高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性控制

1、<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性控制</p><p>　　摘要：隨著我國(guó)高層建筑的不斷發(fā)展，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)工作，對(duì)于建筑的設(shè)計(jì)有著非常重要的作用和意義。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師要遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則，重視結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性和結(jié)構(gòu)方案的合理性，做出符合具體實(shí)際情況的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)歷，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性控制進(jìn)行了分析，供相

2、關(guān)人員參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 合理性 </p><p>　　一、 高層建筑簡(jiǎn)述 </p><p>　　所謂高層建筑指的是：超過(guò)一定高度和層數(shù)的多層建筑。中國(guó)《民用建筑設(shè)計(jì)通則》（GB 50352―2005）規(guī)定10層及10層以上的住宅建筑和超過(guò)24米高的其他民用建筑為高層建筑。1972年國(guó)際高層建筑會(huì)議將高層建筑分為4類：第一類為9

3、～16層（最高50米），第二類為17～25層（最高75米），第三類為26～40層（最高100米），第四類為40層以上（高于100米）。高層建筑可節(jié)約城市用地，縮短公用設(shè)施和市政管網(wǎng)的開(kāi)發(fā)周期，從而減少市政投資，加快城市建設(shè)。 </p><p>　　二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) </p><p>　　1、需要承受較大的水平荷載作用 </p><p>　　每一個(gè)建筑都需要

4、承受著很大的垂直荷載與水平荷載，以及地震對(duì)建筑物造成的影響。在低層和多層建筑結(jié)構(gòu)中，一般重力荷載就是其主要的控制因素，相對(duì)于影響來(lái)說(shuō)，水平的荷載較小，側(cè)向位移小。在高層建筑結(jié)構(gòu)中，雖然垂直的荷載對(duì)于結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)有著很大一部分影響，但是主要起著決定作用的還是水平的荷載。并且會(huì)隨建筑層數(shù)及高度的不斷增加，水平的荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力和位移迅速增大。 </p><p>　　2、軸向變形的特點(diǎn) </p><p

5、>　　一般對(duì)于多層的建筑來(lái)說(shuō)，會(huì)對(duì)彎矩充分考慮，因?yàn)檩S力對(duì)于底層建筑的影響非常小，一般不去考慮剪切項(xiàng)的內(nèi)容。但是對(duì)于高層的建筑來(lái)說(shuō)，就是極為重要的一個(gè)控制點(diǎn)。 由于高層建筑的層數(shù)非常多，高度有很大，軸的力度數(shù)值也很高，而且沿高度所積累的一些軸向變形非常明顯，軸向的變形會(huì)使得高層建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力的數(shù)值以及分布出現(xiàn)很大變化。對(duì)于一些連續(xù)性彎矩來(lái)說(shuō)，在利用框--墻結(jié)構(gòu)和框架墻結(jié)構(gòu)的高層建筑中，一般中柱所承受的軸壓普遍都會(huì)比邊柱的大。一旦房屋

6、屬于高層建筑的時(shí)候，這種軸向變形的差別的數(shù)值就會(huì)很高，并使得連續(xù)梁之間的支座彎矩的數(shù)值變小，而跨中的正彎矩的數(shù)值逐漸增大。 </p><p><b>　　3、側(cè)移的特點(diǎn) </b></p><p>　　與低層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素，隨著樓層的增加，水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，能夠可靠

7、地承受水平荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力；還要求具有足夠的抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移限制在規(guī)范規(guī)定的范圍之內(nèi)，以保證有良好的居住和工作條件。 </p><p>　　4、結(jié)構(gòu)的延性特點(diǎn) </p><p>　　對(duì)于高層的建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，在地震的作用下，結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生更大的變形。為了使得建筑經(jīng)過(guò)塑性的變形之后，還具有較強(qiáng)的形變能力，有效避免建筑出現(xiàn)倒塌的現(xiàn)象，尤其要在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)用合理的措施，確保建筑

8、良好的延性。 </p><p>　　三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 </p><p>　　1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則，首先一點(diǎn)就是要選擇出合理的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，因?yàn)槿绻x擇的計(jì)算簡(jiǎn)圖不合理的話，那就有可能因?yàn)榘踩珕?wèn)題而出現(xiàn)事故。所以，選擇合理的計(jì)算簡(jiǎn)圖是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提。除此之外，因?yàn)樵诮ㄖ慕Y(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)除了餃節(jié)點(diǎn)和鋼節(jié)點(diǎn)外還有其他的節(jié)點(diǎn)，所以應(yīng)選擇與計(jì)算簡(jiǎn)圖相適應(yīng)的構(gòu)造方法，將兩者間的誤差控

