摘 要：隨著我國(guó)高層建筑的迅速發(fā)展，建筑高度也在不斷的增加，其建筑類型與功能的越來越復(fù)雜化，結(jié)構(gòu)體系也變得更加多樣化，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來越高，成為結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)工作的主要重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的高寬比的規(guī)定、材料的選用和結(jié)構(gòu)體系問題、軸壓比與短柱問題等問題進(jìn)行分析，并針對(duì)不同問題總結(jié)了不同的解決方法。

　　關(guān)鍵詞：高層建筑,結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì),質(zhì)量

　　1、高寬比的規(guī)定

　　作為結(jié)構(gòu)整體剛度、抗傾覆能力、整體穩(wěn)定、承載能力的宏觀控制指標(biāo)的高層建筑結(jié)構(gòu)高寬比，對(duì)其所作規(guī)定是長(zhǎng)期工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，從當(dāng)前大部分A級(jí)高度的高層建筑來看來，規(guī)定其高寬比值是較為實(shí)用且較經(jīng)濟(jì)合理的。對(duì)于結(jié)構(gòu)高寬比的要求從側(cè)向位移、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗傾覆能力、承載能力等性能的規(guī)定也可體現(xiàn)出來。當(dāng)這些規(guī)定得到滿足時(shí)，就不一定要滿足高寬比的規(guī)定，該規(guī)定不再是超限高層建筑抗震專項(xiàng)審查的一個(gè)指標(biāo)，它著重“不宜超過”。然而實(shí)際建筑工程中，超過高寬比限制的例子卻很多。因此，當(dāng)高寬比超過限制時(shí)，準(zhǔn)確對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更符合實(shí)際受力狀態(tài)的計(jì)算分析，例如，對(duì)安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等進(jìn)行認(rèn)真的分析，設(shè)計(jì)出更切實(shí)可靠的構(gòu)造措施。

　　2、材料的選用和結(jié)構(gòu)體系問題

　　建筑材料或結(jié)構(gòu)體系的選用是在地震多發(fā)區(qū)工程技術(shù)人員較為重視的問題。目前我國(guó)150m以上的建筑結(jié)構(gòu)通常采用三種主要結(jié)構(gòu)體系：框一筒、筒中筒和框架一支撐。在國(guó)外著三種結(jié)構(gòu)體系也被經(jīng)常采用。然而，國(guó)外在地震區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)多以鋼結(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)卻占了總結(jié)構(gòu)的90%。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)如此之高，無法承受得住較大地震作用的考驗(yàn)。80%以上的地震作用剪力主要是由混合結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)筒所承受，有的甚至達(dá)90%以上。由于鋼筋混凝土核心筒是其主要結(jié)構(gòu)，這就不利于對(duì)變形的控制。但因彎曲變形的側(cè)移在鋼筋混凝土核心筒較大，鋼框架的靠剛度又很小，在協(xié)同其工作時(shí)側(cè)移在減小，這樣不僅使得鋼結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)增大，且效果也不明顯，這就不得不對(duì)混凝土筒的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)作加大處理，在形成加強(qiáng)層后，才滿足了規(guī)范側(cè)移限值。除此之外，要在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)置。

　　3、軸壓比與短柱問題

　　對(duì)柱的軸壓比進(jìn)行控制來增大柱的截面，而構(gòu)造配筋由柱縱向鋼筋組成，這是當(dāng)前鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中常用的方法，其也就是采用高強(qiáng)混凝土，并保證柱斷面尺寸不明顯減小。為了能使柱子處于大偏壓狀態(tài)，防止受拉鋼筋還未被屈服其混凝土就已被壓碎。限制柱的軸壓比是一個(gè)最好的方法。減小了柱的塑性變形能力，其結(jié)構(gòu)的延性就變得很差，尤其在遭遇地震時(shí)，就不能很好的耗散和吸收地震能量，從而嚴(yán)重破壞了其結(jié)構(gòu)。然而，如果在結(jié)構(gòu)中若能確保強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)，且擁有延性較好的梁，這樣大大減少柱子進(jìn)入屈服的可能性，此時(shí)，可軸壓比限值就可稍作放松。此外，長(zhǎng)細(xì)小于4的層柱不一定都是短柱。因?yàn)橹募艨绫炔攀谴_定是否為短柱的參數(shù)，短柱是剪跨比小于2的柱。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、提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的措施分析

　　4.1運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念 ，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　在計(jì)算中,要充分考慮在滿足技術(shù)條件下的經(jīng)濟(jì)性 。不能隨意加大配筋量或加大構(gòu)件的截 面 ,造成 “肥梁 、胖柱 、深基礎(chǔ) ” 、有些設(shè)計(jì)人員“算不清 ,加鋼筋 ”和“層層附加保險(xiǎn)性”以至配成超筋梁柱。要始終牢記“強(qiáng)柱弱梁 、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉原 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 ,尤其是鋼筋的直線段 錨固長(zhǎng)度 ,考慮溫度應(yīng)力的影響。除此之外,還應(yīng)注意按均勻?qū)ΨQ規(guī)整原則考慮平面和立面的布置，綜合考慮抗震的多道防線 ,盡量避免薄弱層的出現(xiàn) ,以及正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算等等這一點(diǎn)要作為我們的設(shè)計(jì)理念之一來重視 。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還需注意考慮優(yōu)化設(shè)計(jì) 。一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從結(jié)構(gòu)選型、布置 、分析計(jì)算、截面設(shè)計(jì)到細(xì)部處理的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中 ,綜合考慮各方面因素,確定合理的分析 、處理方法 ,力求得到最為經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

