高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問題分析

1、<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問題分析</p><p>　　摘要：本文總結(jié)了高層建筑設(shè)計(jì)時水平載荷、整體結(jié)構(gòu)側(cè)移、結(jié)構(gòu)延性和建筑的軸向變形等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并對高層建筑的抗震設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和建筑的自重問題做了重點(diǎn)分析。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗震，基礎(chǔ)，自重 </p><p>　　隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)理論以及

2、建筑施工技術(shù)不斷完善，建筑材料與施工機(jī)械設(shè)備的性能不斷改進(jìn)，這為高層建筑的發(fā)展提供了良好的條件。但是高層設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工程，涉及體系眾多，為了保證建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)和合理性，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須放在設(shè)計(jì)工作的首位。 </p><p>　　一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體原則 </p><p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終目的就是保證整座建筑的安全與穩(wěn)定，因此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也要遵循一定的原則：

3、結(jié)構(gòu)計(jì)算在計(jì)算簡圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時一定要選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡圖；在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時，要綜合考慮建筑的整體結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境以及施工條件，并且要有詳細(xì)的地質(zhì)勘測報(bào)告，選擇科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展為工程設(shè)計(jì)帶來方便的同時，也帶來了很多工程計(jì)算的問題，由于軟件和人為的因素，結(jié)構(gòu)工程師要對電算結(jié)果認(rèn)真分析，仔細(xì)校對；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須確保建筑物具有足夠的承載力、剛度以及變形能力，對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵受力構(gòu)件以及薄弱位置，必須采取合理的構(gòu)造措施[

4、1]。 </p><p>　　二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn) </p><p>　　1、 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中水平荷載成為設(shè)計(jì)的決定性因素 </p><p><b>　?。╝） （b） </b></p><p>　　圖1 高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的受力和變形示意圖 </p><p>　　垂直軸向載荷對高層建筑物的設(shè)計(jì)有

5、很大的影響，但是由受力分析可以看出，水平載荷同樣起著很大的作用，并已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素。 </p><p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)底部所受的豎直向下的軸向力N和傾覆力矩M與高度H之間的關(guān)系如下： </p><p>　　結(jié)構(gòu)底部的軸力N = ωH </p><p>　　結(jié)構(gòu)底部的傾覆力矩 </p><p>　　M =1/2 qH2 （均布水平荷載

6、） </p><p>　　式中，ω、q分別為沿建筑單位高度的豎向荷載、均布水平荷載。 </p><p>　　對于達(dá)到一定高度的建筑來說，建筑物的自重在豎直方向上會產(chǎn)生軸力，由于不同的建筑有著不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以不可避免還會在某些豎直的構(gòu)件上產(chǎn)生彎矩，這些數(shù)值的大小與建筑的高度成正比關(guān)系。 </p><p>　　2、 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中側(cè)移成為設(shè)計(jì)的控制指標(biāo) <

7、/p><p>　　因?yàn)楦邔咏ㄖc其它較低的建筑有很大的不同，較高的建筑物受到的風(fēng)載荷比較多，在此作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)移會急劇增大，水平位移增加的速度最快。為了有效抵抗高層建筑結(jié)構(gòu)水平載荷產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)側(cè)移，必須慎重選擇抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，不僅要有足夠的承載力，而且還要有較強(qiáng)的側(cè)向剛度，將側(cè)移控制在一定的范圍之內(nèi)，避免不安全因素的出現(xiàn)[2]。 </p><p>　　3、 高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)延性成為其中重

8、要的設(shè)計(jì)指標(biāo) </p><p>　　與普通高度的建筑不同，高層建筑的柔性會更大一些，因此在地震剪切波的作用下，會產(chǎn)生相對較大的變形。為了確保建筑具有較好的抗震特性，要求結(jié)構(gòu)在塑性變形之后仍然具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)變形能力和較強(qiáng)的能量吸收和耗散能力。 </p><p>　　4、 高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的軸向變形不容忽視 </p><p>　　對于高層建筑來說，由于建筑比較高，無

9、法避免相對較大的豎向載荷產(chǎn)生，所以就會在柱中引起比較大的、軸向的變形，對建筑中的連續(xù)彎梁的彎矩產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值就會減小，相反，跨中正彎矩和端支座的負(fù)彎矩就會變大。 </p><p>　　三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)分析 </p><p>　　1、重點(diǎn)考慮有關(guān)抗震的設(shè)計(jì)要求 </p><p>　　抗震設(shè)計(jì)是高層建筑需要重點(diǎn)考慮的問題，建筑

