在水平力的作用下,利用專業(yè)儀器設(shè)備進(jìn)行空間分析,確保其層間位移角符合要求即可;(2)在選擇過渡層結(jié)構(gòu)的剛度與重量時(shí),可計(jì)算出其振動(dòng)模態(tài)的數(shù)目;(3)安排專業(yè)人員對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)展開全方位分析,查看是否存在薄弱點(diǎn),掌握具體的內(nèi)力分布特點(diǎn),調(diào)整構(gòu)件位置,針對(duì)性的做好結(jié)構(gòu)加強(qiáng)工作[6]。

3.2確保剪力墻剛度符合要求

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,相關(guān)政策也越來越完善,高層建筑施工過程中,剪力墻截面一定要符合參數(shù)規(guī)范,獨(dú)立的矩形墻肢的截面高度要在截面寬度的五倍以上。為了防止出現(xiàn)剛度、強(qiáng)度等方面的設(shè)計(jì)缺陷,通常會(huì)采用合并洞口的方式,或是根據(jù)實(shí)際情況來適當(dāng)調(diào)整剪力墻的結(jié)構(gòu),將墻肢設(shè)計(jì)在靠近墻體的位置,用鋼筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理,讓剪力墻處于良好的受力狀態(tài)。剪力墻的延性也是需要關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容,可有效避免脆性的剪切破壞。此外,高層建筑對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的要求會(huì)更高,為了防止地質(zhì)災(zāi)害和極端氣候的影響,可通過提升剪力墻厚度滿足建筑地點(diǎn)的地震預(yù)防需求,比如想要預(yù)防八級(jí)地震,剪力墻結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度就要達(dá)到二級(jí)。當(dāng)其厚度符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),墻體偏心荷載不會(huì)出現(xiàn)偏移,而且平面剛度有所保障。

3.3優(yōu)化連梁設(shè)計(jì)

建筑行業(yè)對(duì)剪力墻連梁設(shè)計(jì)也有著明確規(guī)定,高跨比在2.5以下、2.5以上的,其承載力、加固、配筋等方面的規(guī)定有一定區(qū)別。為了確保剪力墻參數(shù)符合要求,有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)充分意識(shí)到連梁設(shè)計(jì)的重要性,采用合理的手段進(jìn)行塑性調(diào)整。在計(jì)算內(nèi)力的過程中,先對(duì)梁的剛度進(jìn)行折減,同時(shí)結(jié)合梁彎矩、剪力值、折減系數(shù)等參數(shù)。

3.4剪力墻底部加強(qiáng)

高層建筑的自重非?？鋸?如果僅僅依靠剪力墻的承載力,顯然無(wú)法滿足項(xiàng)目的支撐要求,強(qiáng)度和穩(wěn)定性會(huì)大受影響。為了解決這一問題,提升剪力墻的承重能力,就成為了設(shè)計(jì)人員需要關(guān)注的重點(diǎn),過去一段時(shí)間內(nèi),在墻體底部設(shè)置加強(qiáng)墻,是比較理想的方式。但是這種處理手段,會(huì)改變墻體的受力結(jié)構(gòu),某種程度上來看,會(huì)給項(xiàng)目埋下一定的安全質(zhì)量隱患。因此,應(yīng)當(dāng)在原有方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新,采用全新的設(shè)計(jì)優(yōu)化方式。對(duì)于一般的剪力墻結(jié)構(gòu),如果沒有特殊要求,加強(qiáng)墻的高度控制在總高度的八分之一為宜,不可過高,以高度參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算,得到墻體厚度的具體數(shù)值。剪力墻結(jié)構(gòu)本身具有一定的特殊性,可以在其底部增設(shè)部分特殊結(jié)構(gòu),優(yōu)化邊緣部件,做好底部固定工作。

3.5較多的使用一般剪力墻

普通的剪力墻,是優(yōu)化高層建筑剪力墻的重要手段,能夠有效控制短肢剪力墻與小墻肢的數(shù)量,結(jié)構(gòu)的豎向、水平向剛度、承載力都需要合理分布?！癓”型、“T”型剪力墻的應(yīng)用比較普遍,主要是因?yàn)榭梢蕴嵘Y(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度。

