發(fā)布時(shí)間：2023-08-03 16:44:55
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8篇的超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)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。
關(guān)鍵詞：超高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震
超高層建筑不僅可以為用戶提供舒適的工作和生活環(huán)境，還可以很好地緩解大中城市由于人口增長(zhǎng)帶來(lái)的用地緊張的局面；同時(shí)，超高層建筑可以憑借其高度高、外形美觀的特點(diǎn)而成為該地區(qū)的標(biāo)志性建筑。現(xiàn)根據(jù)在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)踐，就超高層建筑的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)方案選擇的主導(dǎo)因素以及混合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容與同行探討。
1超高層建筑的特點(diǎn)
（1）超高層建筑由于消防的要求，須設(shè)置避難層，以保證發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員能夠安全地疏散。由于機(jī)電設(shè)備使用的要求，還需要設(shè)置設(shè)備層。一般超高層建筑是兩者兼顧，設(shè)備層與避難層并做一層。而對(duì)于更高的有較多使用功能要求的超高層建筑，除每15層設(shè)一個(gè)避難層兼設(shè)備層以外，還需要設(shè)有專門的機(jī)電設(shè)備層。為提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，可以將設(shè)備層或是避難層設(shè)置為結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層。
（2）超高層建筑的平面形狀多為方形或近似方形，其長(zhǎng)寬比多小于2。否則，在地震作用時(shí)由于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大，易受到損壞。
（3）超高層建筑在基巖埋深較淺時(shí)，可選擇天然地基作為基礎(chǔ)持力層，采用筏基或者箱基，若基礎(chǔ)持力層較深時(shí)，可采用樁基。較少采用復(fù)合地基。
（4）房屋高度超過(guò)150m的超高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的使用條件，滿足風(fēng)荷載作用下舒適度要求，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大加速度的控制應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。
（5）超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般都需要進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查，必要時(shí)還須在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行專門的模型震動(dòng)試驗(yàn)，才能確保工程得到合理地設(shè)計(jì)和建造。
2超高層建筑結(jié)構(gòu)方案確定的主導(dǎo)因素
2.1建筑方案應(yīng)受到結(jié)構(gòu)方案的制約
超高層建筑方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施應(yīng)有結(jié)構(gòu)專業(yè)在方案階段的密切配合，保證結(jié)構(gòu)方案實(shí)施的可行性。另外，在與建筑方案設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)配合過(guò)程中，結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)應(yīng)力求做到有所創(chuàng)新，能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2.2結(jié)構(gòu)類型的選擇應(yīng)綜合考慮
（1）應(yīng)考慮擬建場(chǎng)地的巖土工程地質(zhì)條件
一個(gè)擬建在基巖埋藏極淺場(chǎng)地上的超高層建筑，具有采用天然地基的條件。一般這樣的場(chǎng)地其場(chǎng)地類別為Ⅰ類或Ⅱ類，在該地區(qū)抗震設(shè)防烈度較低的情形下，其所采用的結(jié)構(gòu)體系可優(yōu)先采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。而對(duì)于在第四紀(jì)土層上的抗震設(shè)防烈度為7度或8度區(qū)的超高層建筑，為降低地震作用，結(jié)構(gòu)選型應(yīng)考慮采用結(jié)構(gòu)自重較輕的混合結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。
（2）應(yīng)考慮抗震性能目標(biāo)
一般抗震設(shè)計(jì)的性能目標(biāo)要求豎向構(gòu)件承載能力較高，達(dá)到中震不屈服；剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)達(dá)到抗剪中震彈性。顯然，在抗震設(shè)防烈度7度區(qū)，尤其是8度區(qū)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)就很難滿足這一條件。所以，為減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震作用下產(chǎn)生的內(nèi)力，應(yīng)優(yōu)先考慮選用混合結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，這樣可以基本由型鋼承擔(dān)地震作用下產(chǎn)生的構(gòu)件剪力和拉力。若是采用全鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，豎向構(gòu)件則會(huì)因截面計(jì)算配筋量太大，導(dǎo)致鋼筋無(wú)法放置；單純?cè)龃髽?gòu)件截面則會(huì)使結(jié)構(gòu)自重加大，同時(shí)地震作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力也會(huì)相應(yīng)增加，截面配筋率仍得不到很好控制。
（3）應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性
通常從工程造價(jià)上比較，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最低，其次是混合結(jié)構(gòu)，最高則是全鋼結(jié)構(gòu)。所以，超高層結(jié)構(gòu)方案的選用應(yīng)著重考慮工程造價(jià)的合理控制。另外，超高層建筑中的豎向承重構(gòu)件由于截面積大而會(huì)使建筑有效的使用面積減小。采用型鋼混凝土柱或鋼管混凝土柱作為主要承重構(gòu)件可較大提高主體結(jié)構(gòu)的承載能力，而且使整個(gè)結(jié)構(gòu)有較好的延性，柱截面比單純采用鋼筋混凝土柱減小近50%，增大了建筑有效使用面積。即使采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方案，為減小柱截面，也可在一定標(biāo)高框架柱內(nèi)設(shè)置型鋼，可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
外框架采用型鋼混凝土柱或圓鋼管混凝土柱，混凝土核心筒構(gòu)件內(nèi)設(shè)型鋼；類似于這種混合結(jié)構(gòu)，正普遍運(yùn)用于超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此種結(jié)構(gòu)相對(duì)全鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重要小，尤其具有較大的結(jié)構(gòu)剛度和延性，在高烈度地震作用下易于滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)具有良好的消防防火性能，其綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。
（4）應(yīng)考慮施工的合理性
眾所周知，房屋高度愈高，施工難度愈大，施工周期也愈長(zhǎng)。一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑出地面以上的樓層施工進(jìn)度約每月4層；混合結(jié)構(gòu)（型鋼混凝土框架+鋼筋混凝土核心筒，內(nèi)外框梁為鋼梁）約每月5層～6層；全鋼結(jié)構(gòu)約每月7層。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)根據(jù)不同的房屋高度和業(yè)主對(duì)工程施工進(jìn)度的要求，綜合考慮選擇合理的結(jié)構(gòu)類型。
另外，由于超高層建筑施工周期長(zhǎng)，從文明施工和盡量減少對(duì)城市環(huán)境不良影響的角度考慮，應(yīng)盡量減少現(xiàn)場(chǎng)混凝土的澆搗量，使部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件能放在工廠加工制作，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)即可安裝就位。同時(shí)在樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮盡量減少模板作業(yè)，采用帶鋼承板的組合樓蓋，這對(duì)于保證工程施工質(zhì)量和加快施工進(jìn)度是極其有效的措施。
3.超高建筑結(jié)構(gòu)類型中的混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1型鋼混凝土和圓鋼管混凝土柱鋼骨含鋼率的控制
一般設(shè)計(jì)中，混合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼骨含鋼率中都是由構(gòu)造控制，目前國(guó)內(nèi)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)規(guī)程的規(guī)定各不相同，但有一個(gè)共同點(diǎn)是框柱中鋼骨的含鋼率不宜小于4%，這是型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土柱區(qū)別的一個(gè)指標(biāo)。在混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，設(shè)計(jì)者可根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)設(shè)計(jì)柱縱筋和箍筋，并設(shè)置大于4%的含鋼率的型鋼截面即可。
3.2鋼筋混凝土核心筒的型鋼柱的設(shè)置
在地震作用或風(fēng)荷載作用下，鋼筋混凝土核心筒一般要承受85%以上的水平剪力；同時(shí)筒體外墻還要承受近樓層面積一半的豎向荷載。所以，在筒體外墻內(nèi)設(shè)置型鋼柱既可保證筒體與型鋼混凝土外框柱有相同的延性，還可以減小兩者之間豎向變形差異。同時(shí)，筒體墻內(nèi)設(shè)置型鋼柱，可使剪力墻開裂后承載力下降幅度不大。尤其在抗震設(shè)防的高烈度區(qū)，剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)的抗震性能目標(biāo)要按中震彈性或中震不屈服設(shè)計(jì)，其地震作用下剪力、彎矩很大，更需在墻體內(nèi)設(shè)置型鋼柱。否則，內(nèi)筒邊緣構(gòu)件配筋面積太大，增加了設(shè)計(jì)和施工的難度。通過(guò)設(shè)置型鋼柱，可取代邊緣構(gòu)件內(nèi)的縱筋。
3.3關(guān)于結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度問(wèn)題
超高層建筑混合結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土核心筒體是整個(gè)結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)構(gòu)件，所以筒體的墻厚尤其是外側(cè)墻厚，主要是由抗側(cè)剛度要求決定。因此，外框柱截面的設(shè)計(jì)除滿足承載力和軸壓比要求外，其剛度在整體結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)中應(yīng)予以充分考慮。