9、制在一定的范圍內(nèi)，這樣才能保證高層建筑在安全上不會(huì)出問(wèn)題。 </p><p>　　2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則的第二點(diǎn)就是要選用合適的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，即根據(jù)高層建筑所處位置的地質(zhì)條件來(lái)選擇基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。這一點(diǎn)的要求是要對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)類型、施工情況、荷載分布等問(wèn)題進(jìn)行綜合性的分析，然后以此為依據(jù)選擇出最合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案?；A(chǔ)設(shè)計(jì)方案的選擇是以該處的地質(zhì)勘查報(bào)告為依據(jù)的，它要求能夠在最大限度上發(fā)揮地基的潛力，相關(guān)的地基變形檢驗(yàn)

10、是必不可少的。 </p><p>　　3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則第三點(diǎn)就是要對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行合理的選擇，這一點(diǎn)要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案要在滿足結(jié)構(gòu)的體系與形式的同時(shí)，還要滿足高層建筑的經(jīng)濟(jì)性要求。這需要對(duì)地理?xiàng)l件、施工條件、建材、供水、供暖以及供電等等問(wèn)題進(jìn)行綜合的分析，使各個(gè)方面都協(xié)調(diào)在一起，最終確定出最合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 </p><p>　　4、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則第四點(diǎn)是要準(zhǔn)確的分析計(jì)算結(jié)果

11、。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中已經(jīng)廣泛的使用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)進(jìn)行各種合算，而使用的計(jì)算軟件不同，所得到的結(jié)果也就有可能會(huì)不同，所以相關(guān)的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行軟件的選用時(shí)，應(yīng)該全面的了解軟件的各種相關(guān)信息，最終選擇出最為合適的軟件。因?yàn)橛?jì)算機(jī)的內(nèi)部程序可能與實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)并不相同，所以在使用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，就會(huì)發(fā)生因軟件上的漏洞或是人工輸入錯(cuò)誤而出現(xiàn)計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)的情況。這就要求設(shè)計(jì)人員在通過(guò)計(jì)算機(jī)得到了相關(guān)的結(jié)果之后，對(duì)這一結(jié)果進(jìn)

12、行反復(fù)核對(duì)，最終得出正確的結(jié)果。 </p><p>　　四、高層建筑合理性的指標(biāo)控制 </p><p>　　1、注意高層建筑周邊環(huán)境對(duì)其建設(shè)結(jié)構(gòu)的影響 </p><p>　　對(duì)一座城市街區(qū)產(chǎn)生重要的影響就是高層建筑。可以從高層建筑看出一個(gè)城市規(guī)模和人口數(shù)量，同時(shí)對(duì)于城市街區(qū)的集中化、街上的行人、街景本身都具有明顯的重要性。這就是所謂的高層建筑與環(huán)境關(guān)系，它必須成為在

13、一定位置上的有效的城市結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的主題。建筑的底部必須與街區(qū)的城市結(jié)構(gòu)聯(lián)系，并與城市的水平尺度比例相當(dāng)。其設(shè)計(jì)應(yīng)該對(duì)周圍建筑的場(chǎng)地范圍予以密切注意。臨近街道的高層建筑部分的尺度確定，主要考慮到街道行人的舒適度，高層建筑主體因?yàn)槌叨冗^(guò)大，易向后退，使底層的裙房置于沿街部分，減少了高層建筑對(duì)街道的壓迫感，但如果退后尺度不當(dāng)，高層建筑就變得與街道分離了，并可能變得與其環(huán)境失去聯(lián)系，為了保持街道空間及視覺(jué)的連續(xù)性，高層建筑臨街面應(yīng)與沿街的其他

14、建筑相一致，宜有所呼應(yīng)，但每個(gè)建筑都必須擁有各自的特點(diǎn)，這樣除了豐富空間外，還可以緩解人的視覺(jué)疲勞。 　　2、加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)整體協(xié)調(diào)性 </p><p>　　高層建筑的發(fā)展可以由規(guī)劃者通過(guò)地方規(guī)劃來(lái)加以控制。一座高層建筑必須首先與整體尺度協(xié)調(diào)。整體尺度（建筑本身及造型方面）指高層建筑各構(gòu)成部分，如：裙房、主體和頂部等主要體塊之間的相互關(guān)系以及給人的感覺(jué)。一個(gè)十分均衡勻稱的建筑體，就是要通過(guò)理解和運(yùn)用有數(shù)學(xué)關(guān)系