3.6剪力墻開洞的處理

除了需要考慮到建筑工程的功能性需求來設(shè)置門窗洞之外,還要考慮到設(shè)計(jì)方案與工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn),適當(dāng)調(diào)整開洞的位置與大小。整片的剪力墻,其長(zhǎng)度應(yīng)該在設(shè)計(jì)圖紙的合理范圍內(nèi),開洞之后用弱連梁進(jìn)行連接。剪力墻的長(zhǎng)度與剛度之間呈正向關(guān)系,長(zhǎng)度越大,表明其剛度也就越高,吸收到地震力也就更大。如果在這個(gè)時(shí)候建筑主體的墻體受到損傷,高層建筑的抗震性能將會(huì)大受影響,無(wú)法保證住戶安全。因此,每一片區(qū)域的剪力墻長(zhǎng)度不應(yīng)過長(zhǎng),注意分散布置,均勻承受地震的作用力。

4實(shí)際案例研究

4.1項(xiàng)目介紹

某市某工程項(xiàng)目總用地面積5829m2,總建筑面積13512m2,為八層住宅結(jié)構(gòu),配備地下停車場(chǎng)、商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)、社區(qū)辦公用房等配套設(shè)施。(1)優(yōu)化計(jì)劃。建立了優(yōu)化模型并明確標(biāo)注了相關(guān)參數(shù),包括混凝土容量、基本風(fēng)壓、連梁剛度折減系數(shù)等;(2)優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置。通過調(diào)查該項(xiàng)目的實(shí)際情況,可以了解到結(jié)構(gòu)布置方面還有多處需要調(diào)整的地方,比如結(jié)構(gòu)自重不足、走廊、衛(wèi)生間、廚房等樓板厚度太厚,小墻肢比較多,不僅強(qiáng)度難以滿足要求,還會(huì)帶來不必要的成本浪費(fèi)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要目標(biāo)如下:修正門窗、提升墻體利用率、減少鋼筋、節(jié)約混凝土用量等。

4.2初步優(yōu)化設(shè)計(jì)

要積極響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)生調(diào)整時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮到其他關(guān)聯(lián)變量,注意不同變量變化之后,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、排碳量以及抗震性能之間的關(guān)系,通常需要進(jìn)行反復(fù)的試驗(yàn),才能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。就高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)來看,需要在分析以及校核的同時(shí),進(jìn)行綜合和優(yōu)先選擇,確定好剪力墻結(jié)構(gòu)數(shù)量與分布形式后,應(yīng)當(dāng)將碳排放量控制在最低水平,以實(shí)現(xiàn)綠色建筑發(fā)展目標(biāo)。

4.3二次優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)高層建筑工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次優(yōu)化,應(yīng)當(dāng)注重剪力墻布置的形式以及數(shù)量要求。本項(xiàng)目?jī)?yōu)化初期,構(gòu)建了相應(yīng)的模型,原模型剪力墻結(jié)構(gòu)數(shù)量與布置形式不變的基礎(chǔ)上,改變了其厚度,在模型中設(shè)置了300mm、250mm、220mm、200mm厚度的墻體。通過計(jì)算可以了解到,當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)厚度變小時(shí),其剛度和碳排放量也隨之減少,抗震性能以及整體的強(qiáng)度,仍然能夠滿足工程要求。不難看出,即便固定剪力墻結(jié)構(gòu)的數(shù)量和布置方式,也并不代表沒有優(yōu)化的空間,這可以給設(shè)計(jì)人員提供全新思路。在明確的范圍內(nèi),可以適當(dāng)降低剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度,讓抗震指標(biāo)達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn),可利用計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建模型,并持續(xù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,在本項(xiàng)目中,使用了厚度為200mm的剪力墻結(jié)構(gòu),C30和C40混凝土,碳排放量也有明顯降低。

5結(jié)語(yǔ)

總而言之,我國(guó)建筑行業(yè)目前正朝著高層化、綠色環(huán)保化的方向發(fā)展,在大趨勢(shì)下,建筑結(jié)構(gòu)自重更輕、適用的材料對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)害,強(qiáng)度與穩(wěn)定性更為突出,剪力墻結(jié)構(gòu)有著極為廣闊的發(fā)展前景。在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中,設(shè)計(jì)人員要前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面考察,分析地質(zhì)、地形、自然環(huán)境等情況,針對(duì)薄弱處展開設(shè)計(jì)優(yōu)化,提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能與承重性能,降低不必要的材料與資源浪費(fèi),讓剪力墻的作用得到最大化展現(xiàn),推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展。

作者:孔慶秋 單位:廣州市建工設(shè)計(jì)院有限公司

高層建筑設(shè)計(jì)研究篇3

1工程概況

廣州鴻粵集團(tuán)汽車集群大樓位于廣州市白云區(qū)永平街東平村。地上塔樓19層，建筑總高度93.7m（消防高度98.00m）；為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，本工程抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度7度，特征周期為0.35s；場(chǎng)地類別：Ⅱ類，地震加速度：0.10g。本工程塔樓Y方向高寬比93.7/18.4=5.09，小于高寬比限值6的要求。

