摘要：高層建筑目前在我們的城市建設(shè)當(dāng)中所占的比例是越來(lái)越大，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的變化也越來(lái)越多，很多新興的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以迅猛的速度呈現(xiàn)在我們的城市建設(shè)中。建筑類型與功能越來(lái)越復(fù)雜，高層建筑的數(shù)量口漸增多，高層建筑的結(jié)構(gòu)體系也是越來(lái)越多樣化，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)。面對(duì)如此形勢(shì)，應(yīng)該把高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)放在首位加以探討研究。

　　關(guān)鍵詞：高層 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 要點(diǎn)探討

　　一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義和依據(jù)

　　1、概念設(shè)計(jì)的意義。高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)，發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設(shè)計(jì)來(lái)判斷計(jì)算設(shè)計(jì)的合理性。

　　2、概念設(shè)計(jì)的依據(jù)。高層建筑結(jié)構(gòu)總體系與各分體系的工作原理和力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理原則，計(jì)算程序的力學(xué)模型和功能，吸取或不斷積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

　　二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)分析

　　1、高層建筑結(jié)構(gòu)受力方面

　　對(duì)于一個(gè)建筑物的最初的方案設(shè)計(jì)，建筑師考慮更多的是它的空問(wèn)組成特點(diǎn)，而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。

　　建筑物底面對(duì)建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求就是要搞清楚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，所以，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對(duì)主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。

　　對(duì)于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加。豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計(jì)的控制因素，其原因有兩個(gè)：其一，較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒;其二，側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。

　　與豎向荷載相比，側(cè)向荷載對(duì)建筑物的效應(yīng)不是線性增加的，而隨建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有條件相同時(shí)，在風(fēng)荷載作用下，建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其頂部的側(cè)向位移與高度的四次方成正比，地震的作用效應(yīng)更加明顯。在高層建筑中，問(wèn)題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形，可見(jiàn)，高層建筑的結(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑有很大的差異。

　　2、地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面

　　地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，不僅僅由于該階段設(shè)計(jì)過(guò)程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，同時(shí)，也是因?yàn)榈鼗A(chǔ)也是整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素，因此，在這一階段，所出現(xiàn)的問(wèn)題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無(wú)法估量的損失。

　　在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意地方性規(guī)范的重要性問(wèn)題。由于我國(guó)占地面積較廣，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，僅僅一本《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》無(wú)法對(duì)全國(guó)各地的地基基礎(chǔ)都進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定，因此，作為建立在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之下的地方標(biāo)準(zhǔn)。地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)計(jì)處理方法等一些成熟的經(jīng)驗(yàn)描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確，所以，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對(duì)地方規(guī)范進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)，以避免對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或后期設(shè)計(jì)工作造成較大的影響。

　　3、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

　　(1)底層框架——剪力墻砌體結(jié)構(gòu)挑梁裂縫問(wèn)題。底層框架剪力墻砌體結(jié)構(gòu)房屋是指底層為鋼筋混凝土框架——剪力墻結(jié)構(gòu),上部為多層砌體結(jié)構(gòu)的房屋。該類房屋多見(jiàn)于沿街的旅館、住宅、辦公樓,底層為商店,餐廳、郵局等空間房屋,上部為小開(kāi)間的多層砌體結(jié)構(gòu)。這類建筑是解決底層需要一種比較經(jīng)濟(jì)的空間房屋的結(jié)構(gòu)形式。部分設(shè)計(jì)者為追求單一的建筑立面造型來(lái)增加使用面積,將二層以上的部分橫墻且外層挑墻移至懸挑梁上,各層設(shè)計(jì)有挑梁,但實(shí)際結(jié)構(gòu)的底層挑梁承載普遍出現(xiàn)裂縫,該類挑梁的設(shè)計(jì)與出現(xiàn)裂縫在臨街砌體結(jié)構(gòu)房屋中比較常見(jiàn)。原因是原設(shè)計(jì)各層挑梁均按承受本層樓蓋及其墻體的荷載進(jìn)行計(jì)算。但實(shí)際結(jié)構(gòu)中,懸挑梁上部墻體均為整體砌筑,且下部墻體均兼上層挑梁的底摸,這樣挑梁上部的墻體及樓蓋的荷載實(shí)際上是由上往下傳遞。上述挑梁的設(shè)計(jì)計(jì)算與實(shí)際工程中受力及傳力路線不符是導(dǎo)致底層挑梁承載力不足并出現(xiàn)受力裂縫的主要原因,解決的辦法要么改變計(jì)算簡(jiǎn)圖及受力路線,要么注意施工順序和施工工序。