在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于框架-核心筒或筒中筒結(jié)構(gòu)（鋼筋混凝土或混合結(jié)構(gòu)）的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度有時(shí)不能滿足變形要求，需要利用避難層或設(shè)備層在外框或外框筒周邊設(shè)置環(huán)狀桁架或同時(shí)設(shè)置水平伸臂桁架。采用這種桁架式的加強(qiáng)層可使外框架或外框筒與核心筒緊密連接成一體，增大結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，滿足結(jié)構(gòu)的變形（層間位移）要求。對(duì)于外框柱與筒體的剪力墻間設(shè)置的水平伸臂桁架，應(yīng)使設(shè)置水平伸臂桁架處筒體的墻定位與外框柱相對(duì)應(yīng)，水平伸臂桁架平面應(yīng)與內(nèi)筒體墻剛心和重心重合，方能形成較好的結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度。
4結(jié)語(yǔ)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于建筑的表現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)建筑優(yōu)美的外觀和良好的內(nèi)部空間。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中需要建筑表現(xiàn)和結(jié)構(gòu)方案的完美統(tǒng)一，這就必須依靠建筑師與結(jié)構(gòu)工程師在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中相互密切配合，綜合考慮結(jié)構(gòu)總體系與結(jié)構(gòu)分體系之間的傳力路線關(guān)系，并充分考慮結(jié)構(gòu)材料選用、施工的可行性和經(jīng)濟(jì)性，避免施工圖設(shè)計(jì)中產(chǎn)生不合理的結(jié)構(gòu)受力體系。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵字：超高層建筑；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；
中圖分類號(hào)：TU208文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
前 言：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，超高層建筑逐漸成為城市的地標(biāo)性建筑，在一定程度上反應(yīng)了城市發(fā)展的水平，由于高層建筑的逐漸增多，人們對(duì)建筑的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，故提高超高層建筑設(shè)計(jì)的水平是勢(shì)在必行的。
一、概述
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自上世紀(jì)80年代中期我國(guó)開始建造超高層建筑以來(lái)，我國(guó)各大中城市如雨后春筍般的相繼建成大量的超高層建筑。除香港以外，以上海市最多。目前我國(guó)已建成投入使用最高的是上海環(huán)球金融中心，房屋高度492m,101層；而在建的國(guó)內(nèi)最高的是上海中心大廈，房屋高度達(dá) 574.6m,124層。目前世界上最高的摩天大樓是阿拉伯聯(lián)合奠長(zhǎng)國(guó)的迪拜塔，房屋高度為828m，有 160多層。我國(guó)上海中心大廈建成之后，其將是世界高樓的前幾位。據(jù)有關(guān)資料介紹，英國(guó)倫敦設(shè)想建造300層的摩天塔樓，即所謂的倫敦通天塔，房屋高度1524m，而且不是最終的高度，只是第一階段建筑計(jì)劃中的高度，未來(lái)它還能繼續(xù)的長(zhǎng)高。
超高層建筑的建造，其之所以發(fā)展的如此之快，除了有的城市為了有一個(gè)高大的形象建筑之外，主要還是超高層建筑能在有效面積的土地上，得以發(fā)揮最大的使用效益。雖然建造超高層需要的費(fèi)用比一般高層建筑高出很多，但在我國(guó)的城市建設(shè)中，隨著日益快速發(fā)展的需要，為土地使用率的提高，必然會(huì)使超高層建筑以更快的速度發(fā)展。
二、重視概念設(shè)計(jì)，確定合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是保證復(fù)雜高層、超高層建筑安全性和經(jīng)濟(jì)性的主要部分。超高層建筑設(shè)計(jì)之初就需要有結(jié)構(gòu)專業(yè)方案進(jìn)行密切配合，保證結(jié)構(gòu)方案實(shí)施的可行性。結(jié)構(gòu)工程師加強(qiáng)和建筑設(shè)計(jì)師之間的溝通，向建筑設(shè)計(jì)師表達(dá)真實(shí)的建筑效果和空間需求，提出建筑理念和功能相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，建筑整體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理統(tǒng)一能夠減少不必要的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，增大使用空間，提高結(jié)構(gòu)安全性和經(jīng)濟(jì)性，降低設(shè)計(jì)難度。復(fù)雜高層、超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系一般分為框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框-筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系六類。復(fù)雜高層、超高層建筑通常外在條件各異，不能形成統(tǒng)一要求，這就需要概念設(shè)計(jì)來(lái)根據(jù)建筑使用功能要求、建筑高度、抗震設(shè)防烈度等進(jìn)行安全、經(jīng)濟(jì)、合理設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)方案中要重視概念設(shè)計(jì)，采取針對(duì)性的技術(shù)措施，力求做到有所創(chuàng)新。
三、保證結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的準(zhǔn)確性和設(shè)計(jì)指標(biāo)的合理性
1、荷載計(jì)算
建筑物的高度不斷增加，重力荷載呈直線上升，繼而對(duì)豎向構(gòu)建柱、墻上軸壓力相應(yīng)增加，對(duì)基礎(chǔ)承載力的要求也相應(yīng)提高。建筑設(shè)計(jì)的安全性主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載選取。高層建筑荷載要根據(jù)計(jì)算規(guī)范和建筑的影響因素來(lái)進(jìn)行確定!
（1）地震荷載
地震荷載是復(fù)雜高層、超高層經(jīng)常計(jì)算的結(jié)構(gòu)分析值。超高層建筑結(jié)構(gòu)自振周期經(jīng)常在6.0-9.0s之間。而抗震規(guī)范中地震影響系數(shù)曲線通常只到6.0s，地震荷載可以將直線傾斜下降段從6.0s延伸至10.0s取用。
（2）風(fēng)荷載
建筑高度增加，風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值也增大，在90m的高空，風(fēng)速有15m/s，300-400m高空，風(fēng)速可達(dá)到15m/s,所以樓層越高，風(fēng)力對(duì)大樓產(chǎn)生的風(fēng)荷載越大。所以要對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)，比如用結(jié)構(gòu)玻璃來(lái)玻璃幕墻圍護(hù)，滿足強(qiáng)度要求。有些高層建筑的主要影響因素就是風(fēng)荷載。風(fēng)荷載計(jì)算經(jīng)常采用100年重現(xiàn)期的風(fēng)荷載對(duì)構(gòu)件承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用50重現(xiàn)期的風(fēng)荷載對(duì)構(gòu)件承載力進(jìn)行控制。對(duì)于200m以上的高層建筑要進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。比如臺(tái)北101大樓，委托加拿大設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)一個(gè)1:500比例模型在半徑為600m的風(fēng)場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，提高建筑的抗風(fēng)載能力。
2、自振周期計(jì)算
我國(guó)超高層建筑發(fā)展迅速，以前的結(jié)構(gòu)自振周期和建筑物層數(shù)掛鉤的經(jīng)驗(yàn)公式不適用于當(dāng)前的超高層建筑。自振周期首先根據(jù)抗震防烈度、建筑高度進(jìn)行拋物線擬合計(jì)算，再結(jié)合其他因素來(lái)綜合計(jì)算。
四、抗震措施
超高層建筑加強(qiáng)抗震除了準(zhǔn)確計(jì)算地震荷載也要從結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、抗震防線等多方面來(lái)重視中震和大震的結(jié)構(gòu)安全性能。因?yàn)榈卣鹱饔梅较蚓哂须S機(jī)性，所以選擇對(duì)稱性、多向同性布置的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系有利于形心和剛心的重合，比如圓形、正多邊形、正方形等平面形狀；豎向構(gòu)件很容易側(cè)力荷載形成薄弱部位，減弱抗震強(qiáng)度。所以要加強(qiáng)構(gòu)件的強(qiáng)度。設(shè)置多道抗震防線，能夠滿足“大震不倒”的設(shè)防要求；采用鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)提高抗震性能和變形能力。
五、消防設(shè)計(jì)
采用全鋼、幕墻圍護(hù)等高強(qiáng)輕質(zhì)材料來(lái)減輕自重，從而減小地震作用。但是全鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)大、耐火性差，很容易引起火災(zāi)!再加上建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建筑內(nèi)管線設(shè)備多，很容易埋下安全隱患。建筑樓層較高，內(nèi)部空氣抽力大，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，還容易造成火災(zāi)快速蔓延。超高層的消防難點(diǎn)有火災(zāi)荷載大、火勢(shì)蔓延迅速、人員疏散困難、救援難度大等!所以在超高層建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中一定要注意防火、防災(zāi)設(shè)計(jì)!采用不然、難燃性建筑材料，增加安全通道數(shù)量，增設(shè)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器，保證消防通道密封性，增加消防專用電梯數(shù)量，提高消防專用電梯安全性能，重視危險(xiǎn)系數(shù)較高的樓層和單元的消防設(shè)計(jì)。
六、垂直交通設(shè)計(jì)
高層建筑也普通高層建筑之間一個(gè)最大的區(qū)別是垂直交通和管道設(shè)備集中在一起，又稱做“核心筒”。核心筒的設(shè)計(jì)要平衡采光、節(jié)能、易于維護(hù)等多方面的要求，所以設(shè)計(jì)難度較大!隨著建筑技術(shù)的飛躍發(fā)展，超高層建筑逐步演化出中央核心筒的空間構(gòu)成模式。不僅能夠?qū)㈦娞荨翘?、衛(wèi)生間等服務(wù)區(qū)域向平面中央集中，節(jié)省空間，還能試功能區(qū)域有良好的采光、視線范圍、交通環(huán)境。核心筒的承受剪力和抗剪力較大，需要一個(gè)剛度來(lái)支撐這些強(qiáng)度。中央核心筒處于建筑的幾何中央位置，建筑的質(zhì)量重心、剛度重心、型體核心三心重合，有利于結(jié)構(gòu)受力和抗震。當(dāng)然，不同條件的超高層建筑需要不同的布局方式，針對(duì)于“內(nèi)核式布局”的是“外核式布局”，也能夠適應(yīng)某些條件下的空間構(gòu)成。
超高層建筑高、體量大，支撐高層的地基要有足夠的強(qiáng)度，大多采用深地基。
七、供電穩(wěn)定性
