探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)及問題

探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)及問題摘要：隨著高層建筑的建筑高度的不斷增加，建筑類型與功能的愈來愈復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系的更加多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)形當(dāng)中給工程設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求。本文就結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)及應(yīng)注意的幾方面問題進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。關(guān)鍵詞：高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，問題Abstract:withtheconstructionofthehigh-risebuildingheightincreases,andbuildingtypeandfunctionofmoreandmorecomplicated,thestructureofthesysteminmorediverse,thestructuredesignofhigh-risebuildinginvisibletoengineeringdesignpersonnelputforwardhigherrequest.Thispaperthestructuredesignkeypointsshouldbepaidattentiontoandseveralproblemsofasimplediscussion.Keywords:highbuilding,structuredesignpoints,problem中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)1.1選擇合理的結(jié)構(gòu)方案：一個(gè)合理的設(shè)計(jì)必須選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個(gè)切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡(jiǎn)捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則。必須對(duì)工程的設(shè)計(jì)要求、材料供應(yīng)、地理環(huán)境、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行多方案比較，擇優(yōu)選用。1.2選擇合適的基礎(chǔ)方案：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析，選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計(jì)時(shí)宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算?；A(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)一些缺少地質(zhì)報(bào)告的建筑應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。1.3選用適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖：結(jié)構(gòu)計(jì)算式在計(jì)算簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計(jì)算簡(jiǎn)圖選用不當(dāng)則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計(jì)算簡(jiǎn)圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實(shí)際結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的鉸結(jié)點(diǎn)和剛結(jié)點(diǎn)，但與計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。1.4正確分析計(jì)算結(jié)果：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會(huì)導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果。因此設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)程序的適用范圍、條件等進(jìn)行全面了解。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)實(shí)際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析，慎重校核，做出合理判斷。1.5采取相應(yīng)的構(gòu)造措施：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)始終要牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓若拉原則”，注意構(gòu)件的延性性能；加強(qiáng)薄弱部位；注意鋼筋的錨固長(zhǎng)度，尤其是鋼筋的執(zhí)行段錨固長(zhǎng)度；考慮溫度應(yīng)力的影響力。2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題2.1高層建筑結(jié)構(gòu)受力方面2.1.1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間組成特點(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，而建筑結(jié)構(gòu)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，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最初階段，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。2.1.2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。2.1.3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，而是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，問題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形，可見，高層建筑的結(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑有很大的差異。2.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題2.2.1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,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn),即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中未做到三心合一,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,應(yīng)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。2.2.2在水平荷載作用下,高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(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),應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡(jiǎn)單平面形式。在某些情況下,由于城市規(guī)劃對(duì)街道景觀的要求以及建筑場(chǎng)地的限制,高層建筑不可能全部采用簡(jiǎn)單平面形式,當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí),應(yīng)將凸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)平面布置時(shí),應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對(duì)稱狀態(tài)。2.3結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算在結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算階段，如何準(zhǔn)確，高效地對(duì)工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理，是決定工程設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。由于新規(guī)范的推出對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算和分析部分相當(dāng)多的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，因此，結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)該相應(yīng)地對(duì)這一階段比較常見的問題有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。2.3.1結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇。目前比較通用的計(jì)算軟件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各軟件在采用的計(jì)算模型上存在著一定的差異，因此導(dǎo)致了各軟件的計(jì)算結(jié)果不同。所以，在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析時(shí)必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算軟件，并從不同軟件相差較大的計(jì)算結(jié)果中，判斷哪個(gè)是合理的、哪個(gè)是可以作為參考的，哪個(gè)又是意義不大的，這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)工作中首要的工作。否則，如果選擇了不合適的計(jì)算軟件，不但會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力，而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。2.3.2振型數(shù)目是否足夠在新規(guī)范中增加了一個(gè)振型參與系數(shù)的概念，并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計(jì)中，并未提出振型參與系數(shù)的概念，或即使有該概念，該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求，因此，在計(jì)算分析階段必須對(duì)計(jì)算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷，并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。2.3.3多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計(jì)算一段時(shí)間以來，大底盤，多塔樓的高層建筑類型大量涌現(xiàn)，而在計(jì)算分析該類型高層建筑時(shí)，是將結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體并按多塔類型進(jìn)行計(jì)算，還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進(jìn)行計(jì)算，是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大，就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿足要求，但是對(duì)某一座塔樓的地震力計(jì)算誤差仍然有可能較大，從而使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。2.4高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的問題2.4.1部分建筑物高度過高目前不少高層建筑超過了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性會(huì)發(fā)生很大的變化，建筑物的抗震能力下降，很多影響因素也發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程預(yù)算的相應(yīng)參數(shù)需要重新選取。2.4.2地基的選取不合理高層建筑應(yīng)選擇位于開闊平坦地帶的堅(jiān)硬土場(chǎng)地或密實(shí)均勻中硬土場(chǎng)地，遠(yuǎn)離河岸，不應(yīng)垮在兩類土壤上，避開不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險(xiǎn)地段建造房屋。高層建筑的地基選取不恰當(dāng)可能導(dǎo)致抗震能力差。2.4.3材料的選用不科學(xué),結(jié)構(gòu)體系不合理由于我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)主要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。2.4.4較低的抗震設(shè)防烈度許多專家提出，現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度已不能適應(yīng)國(guó)情的需要，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度水平應(yīng)大幅度提高。我國(guó)現(xiàn)行抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是比較低的，中震相當(dāng)于在規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)超越概率為百分之十的地震烈度，較低的抗震設(shè)防烈度放松了高層建筑的抗震要求3結(jié)語(yǔ)在建筑工程領(lǐng)域中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響著工程周期，成本節(jié)約，可以說是一個(gè)工程中重要的生命線。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，全國(guó)大中型城市的多高層建筑在迅速增多，無(wú)形當(dāng)中給結(jié)構(gòu)工程師提出了更高的要求，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)