2大空間大跨度結(jié)構(gòu)布置的選型及比較

國(guó)家及地方出臺(tái)的相關(guān)規(guī)范[1～5]以及全國(guó)幾大設(shè)計(jì)院編寫的結(jié)構(gòu)統(tǒng)一技術(shù)措施[6～7]，對(duì)本工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理選型，確定計(jì)算參數(shù)，分析如下。

2.1鋼-混凝土組合梁樓蓋

此種結(jié)構(gòu)為鋼梁上托鋼筋桁架樓承板，其之間設(shè)置抗剪栓釘?shù)挚箖烧咴诮唤缑嫣幍南鄬?duì)滑移，使之形成一個(gè)整體，進(jìn)而共同作業(yè)。但樓承板至少100mm厚，鋼梁剩余750mm高。鋼梁樓蓋不容易設(shè)計(jì)成正交方向的梁雙向受力，只能設(shè)計(jì)成主次梁的傳力體系，因而沿Y軸方向布置較密的19m跨度主梁，柱列之間的鋼結(jié)構(gòu)主梁在K軸M軸處與邊梁鉸接，為受力均勻13軸、15軸處的鋼結(jié)構(gòu)主梁與柱也做成鉸接，其傳荷載路線由樓承板→次梁→主梁→邊梁或柱。主梁受荷較大、跨度也大且兩端為鉸接，在梁中會(huì)產(chǎn)生較大的彎矩，撓度也大，也可能在人行走的作用下，產(chǎn)生較大的豎向加速度，產(chǎn)生震動(dòng)。尤其是目前廣東某超高層鋼結(jié)構(gòu)大廈已出現(xiàn)不明震動(dòng)問題，更應(yīng)慎重對(duì)待。還有防火問題及現(xiàn)場(chǎng)焊縫問題等難以把控，在近百米的高層建筑內(nèi)，層層采用相對(duì)較大的19m單跨鋼梁是不合適的。

2.2鋼筋混凝土主次梁樓蓋鋼筋混凝土

井字梁樓蓋由于Y向梁跨相對(duì)較大,若以主次梁方式傳遞內(nèi)力,對(duì)于19m跨度主次梁樓蓋結(jié)構(gòu),要么加大主框架梁高度，要么改用密肋梁。前者雖能解決受力問題,但因結(jié)構(gòu)梁高偏大,對(duì)建筑功能所要求的大空間影響較大,而后者雖可減輕主框架梁荷載，但大跨度次梁梁高也不小，與主框架梁梁高一樣高。因此，從建筑空間的使用及舒適度分析,以上的方法都稍顯笨拙。另外,按主次梁樓蓋布置，其傳荷是由板→次梁→框梁→柱。最終所有荷載都集中到主框架梁傳給柱,致使主框架梁產(chǎn)生過大的彎矩,而為滿足正截面受彎承載力及撓度計(jì)算不超限，不得不采用較大的梁高。因而19m跨度的主框架梁，采用鋼筋混凝土主次梁樓蓋方案，850mm梁高是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的[8]，所以此方案不可行。