為超高層建筑，安全性必然是供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要格外注意的地方，其次是供電可靠性。配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，需考慮多回路供電及備用發(fā)電機(jī)組的配置。因超高建筑的高度，變配電房可以考慮設(shè)置在塔樓中部的樓層，以減少低壓配電的損耗。備用柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置于地庫(kù)層，供電電壓采用10kv輸出，再經(jīng)變壓器降壓至低壓配電，保證配電至塔樓的高層。
八、其他要點(diǎn)
（1）加強(qiáng)端部構(gòu)件，提高抗扭剛度，減少結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
（2）超高層建筑高度高，側(cè)向力引起的傾覆力矩也大，所以要選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系，提高抗傾覆要求，合理設(shè)置伸臂桁架和腰桁架。
（3）超高層建筑后期維護(hù)費(fèi)用較高，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)性。采用高品質(zhì)優(yōu)良材料，采用節(jié)能工藝、設(shè)備等，優(yōu)化建筑位置及朝向設(shè)計(jì)，優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體設(shè)計(jì)來(lái)降低能耗。
（4）現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息計(jì)算技術(shù)應(yīng)用普遍。在超高層建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候可采用多個(gè)軟件程序進(jìn)行計(jì)算比較，比如SATWE/TATA等，能夠驗(yàn)證薄弱部位，還能對(duì)重要構(gòu)件補(bǔ)充有限元分析計(jì)算，使計(jì)算結(jié)果更為可靠。
（5）采用智能化設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)可控性。應(yīng)用傳感器、質(zhì)量驅(qū)動(dòng)裝置、可調(diào)剛度體系和計(jì)算機(jī)組成主動(dòng)控制體系，提供可變側(cè)向剛度，控制地震反應(yīng)等。
（6）選擇質(zhì)量輕“強(qiáng)度高”延性強(qiáng)的材料。圍護(hù)多采用玻璃幕墻、鋁合金幕墻等；內(nèi)部多采用輕質(zhì)隔斷；樓屋面多選用壓型鋼板加混凝土層面。
總之，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，高層建筑、超高層建筑勢(shì)必會(huì)成為未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，這就要求我們不斷提高高層建筑施工技術(shù)的水平，從而滿足日益發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)的需要。促進(jìn)建筑工程行業(yè)的健康發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]汪源浩,沈小璞,王建國(guó). 超高層建筑結(jié)構(gòu)的減震控制技術(shù)與抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,（3）.
[2]黃鶴. 復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討[J]. 才智,2012,（2）.
關(guān)鍵詞:住宅建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；SATWE軟件；抗震性能
中圖分類號(hào)： TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，城鎮(zhèn)人口日益增加，致使城市住房建設(shè)用地較為緊張，超高層住宅建筑的建設(shè)也日益增加。目前，超高層住宅建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的變化愈加明顯，許多新興的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案逐漸被超高層住宅建筑工程所采用。同時(shí)住宅建筑結(jié)構(gòu)類型與使用功能越來(lái)越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化，對(duì)住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的要求也不斷提高。在超高層建筑建設(shè)過(guò)程中，部分建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)并不是十分合理，加上工程設(shè)計(jì)人員容易出現(xiàn)一些概念性的錯(cuò)誤，給建筑的質(zhì)量安全和使用帶來(lái)了一定的安全隱患。因此，如何提高超高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，就成為了工程設(shè)計(jì)人員面臨的一項(xiàng)難題。
1 工程概況
某高層住宅建筑面積為29000.4m2，地下1層，地上43層，大屋面高度138.02m。本工程結(jié)構(gòu)體系采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，120m＜高度＜150m，屬于B級(jí)高度建筑，樓蓋為現(xiàn)澆鋼筋砼梁板體系。
建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年。所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地特征周期為0.55s，地震影響系數(shù)最大值采用0.08，上部結(jié)構(gòu)阻尼比0.05。建筑類別調(diào)整后用于抗震驗(yàn)算的烈度為7度，用于確定抗震等級(jí)的烈度為7度，剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)。
2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
本工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，主樓基礎(chǔ)采用沖鉆孔灌注樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，樁直徑為1100mm，單樁豎向承載力特征值為8000kN；樁端持力層中風(fēng)化凝灰?guī)r(11)層，樁身全斷面進(jìn)入持力層≥1100mm，樁長(zhǎng)約50m。樁基全面施工前應(yīng)進(jìn)行試打樁及靜載試驗(yàn)工作，以確定樁基施工的控制條件和樁豎向抗壓承載力特征值。
承臺(tái)按抗沖切、剪切計(jì)算厚度為2700mm，承臺(tái)面標(biāo)高為－5.200，基礎(chǔ)埋置深度為7.7m(從室外地面起算)。
3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 超限情況的認(rèn)定
參照建設(shè)部建質(zhì)［2006］220號(hào)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》附錄一“超限高層建筑工程主要范圍的參照簡(jiǎn)表”，結(jié)合本工程實(shí)際逐條判別，將存在超限的情況匯總?cè)缦隆?/p>
(1)附表一，房屋高度方面
設(shè)防烈度為7度，剪力墻結(jié)構(gòu)，總高度138.05m＞［120m］，超限。
(2)同時(shí)具有附表二所列三項(xiàng)及三項(xiàng)以上不規(guī)則的高層建筑(因篇幅所限，本文不再詳細(xì)列出)。
第一項(xiàng)．扭轉(zhuǎn)不規(guī)則:考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比＞1.2但＜1.3，雖然本條超限，但僅此一項(xiàng)。所以本工程不屬于附表二所列的超限高層。
(3)具有附表三某一項(xiàng)不規(guī)則的高層建筑工程。根據(jù)SATWE計(jì)算結(jié)果分析、判別，本工程亦不屬于表三所列的超限高層。
綜上所述，本工程只屬于高度超限的超高層建筑。
3.2 上部結(jié)構(gòu)計(jì)算分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本工程為剪力墻結(jié)構(gòu)，120m＜高度＜150m，屬于B級(jí)高度建筑，按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3－2002)(以下簡(jiǎn)稱高規(guī))5.1.13條規(guī)定:
(1)應(yīng)采用至少兩個(gè)不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件進(jìn)行整體內(nèi)力位移計(jì)算。
(2)應(yīng)采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行整體補(bǔ)充計(jì)算。
根據(jù)《高規(guī)》要求，本工程采用的時(shí)程分析計(jì)算程序?yàn)镻KPM系列的SATWE軟件，并采用PMSAP軟件進(jìn)行對(duì)比分析。
本工程屬于純剪結(jié)構(gòu)，作為抗側(cè)力構(gòu)件的剪力墻，選用正確的結(jié)構(gòu)分析程序尤為重要。SATWE對(duì)剪力墻采用墻元模型來(lái)分析其受力狀態(tài)，這種模型的計(jì)算精度比薄壁柱單元高，所以我省大多數(shù)工程的結(jié)構(gòu)計(jì)算都選用SATWE程序。實(shí)際上就有限元理論目前的發(fā)展水平來(lái)看，用殼元來(lái)模擬剪力墻的受力狀態(tài)是比較切合實(shí)際的，因?yàn)闅ぴ图袅σ粯?，既有平面?nèi)剛度，又有平面外剛度。實(shí)際工程中的剪力墻幾何尺寸、洞口大小及其空間位置等都有較大的隨意性。為了降低剪力墻的幾何描述和殼元單元?jiǎng)澐值碾y度，SATWE借鑒了SAP84的墻元概念，在四節(jié)點(diǎn)等參平面殼元的基礎(chǔ)上，采用靜力凝聚原理構(gòu)造了一種通用墻元，減少了部分剪力墻因墻元細(xì)分而增加的內(nèi)部自由度和數(shù)據(jù)處理量，雖然提高了分析效率，卻影響了剪力墻的分析精度。此外，從理論上講，如果對(duì)樓板采用平面板元或殼元來(lái)模擬其真實(shí)的受力狀態(tài)和剛度，對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析比較精確，但是這樣處理會(huì)增加許多計(jì)算工作。在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)分析中，多采用“樓板平面內(nèi)無(wú)限剛”假定，以達(dá)到減少自由度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)分析的目的，這對(duì)于某些工程可能導(dǎo)致較大的計(jì)算誤差。SATWE對(duì)于樓板采用了以下幾種假定:(1)樓板平面內(nèi)無(wú)限剛；(2)樓板分塊平面內(nèi)無(wú)限剛；(3)樓板分塊平面內(nèi)無(wú)限剛，并帶有彈性連接板；(4)樓板為彈性連接板。對(duì)彈性樓板實(shí)際上是以PMCAD前處理數(shù)據(jù)中的一個(gè)房間的樓板作為一個(gè)超單元，內(nèi)部自由度被凝聚了，計(jì)算結(jié)果具有一定的近似性，某種程度上影響了分析精度。根據(jù)高規(guī)要求，本工程應(yīng)采用兩個(gè)不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件進(jìn)行整體內(nèi)力位移計(jì)算，由于PMSAP對(duì)剪力墻和樓板都采用了比較精確的有限元分析，單元模型更接近結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀態(tài)，雖然數(shù)據(jù)處理量大大增加，但其分析精度卻比SATWE高。用PMSAP軟件對(duì)SATWE程序的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析、校核，是比較可信的。
SATWE和PMSAP兩個(gè)程序均采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算，彈性時(shí)程分析法計(jì)算結(jié)果作為振型分解反應(yīng)譜法的補(bǔ)充。
程分析主要結(jié)果匯總?cè)缦?