15、的比例系統(tǒng)并征對(duì)實(shí)際被感受到的各種條件要求加以調(diào)節(jié)，營(yíng)造出一種自然而然的愉悅、和諧的比例感受的效果。如果一座建筑的各部分比例合理且相協(xié)調(diào)，同時(shí)能夠滿足正常人的心里要求，那么它就很容易被人們接受，也可稱之為成功的建筑。 </p><p>　　3、合理控制剪力墻配筋 </p><p>　　一般而言，剪力墻的水平鋼筋設(shè)置在外側(cè)，豎向鋼筋設(shè)置在內(nèi)側(cè)，配筋通常滿足計(jì)算及構(gòu)造即可。在不同區(qū)域設(shè)置不同的

16、鋼筋，加強(qiáng)區(qū)中10@200雙層雙向，非加強(qiáng)區(qū)中8@200雙層雙向即可。地下部分墻體配筋一般由水壓力，土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，而由于簡(jiǎn)化計(jì)算經(jīng)常由豎向筋控制，因此為增大墻體有效計(jì)算高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè)，豎向鋼筋放在外側(cè)。地下部分墻體鋼筋保護(hù)層按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》相關(guān)的技術(shù)規(guī)定：迎水面保護(hù)層應(yīng)大干50mm，且在保護(hù)層內(nèi)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求增設(shè)雙向鋼筋網(wǎng)片，在這種情況下，很多設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行外墻裂縫驗(yàn)算時(shí)有效截面

17、高度仍按保護(hù)層50mm計(jì)算，筆者認(rèn)為太過(guò)保守，當(dāng)采取了雙向鋼筋網(wǎng)片后，計(jì)算保護(hù)層厚度可按3 0m m來(lái)取值，這對(duì)節(jié)省墻體配筋效果較為明顯。 </p><p>　　剪力墻往往作為多道防線的第一道，為提高剪力墻延性，設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格按照《高層建筑混凝結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定設(shè)置邊緣構(gòu)件。 邊緣構(gòu)件配筋應(yīng)設(shè)當(dāng)加大，在薄弱部位、重要部位、短肢墻更應(yīng)提高配筋量，增強(qiáng)其延性。 </p><p>　　4、

18、合理控制梁、板配筋 </p><p>　　梁配筋中鋼筋在滿足強(qiáng)度的前提下應(yīng)復(fù)核裂縫、撓度是否滿足規(guī)范要求，通常上部結(jié)構(gòu)中，梁負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)取0.9，即可滿足規(guī)范0.3mm裂縫要求。出于可靠，梁底筋可設(shè)當(dāng)放大，放大15%較為適當(dāng)。板配筋中除滿足計(jì)算要求外，還應(yīng)考慮溫度收縮的影響，在端跨、大跨、屋面、地下室頂板/底板處板配筋應(yīng)適當(dāng)加密；同時(shí)應(yīng)考慮施工澆搗砼的影響，負(fù)鋼筋直徑可適當(dāng)加大。 </p><

19、;p>　　5、合理選擇建筑結(jié)構(gòu)的材料和形式 </p><p>　　根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)的材料將高層建筑的結(jié)構(gòu)體系分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)體系，鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)體系以及鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)系。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可以將高層建筑結(jié)構(gòu)分為框架結(jié)構(gòu)體系，剪力墻結(jié)構(gòu)體系，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。利用柱，梁等結(jié)構(gòu)體系作為高層建筑豎向承重的結(jié)構(gòu)，并且承受水平荷載，這種結(jié)構(gòu)側(cè)向位移大，框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力大，適于50m高度以下的建筑；通過(guò)

20、高層建筑的墻體當(dāng)做抵抗側(cè)力和豎向承重的結(jié)構(gòu)體系，就是剪力墻結(jié)構(gòu)體系。這種剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度大，整體性能好，不易受水平力作用發(fā)生變形，適應(yīng)于高層建筑，但是由于剪力墻的間距小，使得平面的布置不靈活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墻組合的而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)形式就是架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)形式不但具有實(shí)用性強(qiáng)，布局靈活的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)承水平負(fù)載的能力更高，在高層建筑中被廣泛使用。 </p><p><b>

21、　　結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　影響一座城市環(huán)境的平衡就是高層建筑的建設(shè)，關(guān)注高層建筑物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響、對(duì)城市及周圍的影響已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的首要問(wèn)題如何把握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，因勢(shì)因地設(shè)計(jì)出符合實(shí)際需求的，結(jié)構(gòu)合理的高層建筑是我們需要不斷加強(qiáng)研究和投入的地方。高層建筑結(jié)構(gòu)的合理性不僅是考驗(yàn)建筑物本身的質(zhì)量關(guān)鍵，更是關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要因素，在今后的設(shè)計(jì)中要不斷提高及改進(jìn)。

22、</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]趙西安.現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2009. </p><p>　　[2]田龍.淺談高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程，2011.1. </p><p>　　[3]于險(xiǎn)峰.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其體系[J].建筑技術(shù)，200