2.3鋼筋混凝土井字梁樓蓋

由于有2個(gè)對(duì)稱布置的鋼筋混凝土筒體具有較好的抗側(cè)移及抗扭轉(zhuǎn)作用，消除了13軸和15軸有2跨19m跨的單跨框架的不利影響，結(jié)合建筑內(nèi)部柱網(wǎng)尺寸較規(guī)整的特點(diǎn),最終選擇了鋼筋混凝土井字梁樓蓋[9]，如圖2所示。井字梁樓蓋好比一塊大跨度的雙向板,將板底一些對(duì)承載力無(wú)用的混凝土去掉，同時(shí)也減輕了結(jié)構(gòu)重量，而且是雙向受力，比一般的主次梁樓蓋性能更為優(yōu)越。這種樓蓋的2個(gè)正交方向的梁不分主次,互相交叉形成井狀網(wǎng)格，其互相協(xié)同工作,共同承受板上傳來的荷載,改善了大跨雙向樓蓋受力情況，能實(shí)現(xiàn)的跨度遠(yuǎn)比雙向板大得多。為了保證雙向井字梁樓蓋的雙向受力特征，其長(zhǎng)短跨度比一般控制在1.5以內(nèi)，而大于1.5長(zhǎng)短跨度比的井字梁布置，其受力特性隨長(zhǎng)短跨比值增大，而逐步傾向于單向受力，井字梁的性能亦趨下降。井字梁的梁距網(wǎng)格不應(yīng)太大,本工程控制在2.7m以內(nèi)，樓板截面厚度控制在100mm[8]，盡量減輕樓面廣州某百米高層建筑無(wú)內(nèi)柱大空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析盧啟奇（深圳中灝國(guó)際建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東深圳518000）摘要：為實(shí)現(xiàn)百米高層建筑塔樓每層室內(nèi)無(wú)內(nèi)柱形成大空間，采用鋼筋混凝土井字梁樓蓋，通過增加邊框梁寬度，合理加寬剛度較大的框架井字梁寬度，盡可能將較多的井字梁在支座處連續(xù)貫通以增加梁剛度，雙層雙向通常加強(qiáng)樓板配筋等措施。通過計(jì)算，對(duì)此種樓蓋結(jié)構(gòu)的承載力、撓度變形、裂縫寬度以及樓板舒適度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，為大空間無(wú)內(nèi)柱高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的實(shí)例。關(guān)鍵詞：大空間；無(wú)內(nèi)柱；井字梁樓蓋；撓度；裂縫寬度；豎向振動(dòng)舒適度作者簡(jiǎn)介：盧啟奇（1963-），男，湖北黃石人，工程學(xué)士，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。恒荷載。本項(xiàng)目井字梁的兩端在X向基本上是連續(xù)貫通的，增加了雙向井字梁樓蓋的整體剛度，減小了跨中撓度及裂縫寬度，也提高了樓蓋結(jié)構(gòu)豎向震動(dòng)舒適度。本工程標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)井字梁布置如圖2所示，除K軸及M軸處邊框梁梁高為900mm外，其余的內(nèi)部梁梁高均為850mm。由于在13軸和15軸處有2根框架井字梁兩端被框架柱約束，抗彎剛度比非框架井字梁大很多，吸收的樓層豎向荷載傳來的內(nèi)力（包括彎矩和剪力）也大很多，需要的梁寬也就比非框架井字梁大很多，取梁寬為600mm，1/L軸處框架井字梁梁寬也取600mm，其余內(nèi)部非框架井字梁梁寬均為250mm，K軸及M軸處邊框梁因抗扭需要，梁寬為500mm。10軸和18軸兩處框架梁雖然是大跨度井字樓蓋的邊支座梁，但井字梁貫穿此支座，此2根框架梁為井字梁的中間支座，沒有過大的扭矩，主要是承擔(dān)次梁傳來的彎矩和剪力很大，梁寬為600mm。

3結(jié)構(gòu)計(jì)算和設(shè)計(jì)控制

本工程采用YJK-A進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析與設(shè)計(jì)。按《廣東省高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（DBJ/T15-92-2021）設(shè)計(jì)[4]，按《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）計(jì)算地震作用[10]；標(biāo)準(zhǔn)層辦公樓面活荷載加活動(dòng)隔墻活荷載共3.5kN/m；考慮樓面附加恒荷載（不包結(jié)構(gòu)自重）2kN/m2；混凝土強(qiáng)度等級(jí)豎向構(gòu)件采用C55～C30,梁板采用C30，鋼筋強(qiáng)度等級(jí)均采用Ⅲ級(jí)螺紋鋼（HRB400），其他計(jì)算參數(shù)如表1所示。計(jì)算中,框架井字梁端與柱及墻連接按固接計(jì)算考慮。X向非框架井字梁端基本上是連續(xù)貫通的，也按固接計(jì)算考慮。為減小Y向非框架井字梁梁端在M軸及K軸處對(duì)邊框梁的扭轉(zhuǎn)作用，盡量按鉸接處理。但此處梁端無(wú)法做到理想的鉸接，同時(shí)也是為了減小非框架井字梁跨中的撓度，此處梁端按半鉸接計(jì)算考慮,轉(zhuǎn)動(dòng)釋放比例取90%，接近于鉸接，盡量放松了非框架井字梁梁端彎矩，減小了對(duì)邊框架梁的扭轉(zhuǎn)作用，計(jì)算結(jié)果如表2所示。以上指標(biāo)除地下室頂板質(zhì)量比1.52略大于1.5，X向最小剪重比3.65%，略小于3.70%外，均滿足規(guī)范要求。所有樓層扭轉(zhuǎn)位移比均小于1.2，結(jié)構(gòu)為扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不明顯，全樓沒有小偏拉豎向構(gòu)件，13層以下沒有大偏拉豎向構(gòu)件，本工程無(wú)剛度突變現(xiàn)象，滿足規(guī)范要求。Y方向風(fēng)荷載作用下的樓層最大頂點(diǎn)位移84.23mm，與塔樓地上總高度93.7m之比84.23/93700=1/1112，滿足按彈性方法計(jì)算的風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位移與結(jié)構(gòu)總高度之比Utop/H不宜大于1/600的要求。經(jīng)過對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析,數(shù)據(jù)顯示大部分梁配筋率在0.6%～1.6%,與經(jīng)濟(jì)配筋率接近。邊框柱除頂層外，絕大部分都是構(gòu)造配筋，表明大跨度鋼筋混凝土雙向井字梁樓蓋結(jié)構(gòu)對(duì)框架柱的受力沒有造成惡劣的影響。本工程按抗震性能目標(biāo)等級(jí)C級(jí)，第3性能水準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈塑性計(jì)算分析，能夠滿足《廣東高規(guī)》性能水準(zhǔn)3對(duì)結(jié)構(gòu)整體、構(gòu)件的承載力及變形要求。抗倒塌分析表明，在假定的失效模式下，結(jié)構(gòu)能夠滿足抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)要求[3]。