表1 結(jié)構(gòu)模態(tài)信息
表2 地震荷載(反應(yīng)譜法)和風(fēng)荷載下計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)最大響應(yīng)
多遇地震時(shí)彈性時(shí)程分析所取的地面運(yùn)動(dòng)加速度時(shí)程的最大值為35cm/s2。針對(duì)報(bào)告中提供的實(shí)際強(qiáng)震記錄和人工模擬的加速度時(shí)程曲線，根據(jù)08版抗震規(guī)范要求，本工程選擇了兩條天然波和一條人工波。這三條波的時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力均大于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%，且三條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值亦大于振型分解反應(yīng)譜法(以下簡(jiǎn)稱CQC)計(jì)算結(jié)果的80%。由此可見本工程選擇的地震波是滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的。
SATWE和PMSAP時(shí)程分析的樓層剪力曲線如(圖1、圖2)所示。
圖1 SATWE時(shí)程分析樓層剪力圖
圖2 PMSAP時(shí)程分析樓層剪力圖
比較上圖振型分解反應(yīng)譜法(CQC)計(jì)算的樓層剪力曲線圖，在大部分樓層基本能包絡(luò)時(shí)程分析曲線，僅電算34層以上CQC法計(jì)算樓層剪力略小于時(shí)程分析的結(jié)果。由此可見振型分解反應(yīng)譜法用于本工程的抗震分析是安全可靠的。設(shè)計(jì)中仍以振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果為主，并將34層以上部分指定為薄弱層，該部分樓層地震剪力予以放大。這一方案也得到了本工程超限高層審查與會(huì)專家的認(rèn)可。
比較PMSAP和SATWE計(jì)算出的基底剪力非常接近，其余參數(shù)如周期、結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量、地震荷載和風(fēng)荷載下計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)最大響應(yīng)位移、地震下的剪重比等都比較接近，說(shuō)明用這兩個(gè)程序做計(jì)算分析是可以互相校核的。
3 抗震性能設(shè)計(jì)
本工程綜合考慮設(shè)防烈度，場(chǎng)地條件，房屋高度，不規(guī)則的部位和程度等因素，本工程只屬于高度超限的超高層建筑，且高度只超過(guò)A級(jí)而未超過(guò)B級(jí)，故將本工程預(yù)期抗震性能目標(biāo)定位在“D”級(jí)，即為小震下滿足性能水準(zhǔn)1的要求，中震滿足性能水準(zhǔn)4的要求，大震下滿足性能水準(zhǔn)5的要求。
普通的高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)基于小振彈性設(shè)計(jì)，對(duì)于本超高層結(jié)構(gòu)作為主要承重構(gòu)件的剪力墻，尤其是底部加強(qiáng)區(qū)需要提高其抗震承載能力。根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎”的要求，剪力墻也需要有更高的抗震安全儲(chǔ)備，所以本工程剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)采用中震設(shè)計(jì)。具體措施如下:
(1)根據(jù)安評(píng)報(bào)告中震設(shè)計(jì)的地震影響系數(shù)最大值采用0.23，不考慮與抗震等級(jí)有關(guān)的內(nèi)力增大系數(shù)(即剪力墻抗震等級(jí)定為四級(jí))，不計(jì)入風(fēng)荷載的組合效應(yīng)。
(2)抗剪驗(yàn)算按中震彈性設(shè)計(jì)，考慮重力荷載與地震作用組合的分項(xiàng)系數(shù)，材料強(qiáng)度取設(shè)計(jì)值，考慮抗震承載力調(diào)整系數(shù)。計(jì)算結(jié)果作為剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)水平筋的配筋依據(jù)。
(3)抗彎驗(yàn)算按中震不屈服設(shè)計(jì)，不考慮重力荷載與地震作用組合的分項(xiàng)系數(shù)，材料強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮抗震承載力調(diào)整系數(shù)。計(jì)算結(jié)果作為剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)約束邊緣構(gòu)件豎向鋼筋的配筋依據(jù)。
本工程通過(guò)對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)進(jìn)行中震設(shè)計(jì)，即抗彎承載力按中震不屈服復(fù)核，抗剪承載力按中震彈性復(fù)核，結(jié)構(gòu)能滿足性能水準(zhǔn)1、4的要求，預(yù)估結(jié)構(gòu)在大震作用下能滿足性能水準(zhǔn)5的要求。各性能水準(zhǔn)目標(biāo)具體描述如下:
性能水準(zhǔn)1:結(jié)構(gòu)在遭受多遇地震后完好，無(wú)損傷，一般不需修理即可繼續(xù)使用，人們不會(huì)因結(jié)構(gòu)損傷造成傷害，可安全出入和使用。
性能水準(zhǔn)4:遭受設(shè)防烈度地震后結(jié)構(gòu)的重要部位構(gòu)件輕微損壞，出現(xiàn)輕微裂縫，其他部位普通構(gòu)件及耗能構(gòu)件發(fā)生中等損害。
性能水準(zhǔn)5:結(jié)構(gòu)在預(yù)估的罕遇地震下發(fā)生比較嚴(yán)重的損壞，耗能構(gòu)件及部分普通構(gòu)件損壞比較嚴(yán)重，關(guān)鍵構(gòu)件中等損壞，有明顯裂縫，結(jié)構(gòu)需要排險(xiǎn)大修。
4 結(jié)論
通過(guò)工程實(shí)例分析超高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：①PMSAP和SATWE計(jì)算結(jié)果的比較表明了SATWE計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基本可靠的；②采用合理的方法對(duì)部分樓層剪力進(jìn)行了調(diào)整，能夠有效確保工程抗震分析安全、可靠；③對(duì)剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)采用中震設(shè)計(jì)，能夠滿足住宅建筑的抗震需要。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)
前言：
建筑工程是圍繞在人們周圍，與人們工作生活息息相關(guān)的各類建筑。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，城市規(guī)劃越發(fā)完善，各種建筑拔地而起，城市面貌日新月異，然這一切還有賴于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程的基礎(chǔ)，是施工前的必要準(zhǔn)備，對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)能力有一定要求，建筑工程的質(zhì)量直接關(guān)乎人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也備受人們重視。
1建筑工程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
建筑工程是圍繞在人們周圍，與人們工作生活息息相關(guān)的各類建筑。但大多建筑設(shè)計(jì)都包括給排水設(shè)計(jì)供暖供電設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)等。每一部分設(shè)計(jì)都影響到建筑后期的施工以及投入使用狀況。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)考慮安全性問(wèn)題，承重墻、承重柱、橫梁等支撐系統(tǒng)不僅要起到承擔(dān)建筑物自身重量和荷載重量的作用，還要對(duì)外界環(huán)境有一定抵抗能力，尤其是在板塊運(yùn)動(dòng)活躍地帶，建筑要有一定的抗震能力。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前要先對(duì)施工環(huán)境有一定了解，施工地點(diǎn)的氣候狀況土壤軟硬度以及施工場(chǎng)地附近建材情況等。建筑工程設(shè)計(jì)是建筑工程施工的必要前提，設(shè)計(jì)在滿足大眾需求的同時(shí)最好具有安全性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性。
2淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
2.1淺談建筑結(jié)構(gòu)的水平荷載
水平荷載是建筑結(jié)構(gòu)尤其是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮的一個(gè)問(wèn)題。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該對(duì)其結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行重視。建筑結(jié)構(gòu)的承載力對(duì)于建筑本身來(lái)說(shuō)，具有不容小覷的作用。其水平的荷載力能夠在實(shí)際的日常生活中應(yīng)對(duì)突發(fā)的地震以及大風(fēng)因素對(duì)建筑的破壞與侵蝕等。與一般建筑以及超高層建筑的自重以及樓面的負(fù)載所導(dǎo)致的建筑結(jié)構(gòu)的彎矩和軸力不同的是，建筑結(jié)構(gòu)的水平荷載力對(duì)于建筑的彎矩以及軸力影響較大，雖然一般在我們的思想中，對(duì)一定高度的高層建筑來(lái)說(shuō)，其水平以及豎直的荷載力的作用可能分不清楚。
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，往往必須考慮水平荷載與豎向荷載的組合作用。需要注意的是，建筑的豎直荷載力、尤其是高層建筑的荷載力都是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值，只有建筑結(jié)構(gòu)的水平荷載力會(huì)由于上到各種各樣的因素，諸如地震、海嘯等因素的影響，會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)不斷水平荷載力因外界的因素變化而變化，因此對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的安全十分的重要，也就使得建筑結(jié)構(gòu)的水平荷載力設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中具有非同小可的作用，需要我們進(jìn)行重視，否則一旦建筑結(jié)構(gòu)的水平荷載力出現(xiàn)問(wèn)題，則會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的損失，甚至出現(xiàn)人員的傷亡。
2.2結(jié)構(gòu)的變形問(wèn)題
結(jié)構(gòu)的變形是建筑結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中常見問(wèn)題之一。而建筑結(jié)構(gòu)的變形問(wèn)題則是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要重視的另一個(gè)問(wèn)題。對(duì)于建筑尤其是超高層的建筑結(jié)構(gòu)中，豎向荷載力的因素雖然建筑結(jié)構(gòu)中沒(méi)有水平荷載力的變化大，但是柱體在受到的豎向荷載力一旦過(guò)大，則也會(huì)引發(fā)一些建筑結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。一旦柱體所承受的豎向荷載力超過(guò)一定的界限，則會(huì)使得建筑結(jié)構(gòu)的軸向發(fā)生變化，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)軸向的變形問(wèn)題。
3.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的因素
3.1對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的選型要合理
