高層建筑設(shè)計(jì)的問(wèn)題及措施范文
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摘要：隨看我國(guó)經(jīng)／千的發(fā)展，高層建筑發(fā)展非常迅速，在建筑物的高度不斷增加的同時(shí)高層建筑的造型也1得更加新穎獨(dú)特，因此，如何保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全I(xiàn)■生是設(shè)計(jì)人員必須面臨的一個(gè)問(wèn)題。本又看重分析高層建筑設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，并提出相關(guān)對(duì)策。
關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問(wèn)題及對(duì)策
引言
隨著我囯城市化、現(xiàn)代化的不斷加快，高層建筑已成力城市建筑的王要形式，人們對(duì)高層建筑的空問(wèn)要求越來(lái)越高，因此，高層建筑的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不僅要滿足結(jié)構(gòu)的安全性，還要保證建筑的空問(wèn)合理性及造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性。
1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則
高層建筑建筑有比較多的結(jié)構(gòu)形式，按所用材＋4的不同可分力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼－混凝土混合結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)體系可以采用框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架－剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)等。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員對(duì)方案選型的基本原則是優(yōu)先采用用安全適用、技木先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便的結(jié)構(gòu)方案，并通過(guò)合理的計(jì)算和構(gòu)造處理，使結(jié)構(gòu)可靠地承受各種荷載作用。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)（包括荷載計(jì)算、內(nèi)力與變形計(jì)算、截面設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算及構(gòu)造處理等）、材＋4用量、繪制結(jié)構(gòu)施工圖％。
2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制要點(diǎn)
2．1水平荷載是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素
一般情況下，在多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形王要由豎向荷載起控制作用，而隨著樓層高度的不斷增加，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形王要由地震的水平作用力及風(fēng)荷載等因素影響。在高層建筑結(jié)構(gòu)中，軸向力所產(chǎn)生的位移與建筑的高度成正比，而水平荷載產(chǎn)生的彎矩和位移與結(jié)構(gòu)的高度呈現(xiàn)二次方或者四次方的關(guān)系。與此同時(shí)，水平荷載中的風(fēng)荷載和地震力，將會(huì)隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同從而產(chǎn)生較大幅度的變化，因此，在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須充分考慮側(cè)向力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，保證在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。
2．2側(cè)向位移是局層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵因素
多層建筑結(jié)構(gòu)，王要以抵抗軸向力產(chǎn)生的變形力王，水平荷載產(chǎn)生的變形較小，但是隨著建筑結(jié)構(gòu)高度的增大，水平荷載產(chǎn)生的側(cè)向位移迅速增大，力了保證結(jié)構(gòu)具體一足的剛度規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)的水平位移進(jìn)行了限制。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)不僅要滿足承載力的要求還要保證結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的側(cè)移剛度。我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要設(shè)置可靠的抗側(cè)力體系來(lái)保證結(jié)構(gòu)在水平力作用下產(chǎn)生的側(cè)向位移在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。
2．3軸向變形不容忽視
高層建筑隨著高度的不斷增加，軸向力也逐漸增大，力了抵抗豎向荷載，結(jié)構(gòu)中的豎向構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生較大的軸向變形。軸向變形會(huì)對(duì)連續(xù)梁的內(nèi)力分布產(chǎn)生影響，使連續(xù)梁中問(wèn)支座處的負(fù)彎矩值減小，而跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。
2．4延性是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)
結(jié)構(gòu)的延性是指當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或者結(jié)構(gòu)屈服后，在承載能力不降低的同時(shí)仍具有足夠的塑性變形能力的一種性能。保證建筑結(jié)構(gòu)的延性就相當(dāng)于保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，高層建筑結(jié)構(gòu)在遇到罕遇地震時(shí)，將會(huì)進(jìn)入塑性變形階段，要求結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有一足承載力的同時(shí)通過(guò)塑性變形來(lái)吸收地震產(chǎn)生的能量，因此結(jié)構(gòu)的延性的大小是判斷抗震性能的重要指標(biāo)。在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，我們王要通過(guò)選用平面規(guī)則、在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，我們王要通過(guò)選用平面規(guī)則、豎向剛度連續(xù)的布置形式并遵守＂強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)A弱錨固”等抗震設(shè)計(jì)原則以及相應(yīng)的構(gòu)造措施如選用延性較好的建筑材＋4、控制構(gòu)件的截面尺寸、限制構(gòu)件軸圧比以及最大配筋率等措施來(lái)提高結(jié)構(gòu)的延性。
3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及相應(yīng)對(duì)策
