摘要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，建筑業(yè)為滿足飛速發(fā)展的需求，建筑體的高度也明顯彰顯出上升的趨勢。建筑體的功能和類型也越來越多元化，許多新興高層建筑體結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點比較鮮明，結(jié)構(gòu)體系也是各有千秋，同樣結(jié)構(gòu)設(shè)計人員面臨的問題也越來越多，本文發(fā)表在《建筑科學(xué)》上，文章主要對高層建筑的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)注意的一些問題進行了探討，是建筑設(shè)計論文發(fā)表范文，供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：建筑業(yè);功能和類型;結(jié)構(gòu)設(shè)計;問題

　　前言：

　　高層建筑的建造與發(fā)展已經(jīng)有百年的歷史，在城市的發(fā)展與人們的生活中擔(dān)當(dāng)者重要的角色。高層建筑的體積較大，視覺上的沖擊力比較強，是建筑學(xué)、藝術(shù)學(xué)與文化的綜合體，是體現(xiàn)社會經(jīng)濟繁榮與進步的體現(xiàn)。隨著社會需求的不斷提高，高層建筑體所承載的功能也在繼承中變革，給高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師提出了更高的要求。在改革開放之后，特別是在20世紀90年代以來，我過房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，土地資源變得彌足珍貴，高層建筑如雨后春筍，數(shù)量急增并逐步成為我國的支柱性產(chǎn)業(yè)。目前我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員往往只忙于具體型的工作，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性與實用性和應(yīng)注意的問題上還沒有引起足夠的重視，結(jié)果出現(xiàn)了不必要的浪費或者與社會需求的吻合度不夠的作品。本文主要對高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點、原則和應(yīng)注意的問題進行了探討。

　　一、 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

　　(一)軸向變形的重要性

　　1、 高層建筑體豎向的荷載大，容易在柱中引起比較大的軸向變形，直接影響到連續(xù)梁彎矩，致使連續(xù)梁中間支座處位置的負彎矩降低，支座負彎矩和跨中正彎矩的值加大。

　　2、此外還會對預(yù)測構(gòu)件的下料長度存在一定的影響，必須根據(jù)軸向變形的計算值來調(diào)整下料的長度。

　　3、對構(gòu)件剪力與側(cè)移產(chǎn)生一定的影響，與考慮構(gòu)件豎向變形來進行比較，會看出偏于不安全的結(jié)果。

　　(二)結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標

　　高層建筑的結(jié)構(gòu)比較柔和，遇到地震變形比較大。為提高高層建筑在進入塑性變形階段的變形能力，防治高層建筑的倒塌，必須在構(gòu)造上采取措施保證結(jié)構(gòu)擁有比較大的延性。

　　(三)水平荷載是決定性的因素

　　1、高層樓房建筑體自重同樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩數(shù)值與建筑高度的一次方成正比，但是水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩和在豎構(gòu)件中所產(chǎn)生的軸力是與高層建筑體的高度的兩次方成正比的。

　　2、對具有一定高度的高層建筑體而言，豎向荷載大體上是定值，但是水平荷載的風(fēng)荷載與地震作用的數(shù)值因結(jié)構(gòu)動力的不同特征有不同幅度的變化。

　　二、高層建筑設(shè)計所應(yīng)當(dāng)遵循的原則

　　(一)選用適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D

　　結(jié)構(gòu)的計算式是以計算簡圖為基礎(chǔ)來進行的，如果選用的不當(dāng)容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全事故，必須謹慎;所以選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)簡圖對于保證結(jié)構(gòu)安全有重要的意義。實際結(jié)構(gòu)中的節(jié)點不是純粹的剛接點和鉸結(jié)點，但是與結(jié)構(gòu)見圖的誤差必須控制在設(shè)計允許范圍內(nèi)。

　　(二)選擇合適的基礎(chǔ)方案

　　基礎(chǔ)的設(shè)計必須要依據(jù)多種因素(工程的地質(zhì)狀況、上部的結(jié)構(gòu)類型、荷載的分布情況、相鄰建筑物造成的影響以及施工條件等)來進行比較科學(xué)的綜合分析后選擇出即經(jīng)濟有又合理的基礎(chǔ)方案。設(shè)計時最好把地基所擁有的潛力發(fā)揮到極致，最好進行地基變形的驗算。基礎(chǔ)設(shè)計必須重視地質(zhì)勘察報告的詳盡性，如果建筑存在缺少地質(zhì)報告的情況，應(yīng)當(dāng)進行現(xiàn)場查看，必要時參考鄰近的高層建筑體材料。