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的選型也是相當(dāng)重要的，只有選型正確，才能讓建筑物能夠承受自己的重力，不致于出現(xiàn)超負(fù)荷的狀況。只有建筑的承受力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，那么建筑因?yàn)樗搅Φ淖饔枚l(fā)生的側(cè)移就在可控的范圍內(nèi)，才能保證建筑的安全。因此，要對(duì)建筑物的使用的空間和功能要求進(jìn)行考慮，才能選擇正確的建筑結(jié)構(gòu)型式。不同的建筑結(jié)構(gòu)的選型，會(huì)導(dǎo)致建筑在空間和高度上的不同。只有能夠正確的進(jìn)行建筑選型，那么才能保證建筑結(jié)構(gòu)的受力均勻，對(duì)抗震和抗風(fēng)等情況也有明顯的效果。
3.2計(jì)算控制好軸向的承受力
對(duì)于一些層數(shù)比較低的建筑，其建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以簡(jiǎn)化對(duì)軸向的承受力的計(jì)算。在進(jìn)行這樣的建筑設(shè)計(jì)時(shí)，一般只要對(duì)建筑的彎矩受力進(jìn)行考慮就可以，因?yàn)槠漭S力在該建筑中的作用不是很大。但是，對(duì)于高層建筑的情況就不同了，尤其注意在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)軸向的承受力的計(jì)算和控制。高層建筑物一般其高度都是比較高的，所以所需的軸向的承受力也相應(yīng)的增加，同時(shí)因?yàn)楦叨鹊脑黾佣鴮?dǎo)致的軸向會(huì)更容易出現(xiàn)變形的情況，因此對(duì)軸向的承受力的設(shè)計(jì)更是要嚴(yán)格的把控。因?yàn)榻ㄖ母叨?，從而?dǎo)致了軸向力變大和負(fù)彎矩值減小，那么對(duì)下料的長(zhǎng)度也會(huì)有影響。所以必須對(duì)建筑的軸向承受力進(jìn)行精確的計(jì)算，然后做合適的調(diào)整，才能保證建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完整和安全性。
3.3加大對(duì)結(jié)構(gòu)延性的關(guān)注度
在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其中一個(gè)重要的組成因素就是結(jié)構(gòu)的延性。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，導(dǎo)致了環(huán)境的破壞，一些自然災(zāi)害也頻頻發(fā)生。其中比較常發(fā)生在我國(guó)的一種自然災(zāi)害就是地震，一旦發(fā)生地震，人們的生命財(cái)產(chǎn)都會(huì)受到威脅。因此，如果在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮到加強(qiáng)抗震的功能，那么對(duì)人身安全也是一種保護(hù)。對(duì)于比較高的建筑，其在發(fā)生地震時(shí)，建筑的結(jié)構(gòu)非常容易發(fā)生變形，那么如果在之前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有很好的考慮到建筑的延性，那么就能減少建筑的倒塌。在地震的級(jí)數(shù)比較大時(shí)，如果建筑物的延性設(shè)計(jì)比較高，那么可以給人們爭(zhēng)取更多的時(shí)間逃離建筑內(nèi)部。在現(xiàn)在建筑中，主要是由混凝土建構(gòu)而成，一般是非彈性的狀態(tài)，而延性又有很好的伸縮性，這樣即使發(fā)生地震，延性也能吸收震動(dòng)的能量，從而保證了建筑的安全。因此，必須加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的延性，這樣才能使建筑更有伸縮性。
3.4重視水平和側(cè)移方面的設(shè)計(jì)
對(duì)于建筑的水平的承載力的設(shè)計(jì)和側(cè)移的設(shè)計(jì)，是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可忽視的一部分。在現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般建筑要重視垂直方向的軸向承受力，而在高層建筑中會(huì)更加重視水平承載力。因此，在進(jìn)行建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，特別是對(duì)高層建筑的建造，一定注重對(duì)其水平的承載力進(jìn)行精密的計(jì)算。同時(shí)因?yàn)楦叨鹊年P(guān)系也影響到側(cè)移的大小，因此對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)移的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到建筑的穩(wěn)固性。隨著建筑高度的不斷的增加，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗側(cè)移的能力，即使發(fā)生側(cè)移，也能在可控范圍內(nèi)。因此，必須注重對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的水平和側(cè)移的承受力，才能保證建筑的安全性。
3.5現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的裂縫問(wèn)題
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在工作過(guò)程中一般是允許帶裂縫工作的，但裂縫問(wèn)題也是現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板所要考慮的問(wèn)題。樓板的設(shè)計(jì)需要根據(jù)其跨度的不同分別采用單向板或雙向板進(jìn)行計(jì)算。部分設(shè)計(jì)者在進(jìn)行樓板的鋼筋配置設(shè)計(jì)時(shí)，他們的思考角度都只是從單向板的角度進(jìn)行思考以及計(jì)算，因此其忽略了其他的一些因素，從而導(dǎo)致這些設(shè)計(jì)者所計(jì)算出來(lái)的結(jié)果與實(shí)際的情況不符，從而在實(shí)際的應(yīng)用上會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，使得建筑結(jié)構(gòu)混凝土樓板產(chǎn)生裂縫等問(wèn)題，嚴(yán)重威脅建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，同時(shí)這些問(wèn)題也會(huì)成為威脅百姓們生命財(cái)產(chǎn)安全的隱患。
4結(jié)束語(yǔ)：
建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)且各個(gè)環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系的工作。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮諸如荷載力變形地基等因素，這些因素都會(huì)在建筑的過(guò)程當(dāng)中直接或間接的影響到建筑的質(zhì)量安全因此為了促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展，提高我國(guó)建筑工程的質(zhì)量，就需要對(duì)這些因素進(jìn)行重視。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)問(wèn)題對(duì)策
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一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長(zhǎng)短和投資造價(jià)的高低等。其主要特點(diǎn)有；
1、水平力是設(shè)計(jì)主要因素
在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)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)。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑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、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對(duì)一定高度建筑來(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)值是隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力性的不同而有較大的變化。
2、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)。
3、抗震設(shè)計(jì)要求更高
有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除要考慮正常使用時(shí)的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。
4、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)得出偏于不安壘的結(jié)果。
5、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)拇胧瑏?lái)保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中常見的問(wèn)題及其對(duì)策分析
1、高度問(wèn)題
按我國(guó)現(xiàn)行5高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程6 ( JGJ3-2002) 規(guī)定, 綜合考慮經(jīng)濟(jì)與適用的原則, 給出了各種常見結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度, 詳見表1。
表1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高樓的最大適用高度( m )
這個(gè)高度是在我國(guó)目前建筑科研水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和施工技術(shù)水平下, 較為穩(wěn)妥的, 也是與目前整個(gè)土木工程規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的?？蓪?shí)際上, 已有許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過(guò)了這個(gè)限制, 如: 采用組合結(jié)構(gòu)體系的金茂大廈, 高達(dá)4201 15 m ( 建筑高度); 采用混凝土結(jié)構(gòu)體系的中信廣場(chǎng), 也高達(dá)322 m ( 建筑高度)。對(duì)于超高限建筑物, 應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度。因?yàn)樵诘卣鹆ψ饔孟?超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會(huì)發(fā)生很大的變化。隨著建筑物高度的增加, 許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變, 即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍, 如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。
2、材料的選用和結(jié)構(gòu)體系問(wèn)題
在地震多發(fā)區(qū), 采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合理是工程技術(shù)人員非常重視的問(wèn)題。我國(guó)150 m 以上的建筑, 采用了三種主要結(jié)構(gòu)體系: 框一筒、筒中筒和框架一支撐。這些也是其他國(guó)家高層建筑經(jīng)常采用的主要結(jié)構(gòu)體系。但國(guó)外在地震區(qū), 多是以鋼結(jié)構(gòu)為主, 而在我國(guó), 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)占了90%。如此高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu), 在國(guó)內(nèi)外都還沒(méi)有經(jīng)受較大地震作用的考驗(yàn)?；旌辖Y(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)筒往往要承受80%以上的地震作用剪力, 有的高達(dá)90% 以上。由于結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土核心筒為主, 變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準(zhǔn)。但因其彎曲變形的側(cè)移較大, 靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移, 不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān), 而且效果不大, 有時(shí)不得不加大混凝土筒的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu),形成加強(qiáng)層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值。此外, 在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時(shí), 需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。加強(qiáng)層和轉(zhuǎn)換層都在本層形成大剛度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度突變, 常常會(huì)使與加強(qiáng)層或轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大, 且加強(qiáng)層伸臂構(gòu)件或轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁。此在需要設(shè)置加強(qiáng)層及轉(zhuǎn)換層時(shí), 要慎重選擇其結(jié)構(gòu)模式, 盡量降低其本身剛度, 以減少不利影響。