4混凝土極限撓度和裂縫寬度計(jì)算

計(jì)算井字梁撓度和裂縫寬度之前，先按裂縫寬度≤0.3mm和鋼筋直徑≤25mm生存配筋，并沿梁全長(zhǎng)頂面配筋不少于梁頂面、底面兩端縱向配筋中較大截面面積的1/4[4]；梁底配筋全部伸入支座錨固；樓板雙層雙向通長(zhǎng)配筋，每層每個(gè)方向采用配筋，配筋率≥0.3%。

4.1樓面梁的撓度計(jì)算

通常來說，梁跨中撓度最大，也是最大裂縫寬度出現(xiàn)的位置?，F(xiàn)以計(jì)算撓度最大的第14層第13軸與15軸之間Y向非框架井字梁為例。梁寬250mm，梁高850mm，梁中至梁中跨度L為18.6m，梁凈跨LN為18.1m，梁的計(jì)算跨度Lo取min(L，1.05LN)即18.6m。本工程是近百米高度的高層建筑，而且從±0.00開始到頂層每層都是大空間較大跨度梁（中間2跨是單跨），所以撓度從嚴(yán)控制，按計(jì)算跨度Lo的1/400計(jì)算[3]，撓度允許值為18600/400=46.5mm。計(jì)算出13軸與15軸之間Y向非框架井字梁撓度值為29.3+9.0+3.4=41.7mm＜46.5mm，滿足規(guī)范要求。

4.2樓面梁的裂縫寬度計(jì)算

本工程大空間井字梁都在室內(nèi)環(huán)境，環(huán)境類別為一類，最大裂縫寬度的限值為0.3mm[3]。同樣計(jì)算第14層裂縫寬度,最大裂縫寬度出現(xiàn)在井字梁的跨中部位，最大裂縫寬度為0.29mm＜0.3mm，滿足要求。

5樓蓋結(jié)構(gòu)豎向震動(dòng)舒適度的計(jì)算

按《廣東省高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（DBJ/T15-92-2021）第3.7.7條樓蓋結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)舒適度的計(jì)算，應(yīng)符合下列規(guī)定：①鋼筋混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)豎向頻率不宜小于3Hz；②對(duì)于豎向自振頻率不小于4Hz的樓蓋豎向振動(dòng)加速度限值，人員活動(dòng)的住宅、辦公環(huán)境，峰值加速度限值為0.05（m/s2）[4]。本文采用行走路線法，與時(shí)程激勵(lì)相關(guān)的一些參數(shù)取值[11]如下：①阻尼比0.02；②人的體重為0.7kN；③步距取為0.75m；④單步落足激勵(lì)的步頻取人行步頻的平均值2Hz?，F(xiàn)抽取撓度最大的第14層計(jì)算結(jié)果，第14層鋼筋混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)豎向頻率為6.59683Hz＞3Hz，忽略瞬態(tài)響應(yīng)，豎向振動(dòng)加速度最大值為0.027（m/s2）＜0.05（m/s2），均滿足要求。由以上計(jì)算可知，本工程大空間井字梁主要由裂縫寬度及撓度控制，均滿足規(guī)范要求，本工程井字梁設(shè)計(jì)上是可行的，但都接近規(guī)范限值。為解決較大跨度井字梁結(jié)構(gòu)中，梁跨中彎矩大、撓度大、裂縫大以及跨中梁頂負(fù)鋼筋過少、梁頂裂縫大等問題，可采取以下措施：①增加大跨度梁底鋼筋及選用直徑不大于25mm的鋼筋；②配置一定量的梁頂貫通鋼筋；③樓板配鋼筋雙層雙向；④施工時(shí)起拱。