　　(三)選擇合理的結(jié)構(gòu)方案

　　合理的設(shè)計來源于選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)體系的受力應(yīng)當(dāng)明確，傳力要體現(xiàn)簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)體系最好統(tǒng)一，盡量不要出現(xiàn)混用不同的結(jié)構(gòu)體系。總之，就是要對工程的施工條件、設(shè)計要求、地理環(huán)境、材料供應(yīng)等情況進行比較綜合的分析，另外還要在與建筑、水、電、暖等專業(yè)進行充分協(xié)商的基礎(chǔ)上來進行結(jié)構(gòu)選型，多相比較，擇優(yōu)選用之后確定出科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案。

　　(四)對計算結(jié)果進行正確性的分析

　　現(xiàn)今的結(jié)構(gòu)設(shè)計普遍依賴計算機技術(shù)，但是目前的計算機軟件種類比較繁雜，使用不同的軟件可能有一樣的計算結(jié)果;所以設(shè)計師應(yīng)對程序的適用條件和范圍有比較熟悉的了解。在設(shè)計師利用計算機進行輔助性設(shè)計時，由于現(xiàn)實結(jié)構(gòu)的具體情況與程序可能存在不符合，或者軟件本身就存在缺陷，或者人為原因等導(dǎo)致計算結(jié)果出現(xiàn)錯誤，所以結(jié)構(gòu)工程師在拿到資料時要科學(xué)分析，謹慎校對做出合理的判斷。

　　(五)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施

　　進行結(jié)構(gòu)設(shè)計必須牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓若拉”的原則，對構(gòu)件的延性性能和對鋼筋的執(zhí)行段錨固長度要引起注意，另外還要對溫度應(yīng)力的影響力予以考慮。

　　三、高層建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)當(dāng)注意的相關(guān)問題

　　(一)基礎(chǔ)埋深問題

　　基礎(chǔ)必須要有一定的埋深，基礎(chǔ)埋置的深度一般指從室外的地坪到基礎(chǔ)底面的距離。比較獨立的高層建筑基礎(chǔ)埋深比較容易確定，但是目前的高層建筑大多都與地下式的車庫相連接，如果地下車庫基礎(chǔ)是采用筏板基礎(chǔ)或設(shè)有防水底板的獨立基礎(chǔ)時，高層建筑的基礎(chǔ)埋深要從室外的地坪開始算起，這時的高層建筑體的地下車庫頂板和地下室的頂板應(yīng)按嵌固層要求來進行嚴格的設(shè)計，高層建筑體的地下式車庫必須要有足夠的側(cè)向高度來作為建筑體的側(cè)限。如果上述條件難以滿足時，高層建筑體的基礎(chǔ)埋深則要從地下車庫的地面來開始計算，一般而言高層建筑體通常都通過設(shè)地下室來對埋深條件進行滿足，這樣的優(yōu)勢主要有以下幾點。

　　1、把地基的承載力提高

　　如果高層建筑所采用的是天然地基，那么地基的承載力則可以進行修正，隨著基礎(chǔ)地基的增加，修正后的地基承載力也在不斷的增大，也就達到了高層建筑對地基承載力的要求。

　　2、對高層建筑上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定比較有利

　　鋼筋鹼墻是高層建筑地下室外墻的通用形式，地下室頂板的厚度最好在160mm以上，地下室就具有了很大的層間剛度，另外地下室的外墻周圍的邊土也提供了很大的側(cè)向剛度與約束，所以這樣有助于高層建筑體上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定與協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)整體出現(xiàn)變形，也有利于對地基不均勻與沉降進行調(diào)整。

　　(二)地下室頂板作為結(jié)構(gòu)底部嵌固層的條件

　　如果高層建筑體的地下室頂板作為結(jié)構(gòu)底部嵌固層必須要在約束結(jié)構(gòu)底部的平動和轉(zhuǎn)動上發(fā)揮作用，所以下列條件必須滿足。

　　1、高層建筑體的地下室頂板和室外的高差要控制在1/3層高內(nèi)，不能過大。

　　2、高層建筑體的地下室樓層的剪切剛度應(yīng)至少是是相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層剪切剛度2倍以上。

　　(三)房屋寬高比

　　高層房屋建筑體的高度一般是指由室外地面到主樓主要屋面之間的距離。高層房屋建筑體的計算寬度是房屋寬度按照所考慮方向的最小的投影寬度。如果高層建筑是帶裙房的建筑體，裙房的面積總和與其上塔樓的面積比在2.5之上或者是裙房的抗側(cè)剛度與其上塔樓抗側(cè)剛度比在大于2時，那么就把裙房以上部分的高層房屋建筑體房屋的高度和寬度，來計算他們的高寬之比。