　　建筑師確定建筑方案后,結(jié)構(gòu)也應(yīng)綜合考慮各方面因素 ,盡量采用最簡(jiǎn)單 、經(jīng)濟(jì)、合理的方案。各個(gè)受力構(gòu)件的布置要全面考慮它可能承受的各種荷載。豎向承重構(gòu)件不僅是將豎 向荷載傳遞到基礎(chǔ)上 ,同時(shí)還要承受風(fēng)和地震等水平荷載 ,有時(shí)還有溫度應(yīng) 。因此 ,布置時(shí)還要注意將它放在有利于承受水平荷載和溫度應(yīng)力的位置。除此之外,還要考慮樓板剛度是否滿足整體工作的要求,對(duì)剪力墻間距進(jìn)行限制。水平承重構(gòu)件的布置同樣也要考慮多方面的因素 ,力求傳力路徑簡(jiǎn)潔，以最快的方式將樓面上的荷載傳遞到主梁上 ,再由柱 、剪力墻等傳遞到基礎(chǔ)、地基。地基基礎(chǔ)中地基土的不確定性很強(qiáng),至今還沒有哪個(gè)模型能夠?qū)ζ渥骶_的描述。因此 ,在地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中,更需要根據(jù)基本理論知識(shí)以及豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) ,分析 、預(yù)見可出現(xiàn)的各種問題 ,從而找到最合理的處理方案。

　　4.2做好與相關(guān)專業(yè)人員的溝通

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作不能孤立獨(dú)行,需要與其他專業(yè)多溝通,多配合。因此要提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平,不但要具備本專業(yè)的扎實(shí)的基本功,還要對(duì)相關(guān)專業(yè)有基本的了解并取得相關(guān)專業(yè)的支持和配合。涉及其他專業(yè)的技術(shù)問題,結(jié)構(gòu)工程師要積極組織和參加各專業(yè)的協(xié)調(diào)會(huì)議,統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),達(dá)成共識(shí),最終確定設(shè)計(jì)原則,做到透徹把握建筑意圖、充分了解設(shè)備專業(yè)的功能和需要,避免在出圖后因各專業(yè)不協(xié)調(diào)而導(dǎo)致的變更和返工。

　　4.3正確運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

　　當(dāng)前,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,工程師在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析工作,用計(jì)算機(jī)輔助完成大部分的圖紙?jiān)O(shè)計(jì),因此了解計(jì)算機(jī)程序的功能、正確使用設(shè)計(jì)軟件直接影響到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平。中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD 工程部開發(fā)的PKPM系列微機(jī)建筑工程CAD 系統(tǒng)、廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院和深圳市廣廈科技有限公司聯(lián)合開發(fā)的廣廈建筑結(jié)構(gòu)CAD等等都是比較優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)軟件,涉及的內(nèi)容比較全面,與AUTOCAD兼容,可操作性強(qiáng)。需要指出的是設(shè)計(jì)軟件都是根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范的要求結(jié)合不同的結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)加以模擬簡(jiǎn)化得來,因而設(shè)計(jì)軟件都有一個(gè)有效使用期限和合理適用范圍。隨著建筑業(yè)的發(fā)展,建筑物規(guī)模越來越大,形式也日趨復(fù)雜,使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容增多,難度增大,這就要求設(shè)計(jì)人員了解所使用軟件的特點(diǎn)和適用范圍,熟悉和掌握各項(xiàng)參數(shù)的選取條件,真正做到計(jì)算機(jī)為人服務(wù),為工程設(shè)計(jì)服務(wù)。

　　4.4綜合考慮優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮優(yōu)化設(shè)計(jì),綜合考慮各方面因素,盡量采用最為經(jīng)濟(jì)和合理的方案。全面考慮各個(gè)受力構(gòu)件的可能承受的各種荷載,豎向承重構(gòu)件把豎向荷載傳遞到基礎(chǔ)上,還承受風(fēng)和地震等水平荷載,以及溫度應(yīng)力,這些都要考慮到,布置時(shí)要把承重構(gòu)件放在有利于承受水平荷載和溫度應(yīng)力的位置。要限制剪力墻的間距,確定樓板剛度滿足整體工作的要求。水平承重構(gòu)件的布置,也要綜合考慮多方面因素,力爭(zhēng)做到傳力路徑簡(jiǎn)短,以最快的方式將樓面上的荷載傳遞到主梁上,再由柱和剪力墻傳遞到基礎(chǔ)和地基。在設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)時(shí),要根據(jù)基本理論知識(shí),結(jié)合豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),預(yù)見可能出現(xiàn)的各種問題,并分析出合理的解決方案。計(jì)算過程要牢記“強(qiáng)柱弱粱、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉”的原則,不可隨意加大配筋量,要考慮構(gòu)件的延性性能,對(duì)薄弱部位注意加強(qiáng)。對(duì)于鋼筋的錨固長(zhǎng)度尤其是直線段錨固長(zhǎng)度,要注意溫度應(yīng)力的影響。平面和立面的布置,要按照均勻、對(duì)稱和規(guī)整原則進(jìn)行,考慮多道防線,力爭(zhēng)避免出現(xiàn)薄弱層。結(jié)構(gòu)的選型和布置及計(jì)算的整個(gè)設(shè)計(jì)過程,要綜合考慮各方面因素,并進(jìn)行極限狀態(tài)的驗(yàn)算,以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案安全合理。

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