6結(jié)束語(yǔ)

由于在高層建筑內(nèi)部層層不設(shè)內(nèi)框架柱，并且梁高還受到限制的大跨度鋼筋混凝土井字梁結(jié)構(gòu)，在全國(guó)還屬于首例，樓蓋實(shí)際豎向振動(dòng)加速度還有待觀測(cè)。建議對(duì)廣州鴻粵集團(tuán)汽車集群大樓無(wú)內(nèi)柱大空間井字梁樓蓋結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形及豎向振動(dòng)加速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，以便能更好地服務(wù)于實(shí)際工程。

作者:盧啟奇 單位:深圳中灝國(guó)際建筑設(shè)計(jì)院有限公司

高層建筑設(shè)計(jì)研究篇4

高層建筑泛指建筑高度大于27m的住宅建筑和建筑高度大于24m的民用建筑，憑借層數(shù)高、體量大的優(yōu)點(diǎn)，增加了人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ鞯幕顒?dòng)面積。但其弊端也非常明顯，由于建筑高度較高，使用功能多樣化，高樓層與低樓層的建筑功能改變，對(duì)上下層的結(jié)構(gòu)布置要求就會(huì)有所不同，建造成本也隨之上升、施工過程難度大、消防救援困難等問題也逐步顯現(xiàn)。現(xiàn)階段高層建筑設(shè)計(jì)中，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)作為解決上下層建筑功能轉(zhuǎn)變的一種形式，受到了建筑設(shè)計(jì)者和使用者的高度重視，為了保證高層建筑的安全性、合理性，將高層建筑優(yōu)勢(shì)最大化、弊端最小化，建筑設(shè)計(jì)者應(yīng)重新審視高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

轉(zhuǎn)換層主要是使樓層的上部結(jié)構(gòu)荷載通過轉(zhuǎn)換層重新分配并傳遞給下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)換構(gòu)件可以采用轉(zhuǎn)換梁、桁架、空腹桁架、箱型結(jié)構(gòu)、斜撐以及6度抗震設(shè)計(jì)和7、8度抗震設(shè)計(jì)地下室采用厚板。其中梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，傳力明確，施工過程相對(duì)方便的特點(diǎn)，在保障高層建筑上下層安全對(duì)接的同時(shí)，極大限度滿足了不同樓層空間的使用要求，因此，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)廣泛用于高層建筑設(shè)計(jì)中。常見的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的框支梁按照受力方向的不同分為單向和雙向兩種，框支梁又被稱作轉(zhuǎn)換梁，是通過水平結(jié)構(gòu)與上下部構(gòu)件豎向連接，使高層建筑傳力、受力過程更明確，廣泛用于高層建筑的底部構(gòu)件中。在高層建筑施工過程中，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）明確規(guī)定了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中鋼筋和配筋的要求，轉(zhuǎn)換梁的高度應(yīng)大于跨度的12.5%，以此保障梁式轉(zhuǎn)換層的受力能力，確保轉(zhuǎn)換層的穩(wěn)定性[2]。例如，某商用高層建筑，總層數(shù)共25層，建筑高度在100m左右，其中，地下2、3層作為停車庫(kù)、地下1層作為大型超市和設(shè)備房、1層到5層作為購(gòu)物中心、5層到頂層作為寫字樓，轉(zhuǎn)換層的設(shè)置層數(shù)應(yīng)在5樓，這樣能保障梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)置在高層建筑的偏低樓層，同時(shí)又能滿足5層以下對(duì)大空間的使用要求。轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)要充分考慮高層建筑受力分布對(duì)框支梁的影響，根據(jù)高層建筑的高度、用途不同，考慮框支梁的受力程度，配置與其相符的鋼筋結(jié)構(gòu)，提高高層建筑的安全性與穩(wěn)定性。