　　(四)建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性界定

　　高層建筑體的建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則界定應(yīng)按照高規(guī)的4.3與4.4節(jié)，但除此之外系列問題也應(yīng)當(dāng)引起注意。

　　1、計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大位移比時應(yīng)按剛性樓板假定。

　　2、如果高層建筑體的結(jié)構(gòu)位移比和周期比超出了規(guī)范中的規(guī)定就說明建筑體結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對于抗側(cè)剛度還有些小，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)則比較大。在結(jié)構(gòu)的抗側(cè)強度比較大，建筑體結(jié)構(gòu)的層間位移也在滿足了情況要求的條件下，可以把結(jié)構(gòu)的抗側(cè)強度減小一些，對樓層的中部結(jié)構(gòu)做減法，可以剪短、取消、減薄剪力墻，也可把連墻高度減少等。

　　當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度比較小，而側(cè)移卻比較大時，可以對建筑樓層的周邊結(jié)構(gòu)做加法這樣可以把周邊附件的剛度增大。如果高層建筑體是裙帶建筑房，它的高度有限，那么它的絕對側(cè)移值就比較小，所以就可以不用按高層建筑的側(cè)移條件來進行限制，那么就是說位移比就可以適當(dāng)?shù)姆艑挕?/p>

　　3、有些高層建筑群體因為功能的需要，下部幾層都擁有較大的空間，在上部結(jié)構(gòu)基本為客房和辦公所用時，隔墻的運用也比較多，那么上下層的剛度就有比較大的差距，在剛度變化比較大的下一層通常被定位為薄弱層來對內(nèi)力放大進行調(diào)整。

　　(五)框架結(jié)構(gòu)梁柱偏心距較大應(yīng)采取的措施

　　高層建筑體框架結(jié)構(gòu)的梁柱偏心比一旦較大，不但必將導(dǎo)致節(jié)點核心區(qū)的受剪面積減少，而且梁端彎矩作用在節(jié)點上時會有扭矩的出現(xiàn)。所以當(dāng)偏心距大于柱截面在該方向的1/4時應(yīng)當(dāng)采取措施。通常采用的辦法是設(shè)置梁水平腋或者把梁寬加大。在對梁水平腋進行設(shè)置時，梁柱節(jié)點處有較強的剛域形成，梁塑性鉸將外移。

　　(六)較長剪力墻的開洞問題

　　高規(guī)7.1.5條規(guī)定：“較長的剪力墻宜開設(shè)洞口······墻肢截面高度不宜大于8m.”此條規(guī)定主要基于以下考慮：一方面是把剪切墻的延性提高，防止脆性的破壞。如果墻段的高與寬比值大于2那么一般為彎曲性破壞，小于2則一般為剪切性的破壞;另一方面是為避免因單片的剪切墻承擔(dān)的水平剪切力過大而被損害，最終造成整個結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件依次破壞。在有的高層建筑設(shè)計中，設(shè)計人員經(jīng)常把較長的剪切墻開結(jié)出構(gòu)洞，因為洞口比較小弱連梁難以形成，最終造成剪切脆性破壞。所以在開結(jié)構(gòu)洞時必須要把洞開大，才能形成弱連梁，連梁跨高比值最好在6之上，這樣較長剪力墻在開洞后就會形成兩個較獨立的墻肢。

　　四、結(jié)語：

　　隨著高層建筑工程技術(shù)的不斷發(fā)展，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計既面臨著創(chuàng)新也面臨著挑戰(zhàn)，希望本文能夠給讀者深入認識高層建筑結(jié)構(gòu)特點提供一些參考和借鑒，為促進結(jié)構(gòu)設(shè)計人員設(shè)計水平的提高略盡綿薄之力。

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　　建筑設(shè)計論文發(fā)表須知：《建筑科學(xué)》是建設(shè)部主管，中國建筑科學(xué)研究院主辦，創(chuàng)刊于1985年，在國內(nèi)外公開發(fā)行的建筑科學(xué)類綜合性技術(shù)期刊。本刊內(nèi)容豐富、可讀、實用，在建筑行業(yè)中享有很高的聲望。本刊依托建設(shè)部和中國建筑科學(xué)研究院，得到部、院領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，并有許多國內(nèi)建筑界著名的專家學(xué)者組成了編委會，使得本刊更具權(quán)威性、指導(dǎo)性。