3．1結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則
高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，宜盡量使結(jié)構(gòu)平面形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則，結(jié)構(gòu)的承載力和剛度分布均勻。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范也明確指出，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)重視其平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性對(duì)抗震性能及經(jīng)／開(kāi)合理性的影響，宜擇優(yōu)選用規(guī)則的形體，其抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置宜規(guī)則對(duì)稱、側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化、豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材＋4強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小、避免側(cè)向剛度和承載力突變［1］。但是隨著我囯經(jīng)，開(kāi)和科技的不斷發(fā)展，各地出現(xiàn)大量的不規(guī)則建筑，它們的出現(xiàn)給建筑帶來(lái)了嶄新的面貌，但是也同時(shí)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了挑戰(zhàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中必須重視不規(guī)則建筑的抗震設(shè)計(jì)與計(jì)算分析，避免平面不規(guī)則使結(jié)構(gòu)的質(zhì)心和剛心嚴(yán)重不重合，可能使結(jié)構(gòu)繞剛心發(fā)生扭轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體發(fā)生破壞。在實(shí)際工程中，結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則的王要表現(xiàn)有①凹凸不規(guī)則②樓局部不連續(xù)③扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，考慮偶蜱偏心時(shí)位移比大于1．2④側(cè)向剛度不規(guī)則，樓層的側(cè)向剛度小于相鄰上層的70％或其上相鄰三層平均值的80％⑤豎向抗側(cè)力構(gòu)件（柱、抗震墻、抗震支撐等）不連續(xù)⑥樓層承載力突變，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層問(wèn)受剪承載力小于相鄰上一樓層的80％［1］⑦結(jié)構(gòu)周期比過(guò)大，A級(jí)高度的建筑周期比超過(guò)0．9，B級(jí)高度的建筑周期比大于0．85。根據(jù)實(shí)際工程，綜合分析各方面的因素，針對(duì)平面布置不規(guī)則的高層建筑采取的對(duì)策有①周期比的控制是關(guān)鍵。周期比控制是側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之問(wèn)的關(guān)系，通過(guò)周期比可以判斷抗側(cè)力構(gòu)建的布置是否合理，可有效的控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。②采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。如在建筑條件允許的情況下盡量加強(qiáng)周邊的剪力墻，尤其是離剛心最遠(yuǎn)處，調(diào)整扭轉(zhuǎn)周期，使結(jié)構(gòu)盡量成力規(guī)則建筑。③控制墻柱軸圧比，提高柱的縱向配筋率和箍筋配筋率等措施。
3．2短肢剪力墻的增多
力了迎合業(yè)王的要求，降低造價(jià)，現(xiàn)存的高層建筑中很多設(shè)計(jì)增加了短肢剪力墻，這種做／去對(duì)結(jié)構(gòu)及其不利，大大降低了結(jié)構(gòu)的抗震性能。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技木規(guī)程》第7．1．8條規(guī)足＂高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)全部采用短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻較多時(shí)應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)”［2］。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，力了滿足高層建筑剛性要求，應(yīng)該盡可能的減少短肢剪力墻的布置，嚴(yán)格控制剪力墻上洞口的數(shù)量、尺寸及位置。在高層建筑設(shè)計(jì)中，一足要汪意材＋4的選擇，必須選擇符合高層建筑設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的材＋4。
3．3嵌固端設(shè)置的不合理
由于建筑使用功能要求，高層建筑在設(shè)計(jì)過(guò)程中通常都設(shè)置了地下室，地下室的設(shè)置也減輕地震滅害的破壞程度、提高地基承載力和結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析之前，需要確足高層建筑嵌固端的位置，嵌固端設(shè)置不合理容易導(dǎo)致很多安全隱患，危害比較嚴(yán)重，而實(shí)際工程中地下室的設(shè)置又有多種不同情況有單層地下室和多層地下室，有半埋式地下室和全埋式地下室等，有錯(cuò)層夫?qū)雍推碌亟ㄖ械叵率覍痈吲c首層層高比較接近的，也有首層層高與2層層高相差較大的，等等。這樣使得高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的選取必須根據(jù)實(shí)際情況合理確足。作力高層建筑的結(jié)構(gòu)嵌固端，其作用的原理是嵌固端節(jié)A下的梁柱（板）構(gòu)件是不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的，嵌固端樓層平面內(nèi)不能產(chǎn)生水平位移，地震作用下結(jié)構(gòu)的屈服部位將發(fā)生在嵌固端之上的樓層，因此，在工程設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)嵌固端的選擇要根據(jù)具體的情況作出合理的選足，不能簡(jiǎn)單的將地下室頂板作力所有工程的嵌固端。
結(jié)語(yǔ)
綜上所述，高層建筑的高度使得設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中必須綜合考慮各種因素，如建筑結(jié)構(gòu)布局的合理性和實(shí)用性，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員應(yīng)選用合理的力學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，并將各項(xiàng)參數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)，以保證高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。
參考又獻(xiàn)
［1］GB50011—2〇10建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2〇1（5版）［S］
［2］JGJ3—2〇10高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技木規(guī)范［S］
作者：常禮安 單位：西安有色冶全設(shè)計(jì)研究院