1.2設(shè)計(jì)原理

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要遵循三維立體設(shè)計(jì)原則，利用BIM技術(shù)，打造三維立體模型，確保高層建筑施工的高效性。高層建筑在梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過利用BIM技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)模擬高層建筑的項(xiàng)目建設(shè)。在施工前，規(guī)范高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層施工人員的操作行為，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在施工過程中遇到的問題和潛在風(fēng)險(xiǎn)，極大提高了高層建筑的安全性。梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循三維立體的設(shè)計(jì)原則，避免了CAD技術(shù)帶來重復(fù)工作內(nèi)容的可能，使建筑設(shè)計(jì)更有針對(duì)性地開展，利用BIM技術(shù)可視化的表現(xiàn)方式，使設(shè)計(jì)人員更直觀地看到梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)。通過數(shù)字信息構(gòu)建仿真模擬的高層建筑物，在設(shè)計(jì)階段可預(yù)測(cè)光照、地震等自然因素對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層的影響，并將高層建筑各部分信息歸納整合，分析梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑各結(jié)構(gòu)之間的作用，充分發(fā)揮多方協(xié)作功能，使高層建筑之間完成多方的信息交流，設(shè)計(jì)者利用數(shù)字信息模型，完成梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，實(shí)現(xiàn)高層建筑的高效施工。

2高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)策略

2.1確定結(jié)構(gòu)橫豎布局

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)首先要確定梁柱的橫豎布局，搭建框架結(jié)構(gòu)體系（如圖2所示），確保轉(zhuǎn)換層受力均勻。從圖2可以看出，梁式轉(zhuǎn)換層的橫向框架梁和縱向聯(lián)系梁通過節(jié)點(diǎn)相互連接構(gòu)成，使高層建筑間的作用力以水平力為主，受力方式由墻（柱）到轉(zhuǎn)換梁再到柱（墻）。梁式轉(zhuǎn)換層框架的結(jié)構(gòu)體系，使建筑平面布置更加靈活，在高層建筑內(nèi)部獲得較大空間，適用于商場(chǎng)、餐廳等娛樂場(chǎng)所設(shè)施的搭建。例如，在20層的建筑中，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的橫豎布局必須要與建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)相結(jié)合。剪力墻是建筑豎向的承重結(jié)構(gòu)，在水平力的作用下，剪力墻是下端固定，上端自由的懸臂柱，屬于剛性結(jié)構(gòu)。那在梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的橫豎布局中，必須要以強(qiáng)化下部為設(shè)計(jì)核心，增大高層建筑的底部強(qiáng)度，固定剪力墻下端，利用鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)，增加剪力墻厚度，厚度范圍以0.35m~0.4m適宜。并在梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上層設(shè)計(jì)中，采取弱橫強(qiáng)縱的設(shè)計(jì)原則。橫向框架梁和縱向聯(lián)系梁之間的連接節(jié)點(diǎn)常是薄弱點(diǎn)，框架梁的受力條件具有一定復(fù)雜性，在橫縱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要充分考量轉(zhuǎn)換層的受力情況。例如，在縱向聯(lián)系梁中的鋼筋配比應(yīng)具備科學(xué)性，當(dāng)高層建筑設(shè)定抗震等級(jí)為1級(jí)時(shí)，縱向聯(lián)系梁的鋼筋配比應(yīng)≥1%，鋼筋間距應(yīng)在75mm~220mm之間。此外，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)位置也要利用BIM技術(shù)，搭建數(shù)字模擬模型，分析高層建筑的受力形態(tài)，考慮梁式轉(zhuǎn)換層的適用情況，嚴(yán)格控制剪力墻和轉(zhuǎn)換層之間的受力分布，確保框架結(jié)構(gòu)體系可在高層建筑中發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)。

2.2科學(xué)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層

科學(xué)設(shè)計(jì)高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，應(yīng)從兩方面出發(fā)：一方面，要充分計(jì)算梁式轉(zhuǎn)換層的整體結(jié)構(gòu)，利用有限元和補(bǔ)充計(jì)算法檢測(cè)轉(zhuǎn)化層的使用壽命[3]。根據(jù)梁式轉(zhuǎn)換層的水平受力特點(diǎn)出發(fā)，橫向框架梁和縱向聯(lián)系梁與剪力墻緊密相連，因此，轉(zhuǎn)換層的計(jì)算方法十分復(fù)雜，在計(jì)算時(shí)要將剪力墻作為基礎(chǔ)運(yùn)算單位，對(duì)轉(zhuǎn)換層的受力面積和受力狀態(tài)具體分析，明確高層建筑內(nèi)部的三維空間結(jié)構(gòu)。例如，以計(jì)算樓板支撐架為例，轉(zhuǎn)換層板厚度為180mm，混凝土堆積高度取300mm。另一方面，要明確梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中框支柱的數(shù)量比例?？蛑е侵慰蛑Я旱闹樱寝D(zhuǎn)換柱的一種，如圖3所示?？蛑е橇菏睫D(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中的重要一環(huán)，例如，當(dāng)梁式轉(zhuǎn)換層下部分為框架結(jié)構(gòu)，上部分為剪力墻時(shí)，就需要建立橫向的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)——框支梁，那支撐框支梁的柱子就為框支柱。在設(shè)計(jì)框支柱的數(shù)量時(shí)，一般20層左右的高層建筑，框支柱數(shù)量在10根左右，根據(jù)轉(zhuǎn)換層受力不同，框支柱的荷載量也不相同。如果選用10根以下框支柱，那各支柱的荷載量要不小于2.8%的基地剪力；如果選用10根以上的框支柱，那各支柱的荷載量要不小于3.5%的基地剪力。