　　(2)砌體結(jié)構(gòu)布置方式及抗震分析。第一，橫墻承重的結(jié)構(gòu)布置:一般房屋為矩形平面,其橫向剛度遠(yuǎn)小于縱向剛度, 因此有足夠數(shù)量的橫墻,是提高結(jié)構(gòu)抗震性能的主要途徑。由震害可知,墻體多為剪切破壞,因此,為了提高橫墻的抗震能力,必須提高其抗剪強(qiáng)度。主要措施是提高材料的強(qiáng)度等級(jí),增加橫墻上的軸壓力。為此,應(yīng)盡量使橫墻成為承重和隔斷合二為一的墻體。第二，縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)布置。當(dāng)房間較大時(shí),設(shè)有沿進(jìn)深方向的梁支承于縱墻上,使縱墻承重。樓板沿縱向擱置, 故形成橫墻承重,橫墻間距不入,一般可滿足抗震要求,同時(shí)縱墻也因軸壓力的存在而提高了抗剪能力。另一方案是縱墻承重與橫墻承重沿豎向交替布置,這種方案實(shí)際應(yīng)用不多。第三縱墻承重的結(jié)構(gòu)布置。該種布置方案,橫墻間距大、數(shù)量小,且軸壓力較小,故對(duì)抗震不利;縱墻多易引起彎曲破壞,應(yīng)慎重選用。第四，混合承重結(jié)構(gòu)布置。這種布置可有多種布置方式,如內(nèi)框架砌體結(jié)構(gòu)、底層框架砌體結(jié)構(gòu)及局部框架砌體結(jié)構(gòu)等。這種結(jié)構(gòu)體系由兩種結(jié)構(gòu)材料彈性模量和動(dòng)力性能相差很大的兩種結(jié)構(gòu)體系組成,因而不是一種良好的抗震結(jié)構(gòu)形式。但因其能滿足建筑使用要求,提供較大的使用空間,且結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、方便施工,應(yīng)用較多。總之,選擇哪種砌體結(jié)構(gòu)是抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),應(yīng)從抗震的概念設(shè)計(jì)出發(fā),綜合建筑使用功能、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和施工等方面進(jìn)行選擇。

　　4、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的側(cè)移和振動(dòng)周期

　　建筑結(jié)構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期問(wèn)題包含兩方面：合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期;控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯(cuò)開(kāi)場(chǎng)地的特征周期。

　　(1)結(jié)構(gòu)自振周期。高層建筑的自振周期(T 1)宜在下列范圍內(nèi)：

　　框架結(jié)構(gòu)：T1=(0.1—0.15)N

　　框一剪、框筒結(jié)構(gòu)：T1=(0.08-0.12)N

　　剪力墻、筒中筒結(jié)構(gòu)：TI=(0.04—0.10)N

　　N為結(jié)構(gòu)層數(shù)。

　　結(jié)構(gòu)的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi)：

　　第二周期：T2=(1/3—1/5)T1;第三周期：T3=(1/5—1/7)T1。

　　(2)共振問(wèn)題。當(dāng)建筑場(chǎng)地發(fā)生地震時(shí)，如果建筑物的自振周期和場(chǎng)地的特征周期接近，建筑物和場(chǎng)地就會(huì)發(fā)生共振。因此在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)針對(duì)預(yù)估的建筑場(chǎng)地特征周期，通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)的層數(shù)，選擇合適的結(jié)構(gòu)類別和結(jié)構(gòu)體系，擴(kuò)大建筑物的自振周期與建筑場(chǎng)地特征周期的差別，避免共振的發(fā)生。

　　(3)水平位移特征。水平位移滿足高層規(guī)程的要求，并不能說(shuō)明該結(jié)構(gòu)是合理的設(shè)計(jì)。同時(shí)還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，地震力的大小與結(jié)構(gòu)剛度直接相關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度小，結(jié)構(gòu)并不合理時(shí)，由于地震力小則結(jié)構(gòu)位移也小，位移在規(guī)范允許范圍內(nèi)，此時(shí)并不能認(rèn)為該結(jié)構(gòu)合理。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)周期長(zhǎng)、地震力小并不安全。其次，位移曲線應(yīng)連續(xù)變化，除沿豎向發(fā)生剛度突變外。不應(yīng)有明顯的拐點(diǎn)或折點(diǎn)。一般情況下剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎曲型。框架結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為剪切型t框一剪結(jié)構(gòu)和框一筒結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎剪型。

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