在高層建筑中, 根據(jù)現(xiàn)在我國(guó)建筑鋼材的類型、品種和鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力, 建議盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土(柱) 結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu), 以減小柱斷面尺寸,并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。在超過(guò)一定高度后, 為減小風(fēng)振,鋼骨(鋼管) 混凝土通常作為首選。采用格構(gòu)式的型鋼時(shí),震害嚴(yán)重, 采用實(shí)腹式的熱軋型鋼或焊接工字鋼的, 則震害要減少許多。
3、軸壓比與短柱問(wèn)題
在鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中, 往往為了控制柱的軸壓比而使柱的截面很大, 而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋。即使采用高強(qiáng)混凝土, 柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態(tài), 防止受拉鋼筋未達(dá)屈服而混凝土被壓碎。柱的塑性變形能力小, 則結(jié)構(gòu)的延性就差, 當(dāng)遭遇地震時(shí), 耗散和吸收地震能量少, 結(jié)構(gòu)容易被破壞。但是在結(jié)構(gòu)中若能保證強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì), 且梁具有良好延性, 則柱子進(jìn)入屈服的可能性就大大減少,此時(shí)可放松軸壓比限值。另外, 許多高層建筑底幾層柱的長(zhǎng)細(xì)比雖然小于4, 但并不一定是短柱。因?yàn)榇_定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比, 只有剪跨比小于2 的柱才是短柱。
有專家學(xué)者提出現(xiàn)行抗震規(guī)范應(yīng)采用較高軸壓比。但是即使能調(diào)整軸壓比限值, 柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土是否合理值得商榷。
4、在某些烈度區(qū)采用較低的抗震措施與構(gòu)造措施
現(xiàn)在許多專家學(xué)者提出, 現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度己不能適應(yīng)國(guó)情的需要, 認(rèn)為我國(guó)“取用了可能是世界上最低的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度”并主張“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度水平應(yīng)該大幅度提高”。此外, 對(duì)于“小震不壞, 中震可修, 大震不倒”這個(gè)抗震設(shè)計(jì)原則, 在新形勢(shì)下也有重新審核的必要。我國(guó)現(xiàn)行抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)比較低, 當(dāng)取50年為分析年限時(shí), 小震烈度對(duì)應(yīng)的被超越概率為631 2%, 重現(xiàn)期為50年, 中震烈度對(duì)應(yīng)的被超越的概率為10%, 重現(xiàn)期為475年, 大震對(duì)應(yīng)的超越的概率為2%左右,同時(shí)規(guī)定抗震設(shè)防烈度與設(shè)計(jì)基本地震加速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)低的根本原因在于國(guó)家財(cái)力物力有限。我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)除了設(shè)防烈度較低外, 具體抗震計(jì)算方法和構(gòu)造規(guī)定的安全度也不如國(guó)外; 在配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等一系列保證抗震延性的要求上, 與外國(guó)相比, 也有異同, 其中的8度區(qū), 我國(guó)就明顯不如外國(guó)嚴(yán)格。隨著社會(huì)財(cái)富的增長(zhǎng), 結(jié)構(gòu)失效帶來(lái)的損失愈來(lái)愈大,加之結(jié)構(gòu)造價(jià)在整個(gè)投資中的比例下降, 因而結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度下應(yīng)該采用彈性設(shè)計(jì), 特別是高烈度區(qū)要有嚴(yán)格的抗震措施與抗震構(gòu)造措施來(lái)保證結(jié)構(gòu)的安全。
關(guān)鍵詞 ：高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 問(wèn)題 要點(diǎn)
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1、水平作用是決定因素
首先，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力及彎矩的數(shù)值，僅僅和建筑高度的一次方成正比，但是水平作用對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩和在豎向構(gòu)件中引起的軸力，與建筑高度的兩次方成正比;另外，對(duì)一些一定高度的建筑來(lái)說(shuō)，豎向荷載基本上是固定值，但作為水平作用的地震作用和風(fēng)荷載卻是不確定的。
2、側(cè)移是控制指標(biāo)
和多層建筑不同，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)側(cè)移是關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的不斷增長(zhǎng)，水平作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形也隨之迅速增加，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移與建筑高度的四次方成正比。所以結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移必須要控制在一定限度之內(nèi)。
3、結(jié)構(gòu)延性成為重要設(shè)計(jì)指標(biāo)
延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，在承載能力不降低或基本不降低的情況下，具有足夠塑性變形能力的一種性能，一般用延性比來(lái)表示。受彎構(gòu)件會(huì)隨著荷載的增加，首先受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)裂縫，出現(xiàn)非彈性變形。然后受拉鋼筋屈服，受壓區(qū)高度降低，受壓區(qū)混凝土被壓碎，最后導(dǎo)致構(gòu)件被破壞。
4、軸向變形也不容輕視
在高層建筑中，豎向荷載數(shù)值會(huì)較大，會(huì)在柱中引起很大的軸向變形，從而導(dǎo)致對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生一系列的影響，使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值變小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值變大，對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度也會(huì)產(chǎn)生影響，這就要求依據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料的長(zhǎng)短做出相應(yīng)調(diào)整;另外對(duì)構(gòu)件剪力和側(cè)移也會(huì)產(chǎn)生影響。不考慮構(gòu)件豎向變形與考慮構(gòu)件豎向變形相比較，計(jì)算結(jié)果會(huì)偏于不安全。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題
1、設(shè)計(jì)人員基礎(chǔ)知識(shí)薄弱
在部分小型設(shè)計(jì)公司，有一些設(shè)計(jì)人員根本不了解施工工藝流程，離開設(shè)計(jì)圖庫(kù)和計(jì)算機(jī)作業(yè)根本不能設(shè)計(jì)和畫圖，缺乏施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)代表的經(jīng)驗(yàn)，不能以專業(yè)知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)施工技術(shù)難題。類似于這樣一些純粹紙上談兵的建筑圖紙，充斥著低成本小型建筑項(xiàng)目市場(chǎng)，比如說(shuō)拆遷項(xiàng)目返建等，最終導(dǎo)致建筑使用壽命縮短等大量技術(shù)隱患問(wèn)題。
2、結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)不足，標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范推廣應(yīng)用落后。
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，普遍存在結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)不充分的情況。由于我國(guó)的地震帶分布不一，部分省市對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震的要求較為忽視，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)處于緩慢發(fā)展的狀態(tài)。比起日本和美國(guó)等在結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)領(lǐng)域成果突出的國(guó)家，我國(guó)的抗震概念設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的應(yīng)用推廣相對(duì)較為落后。
3、建筑物超高問(wèn)題
隨著建筑物高度的不斷加大，在抗震性能和建筑質(zhì)量方面都面臨著更嚴(yán)峻的問(wèn)題。出于高層建筑抗震性能的較高需要，規(guī)范對(duì)建筑物的高度作出了嚴(yán)格的規(guī)定，超高建筑在設(shè)計(jì)方面要確保滿足抗震的要求。在目前的高層建筑市場(chǎng)中，仍然存在著建筑超高但沒(méi)采取更嚴(yán)格的措施的問(wèn)題。
4、短肢剪力墻的設(shè)置
短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻。近年興起的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，雖然有利于住宅建筑布置，也可減輕結(jié)構(gòu)自重，但在高層住宅中，剪力墻肢不宜太短，因?yàn)槎讨袅Φ目拐鹦阅茌^差，地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多，為安全起見，高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。