2.3合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換梁

轉(zhuǎn)換梁是剪力墻和底層框架結(jié)構(gòu)中的連接部分，能增加高層建筑的空間面積，符合建筑功能需求。在梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)要更具備合理性。首先，要通過有限元和補(bǔ)充計(jì)算法計(jì)算轉(zhuǎn)換梁的減壓比例，確立轉(zhuǎn)換梁的大小截面。當(dāng)梁式轉(zhuǎn)換層中梁高受到限制時(shí)，轉(zhuǎn)換梁的截面寬度應(yīng)小于框支柱相應(yīng)方向的截面寬度，且大于上部墻體厚度的2倍。例如，地下一層框架，地上15層剪力墻的高層建筑，框架跨度6m~7m，梁高在1m左右，首層轉(zhuǎn)換梁截面不應(yīng)超過1.2m，才可保障梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。其次，轉(zhuǎn)換梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)要達(dá)到C40，C40的混凝土具有抗壓能力強(qiáng)、抗開裂、耐久性高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于提高高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層壽命起著有效助力。最后，在轉(zhuǎn)換梁的澆筑中，要確保轉(zhuǎn)換梁中的配筋率，也就是鋼筋比例?！兑?guī)程》第十章中明確要求，轉(zhuǎn)換梁的配筋率應(yīng)以高層建筑的抗震等級(jí)呈正比，非抗震設(shè)計(jì)的高層建筑配筋率應(yīng)≥0.3%，抗震設(shè)計(jì)的高層建筑以特一級(jí)為例，配筋率應(yīng)≥0.6%。轉(zhuǎn)換梁中的配筋率直接影響高層建筑的抗震等級(jí)，因此，在設(shè)計(jì)高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)要合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換梁[4]。

2.4核定抗震等級(jí)

《規(guī)程》中明確規(guī)定了高層建筑的抗震等級(jí)，分別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類、重點(diǎn)設(shè)防類、特殊設(shè)防類和適度設(shè)防類。在高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要根據(jù)抗震類型、房屋高度、防震等級(jí)等因素結(jié)合設(shè)計(jì)。以30層的高層建筑為例，地下1層、2層均作為地下停車場(chǎng)，層高2m~3m、1層到5層作為商業(yè)用途，層高5m~6m、6層及以上作為民用住宅，每層住宅的層高宜為2.8m。那在此建筑中，轉(zhuǎn)換層應(yīng)設(shè)置在7層，因其已經(jīng)屬于高位轉(zhuǎn)換。在核定該建筑的抗震等級(jí)時(shí)，應(yīng)結(jié)合《規(guī)程》中的明確規(guī)定，對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層的不同結(jié)構(gòu)針對(duì)核定抗震等級(jí)，例如框支架的抗震級(jí)別應(yīng)為2級(jí)、轉(zhuǎn)換層以上的剪力墻抗震等級(jí)應(yīng)強(qiáng)化為4級(jí)、轉(zhuǎn)換層以下的剪力墻加強(qiáng)部分抗震等級(jí)為3級(jí)等。也可依托計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部開發(fā)的SATWE軟件，將樓層作為數(shù)據(jù)參數(shù)輸入到計(jì)算流程中，自動(dòng)識(shí)別梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，提高高層建筑的使用安全性。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)時(shí)代的快速發(fā)展，高層建筑的建設(shè)更符合當(dāng)代人民生活工作的需要，使用者也更看重建筑外觀的美觀性和使用安全性。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)作為高層建筑中的重要一環(huán)，對(duì)提高高層建筑的安全性至關(guān)重要，設(shè)計(jì)人員應(yīng)從確定轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)橫豎布局、科學(xué)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層、合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換梁、核定轉(zhuǎn)換層抗震等級(jí)四方面出發(fā)，優(yōu)化梁式轉(zhuǎn)化層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保高層建筑的使用穩(wěn)定。

作者:楊志榮 曹坤 王薇 單位:南京金宸建筑設(shè)計(jì)有限公司