三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1、地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)已經(jīng)得到結(jié)構(gòu)工程師的重視，這不僅由于該階段設(shè)計(jì)過(guò)程合理與否將直接影響到后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，也是整個(gè)項(xiàng)目成本的決定性因素。因此，這個(gè)階段，存在的問(wèn)題可能會(huì)很嚴(yán)重，也甚至?xí)斐刹豢晒懒康膿p失。高層建筑應(yīng)根據(jù)整體布局來(lái)選可滿足承載力和變形的要求、并可以調(diào)整不均勻沉降的基礎(chǔ)形式。高層建筑宜設(shè)置地下室以減小地基的附加應(yīng)力和沉降量， 有利于滿足天然地基的承載力和上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。此外，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)注意本地的規(guī)范的重要性。
2、建筑結(jié)構(gòu)受力性能
對(duì)于最初的建筑設(shè)計(jì)，建筑師考慮更多的是建筑的空間組合，而不是詳細(xì)地確定其具體的結(jié)構(gòu)。建筑物底面建筑空間的形式在水平方向和垂直方向的穩(wěn)定性是非常重要的，因?yàn)橐恍┙ㄖ锸怯捎执笥种氐慕M合物來(lái)組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于基礎(chǔ)面的，而在建筑設(shè)計(jì)中的一個(gè)基本要求是要理清所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，因此在建筑設(shè)計(jì)階段，就有必要對(duì)主要承重柱和承重墻的數(shù)量和分布做出整體構(gòu)想。
3、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，建筑三心盡可能匯于一點(diǎn)，即三心合一，這是是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)效果的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡(jiǎn)面形式。在某些情況下，由于街景與建筑空間的限制，高層建筑不可能全部采用簡(jiǎn)面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則T形、L形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí)，應(yīng)將突出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布局時(shí)，最大可能使建筑狀態(tài)的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的。
4、建筑高度、高寬超限問(wèn)題
現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程給出了房屋的最大適用高度和高寬比限值。某些高層建筑房屋高度超過(guò)最大適用高度或高寬比超出規(guī)范限值，甚至個(gè)別建筑高度和高寬比均超出規(guī)范限值。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于建筑的高度、長(zhǎng)寬比和尺寸的復(fù)雜程度超過(guò)現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的高層建筑，應(yīng)按超限高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，另一點(diǎn)不容忽視的問(wèn)題是，建筑適用高度除與結(jié)構(gòu)體系類型及抗震設(shè)防烈度有關(guān)外，還與場(chǎng)地類別與結(jié)構(gòu)是否規(guī)則等因素有關(guān)，當(dāng)位于Ⅳ類場(chǎng)地或結(jié)構(gòu)平面與豎向布置不規(guī)則時(shí)，其最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低。
5、抗震設(shè)計(jì)要求更高
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震設(shè)防要求，需要正確計(jì)算正常使用時(shí)的豎向荷載和風(fēng)荷載，應(yīng)當(dāng)具有良好的抗震性能。
6、概念設(shè)計(jì)和理論計(jì)算具有同等重要性
抗震設(shè)計(jì)有兩部分：計(jì)算設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)。雖然分析手段在不斷提高，分析的原則在不斷完善，但由于抗震設(shè)計(jì)計(jì)算是在一定的假想條件下進(jìn)行，而地震作用具有很大的復(fù)雜性和不確定性，同時(shí)地基土影響和結(jié)構(gòu)體系本身都極復(fù)雜，因此理論分析計(jì)算很有可能會(huì)和實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。特別是結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段后，構(gòu)件局部可能會(huì)開裂甚至破壞，此時(shí)就很難用常規(guī)的計(jì)算原理去分析結(jié)構(gòu)。而高層建筑的概念設(shè)計(jì)，諸多實(shí)踐證明，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著重要的意義。
結(jié)束語(yǔ)
高層建筑在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體系中已經(jīng)如此發(fā)達(dá)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)人員追求更加合理的力學(xué)模型和更新穎的建筑物結(jié)構(gòu)形式，在這一個(gè)方向上經(jīng)過(guò)高素質(zhì)高知識(shí)結(jié)構(gòu)的專業(yè)化人才不斷探索，我們可以期待，高層建筑在城市中的應(yīng)用將變得空前廣闊。
參考文獻(xiàn)：
[1] 孫凱.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題及對(duì)策探討[J].價(jià)值工程，2011（06）.
關(guān)鍵詞:上部結(jié)構(gòu);地下室;分析模型;設(shè)計(jì)計(jì)算
Abstract: with the basement for high-level, high-rise and multi-storey building structure complex, how to consider in the design calculation of the basement structure and the influence of backfill soil, how to reasonably simplified computing model formed in accordance with the engineering practice, and high efficiency, high precision design and calculation is the designers pay special attention to an important question. According to "code for seismic design of buildings (GB 50011-2001) and" design specification for concrete structures of tall building (JGJ 3-2002) concerned regulation, emphasis in SATWE software to have a basement in the structural analysis model of the principle, the analysis parameters selection, seismic design and the design of civil air defense basement, the basement exterior wall out-of-plane reinforcement design calculation, etc., and introduces the SATWE software related to the upper structure and basement work analysis and the preparation of the basement design function principle and key points of application of reference for the designers.
Key words: the upper structure; The basement; Analysis model; Design calculation.
中圖分類號(hào)：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104(2013)
1 概述
帶有地下室的建筑結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要特點(diǎn)是上部結(jié)構(gòu)與地下室具有共同的位移場(chǎng)，相互協(xié)調(diào)變形，而且地下室外的回填土對(duì)結(jié)構(gòu)具有一定的約束作用。這種約束作用主要表現(xiàn)在對(duì)地下室水平位移的約束，而對(duì)豎向位移和豎向轉(zhuǎn)動(dòng)的約束作用十分有限，一般可以忽略不計(jì)。嚴(yán)格地講，在建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中，上部結(jié)構(gòu)、地下室、基礎(chǔ)和地基應(yīng)作為一個(gè)整體統(tǒng)一考慮，并應(yīng)合理考慮地下室外回填土對(duì)結(jié)構(gòu)的約束作用。
對(duì)于這一問(wèn)題的研究最早是從MEYERHOF"]開始的，隨著高層、超高層建筑的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了許多研究，并取得了大量成果，文獻(xiàn)對(duì)這些成果做了詳細(xì)評(píng)述。但到目前為止，理論研究成果與工程設(shè)計(jì)實(shí)踐還有較大距離，設(shè)計(jì)人員難以將研究成果直接應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)之中，不得不做各種簡(jiǎn)化。譬如在上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)將嵌固端取在土0.0處或某層地下室頂板位置，以嵌固端為界將上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)分離開，建立兩套數(shù)據(jù)文件，按照上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的不同要求，分別進(jìn)行計(jì)算。在地下室剛度足夠大時(shí)(如箱基)，這樣的模型簡(jiǎn)化誤差不大，這種簡(jiǎn)化措施是可行的。但由于地下大空間利用要求限制，現(xiàn)在設(shè)計(jì)的地下室已經(jīng)很少采用箱基，而且許多地下室都用作停車庫(kù)或商場(chǎng)，空間分割靈活，其水平剛度和豎向剛度都有限，對(duì)于這樣的工程，上述簡(jiǎn)化模型導(dǎo)致的誤差已不可忽視。
SA TW E 軟件是筆者負(fù)責(zé)開發(fā)的空間組合結(jié)構(gòu)有限元分析與設(shè)計(jì)軟件，這是專門為多、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而研制的。SATWE軟件于1995年推出，1999年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。目前SATWE已在全國(guó)普及應(yīng)用，成為我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要輔助軟件。這套軟件的英文版(英文界面、英國(guó)規(guī)范BS8110、新加坡規(guī)范、香港規(guī)范)已成功打人國(guó)際CAD軟件市場(chǎng)，在新加坡、馬來(lái)西亞、韓國(guó)、越南和香港等東南亞國(guó)家和地區(qū)已有一批用戶。為了適應(yīng)帶有地下室結(jié)構(gòu)高精度、高效率設(shè)計(jì)要求，我們?cè)赟ATWE軟件中針對(duì)這類工程做了一些具體工作，本文結(jié)合新規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，介紹SATWE軟件有關(guān)上部結(jié)構(gòu)與地下室共同工作分析、地下室抗震設(shè)計(jì)以及地下室人防設(shè)計(jì)功能的編制原理和應(yīng)用要點(diǎn)。
2 建議的分析模型
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB5 0011-2001)13 1(以下簡(jiǎn)稱“抗震規(guī)范”)第6.1.14條、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3-2002) 141(以下簡(jiǎn)稱“高規(guī)”)第5.3.7條都規(guī)定，當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍。當(dāng)剛度比不滿足嵌固部位的樓層側(cè)向剛度比規(guī)定時(shí)，“高規(guī)”宣貫培訓(xùn)材料建議:有條件時(shí)可增加地下室樓層的側(cè)向剛度，或者將主體結(jié)構(gòu)的嵌固部位下移至符合要求的部位。對(duì)“嵌固部位”的理解是問(wèn)題的關(guān)鍵。
1.1結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)化原則
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑施工的第一步，一個(gè)質(zhì)量?jī)?yōu)良的建筑物離不開良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是建筑施工中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，建筑施工離不開建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的指導(dǎo)。在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行制定時(shí)，需要搜集建筑周邊環(huán)境信息，針對(duì)建筑所在的位置，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，另外在設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮到建筑的經(jīng)濟(jì)性，建筑技術(shù)以及施工方面的影響，從而設(shè)計(jì)出最佳的建筑施工方案。
1.2建筑材料與資源的節(jié)約性原則
建筑設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的工作就是提高建筑材料的利用率，減少建材的使用。因此在建筑工程實(shí)際施工前，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)的研究工程圖紙，提前做好建材的使用方案以及節(jié)約方案。在不影響工程整體施工季度以及質(zhì)量的前提下，綜合考量與建筑材料相關(guān)的各種因素，比如物流費(fèi)用、加工費(fèi)用、存儲(chǔ)費(fèi)用等等，盡可能的降低成本。另外，選用建材時(shí)，不能一味的注重價(jià)格，也要考慮建材的質(zhì)量，比如鋼筋的使用，盡量采用高強(qiáng)度的鋼筋，其具有強(qiáng)度高，性能突出等優(yōu)點(diǎn)，使用效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通鋼筋，相較而言，其性價(jià)比更高。
2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
2.1控制指標(biāo)
高層建筑由于樓層的高度問(wèn)題，在施工方面和基層建筑的施工是有很大的不同的，因此在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)方案制定時(shí)，設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)也不同。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)側(cè)移是一項(xiàng)非常重要的設(shè)計(jì)因素，因此在制定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)，一定要注意將結(jié)構(gòu)側(cè)移控制在一定的范圍內(nèi)。
2.2軸向變形
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中另外一個(gè)非常重要的元素就是軸向變形，在高層建筑施工中，豎向載荷數(shù)值一旦變大，豎向構(gòu)架中就會(huì)出現(xiàn)非常大的軸向變形，從而對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生破壞，進(jìn)而對(duì)建筑的整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
2.3水平荷載
在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，水平荷載是一個(gè)非常重要的元素。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的豎向荷載所造成的軸力與建筑物的整體高度的一次方成正比，水平荷載所造成的傾覆力和豎向的構(gòu)件生成的軸力這兩種利益與建筑物的整體高度的二次方也成正比。假如建筑物的高度增長(zhǎng)的話，這個(gè)值也會(huì)變大，從而會(huì)對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響。
3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題
3.1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隨意無(wú)章
建筑工程的建設(shè)最重要的參照物就是建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙，也是建設(shè)過(guò)程中的具體指標(biāo)，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及實(shí)際工程施工中具有十分重要的作用。如果建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙出現(xiàn)微小的問(wèn)題，在實(shí)際施工中，都會(huì)被擴(kuò)大數(shù)倍甚至數(shù)十倍的形式呈現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)中。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須重視對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的使用以及標(biāo)識(shí)。但是目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于圖紙的運(yùn)用還存在一些問(wèn)題，有些關(guān)鍵性的信息并沒(méi)有在圖紙中表明，比如建筑的防震設(shè)計(jì)，建筑的抗裂等級(jí)，或者建筑施工材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。如果后期的設(shè)計(jì)人員對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體考慮不那么全面，稍有遺漏，就會(huì)嚴(yán)重影響建筑工程的施工質(zhì)量。
3.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合規(guī)定
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合規(guī)性主要體現(xiàn)在建筑施工材料的選用上。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，建筑行業(yè)得到了極大的發(fā)展，而建筑行業(yè)繁榮的背后，也使得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。這使得一部分企業(yè)，為了追求利潤(rùn)，擴(kuò)大市場(chǎng)占有率，開始降低自身的建筑成本，而降低建筑成本的主要手段就是調(diào)整建筑施工材料等級(jí)，許多企業(yè)在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，投機(jī)取巧，擅自調(diào)整建筑材料。例如使用低含鋼量的建材來(lái)降低建筑成本，使用一些低質(zhì)的施工材料。這不僅會(huì)對(duì)企業(yè)造成極大的負(fù)面影響，還嚴(yán)重威脅到了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，這也是我國(guó)不斷出現(xiàn)“樓歪歪”“樓脆脆”等現(xiàn)象的原因。
4高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效解決對(duì)策
4.1完善高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要重視設(shè)計(jì)圖紙的使用。相關(guān)設(shè)計(jì)人員在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于一些細(xì)小但是重要的數(shù)據(jù)，信息都要考慮到，并將其清晰的標(biāo)注在設(shè)計(jì)圖紙上，不要因?yàn)闉榱朔奖愣鴮⒁恍┲匾男畔⑹÷缘?。因?yàn)楦邔咏ㄖ趯?shí)際施工中，都是嚴(yán)格按照高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的圖紙來(lái)進(jìn)行實(shí)行的，一旦圖紙中出現(xiàn)不清楚或者不明確的數(shù)據(jù)信息，這對(duì)高層建筑的整個(gè)施工都會(huì)產(chǎn)生重大的影響。此外，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，要秉承嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，認(rèn)真對(duì)待設(shè)計(jì)工作，切忌馬虎大意，對(duì)于已經(jīng)完成的設(shè)計(jì)圖紙，也要反復(fù)檢查，確保設(shè)計(jì)出來(lái)的圖紙信息的準(zhǔn)確性。同時(shí)設(shè)計(jì)人員還要對(duì)圖紙中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題或者丟失的數(shù)據(jù)，及時(shí)的修改或者彌補(bǔ)，以確保建筑工程的施工質(zhì)量。
4.2加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)，適應(yīng)建筑的實(shí)際需求
高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度取決于建筑材料的含鋼量。因此，在高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果采用低含鋼量的設(shè)計(jì)，會(huì)使得工程具有極大的安全隱患。所以建筑施工企業(yè)必須注意高層建筑的剛度設(shè)計(jì)，以保障高層建筑的工程質(zhì)量。當(dāng)然，建筑結(jié)構(gòu)的剛度會(huì)隨著不同的地質(zhì)情況而不同，比如在平原地區(qū)，地質(zhì)比較穩(wěn)定，那么高層建筑結(jié)構(gòu)對(duì)于剛度的要求就比較低，可以采用含鋼量稍微低一些的建材；而如果在山地丘陵地區(qū)，地質(zhì)情況復(fù)雜，那么就要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的剛度要求嚴(yán)格一些，采用含鋼量高的建材。綜上所述，建筑企業(yè)不能一成不變，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要因地制宜，不能僅考慮企業(yè)的利潤(rùn)，更多的是需要和實(shí)際情況相結(jié)合，設(shè)計(jì)出最符合要求的建筑結(jié)構(gòu)剛度需求。
5結(jié)束語(yǔ)
高層建筑施工的基礎(chǔ)就是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，也正因如此，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量問(wèn)題會(huì)對(duì)高層建筑的后期施工質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。同時(shí)隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于建筑的需求也在朝多元化方向發(fā)展，也正是由于人們需求的變化，導(dǎo)致高層建筑設(shè)計(jì)的問(wèn)題也日漸增多。因此，在目前激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，建筑企業(yè)要想長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展下去，就必須解決高層建筑結(jié)構(gòu)中的問(wèn)題，提高建筑工程的施工質(zhì)量與水平。只有這樣，才能更好的為社會(huì)做貢獻(xiàn)，企業(yè)也才能更好地發(fā)展下去。
作者:張振新 單位:烏海市建設(shè)工程施工圖審查中心
參考文獻(xiàn)：
[1]岳文萍,茂,劉飛飛.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題及對(duì)策探討[J].住宅與房地產(chǎn),2016,(3):90-91.