10、在正常使用的時候存在豎向載荷和風(fēng)載荷等，為了符合抗震設(shè)計(jì)所有要求，高層建筑必須要有良好的結(jié)構(gòu)抗震性能[3]。使高層建筑能夠在小地震中不壞，中度地震可維修，大地震保持不塌，從而避免大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。建筑結(jié)構(gòu)的延性計(jì)算是比較困難的，建筑構(gòu)件需要達(dá)到一定的柱軸壓比和剪切壓比等等，從而達(dá)到理想的延性，保證高層建筑的質(zhì)量。 </p><p>　　非抗震設(shè)計(jì)時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面承載力設(shè)計(jì)表達(dá)式為γ0S≤R </p&

11、gt;<p>　　式中： γ0 ―結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。在一、二、三級的情況下，系數(shù)分別不小于1.1、1.0 和0.9[4]。 </p><p>　　R ― 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值。 </p><p>　　抗震設(shè)計(jì)時，其表達(dá)式為S≤γRE </p><p>　　式中， γRE ― 承載力抗震調(diào)整系數(shù)。 </p><p>　　對鋼筋混凝

12、土構(gòu)件，按表2-1 中的規(guī)定采用，當(dāng)僅考慮豎向地震作用時，各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力抗震調(diào)整系數(shù)均采用1.0。 </p><p>　　表1 承載力抗震調(diào)整系數(shù) </p><p><b>　　構(gòu) 架 </b></p><p><b>　　類 </b></p><p><b>　　別 </b&

13、gt;</p><p>　　梁 軸壓比小于0.15 的柱 軸壓比不小于0.15的柱 </p><p><b>　　剪力墻 各類構(gòu) </b></p><p><b>　　件 </b></p><p><b>　　節(jié)點(diǎn) </b></p><p>　　受 力狀

14、 態(tài) 受彎 偏壓 偏壓 偏壓 局部承壓 受剪、偏拉 受剪 </p><p>　　γRE 0.75 0.75 0.80 0.85 1.0 0.85 0.85 </p><p>　　在抗震設(shè)計(jì)中一般采用材料在非抗震設(shè)計(jì)時的許可強(qiáng)度值，但是必須要引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)γRE 來提高其承載力。對于軸壓比小于0.15的偏心受壓柱，其承載力抗震調(diào)整系數(shù)與梁相同[4]。 </p><

15、p>　　2、高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求 </p><p>　　無論高層建筑還是普通建筑，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)都是至關(guān)重要的。要保證建筑物的基礎(chǔ)有足夠的抗壓強(qiáng)度和足夠的穩(wěn)定性，將地基的變形限制在允許的范圍之內(nèi)，地基的壓強(qiáng)設(shè)計(jì)值P不大于地基的許用承載力設(shè)計(jì)值F，即 </p><p>　　P=[（F+G）/A] ≤F </p><p>　　式中 F ― 上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的豎向力設(shè)

16、計(jì)值 </p><p>　　G ― 基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上的土重設(shè)計(jì)值 </p><p>　　A ― 基礎(chǔ)底面面積 </p><p>　　F ― 地基承載力設(shè)計(jì)值（是經(jīng)深度、寬度修正后的地基承載力） </p><p>　　地基的變形計(jì)算值Δ不大于地基的允許變形值Δmax。由于基礎(chǔ)需要長期在地下容易受到潮濕的環(huán)境，有時甚至?xí)艿降叵滤慕n。基礎(chǔ)應(yīng)該

17、采用具有高耐久性的材料，并且在混凝土中應(yīng)該適當(dāng)加大鋼筋保護(hù)工作。要將建筑物整體的剛度和相鄰建筑物的影響綜合考慮，做到安全、經(jīng)濟(jì)并有足夠的強(qiáng)度。 </p><p>　　3、減輕高層建筑結(jié)構(gòu)的自重 </p><p>　　在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如何減輕自重是個十分有意義的問題。單從地基的承載能力或樁基的承載能力來考慮，同樣的樁基或者地基，在不加基礎(chǔ)造價或處理措施的情況下，減輕建筑物的自重，將會

18、有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。同樣，減輕建筑物的自重對建筑物提高自身的抗震性能是一個十分有效的辦法，比較輕的自重就會使建筑物在地震上下振動時的慣性大幅減弱，從而減弱對基礎(chǔ)造成的沖擊。高層建筑的重心比較高，由于地震的作用，在建筑物低層會作用很大的傾覆力矩。由于慣性的作用，在豎直方向上，構(gòu)件會產(chǎn)生比較大的附加軸向力。所以，在保證設(shè)計(jì)要求的前提下，減輕建筑物自重就顯得尤為重要[3]。 </p><p><b>　　四、結(jié)

19、語 </b></p><p>　　如今摩天大樓在世界主要城市已經(jīng)隨處可見，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也給工程設(shè)計(jì)人員帶來新的挑戰(zhàn)。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，工程設(shè)計(jì)人員必須綜合考慮各項(xiàng)設(shè)計(jì)原則和實(shí)際因素，確保高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全，消除設(shè)計(jì)安全隱患。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 黎藜，李志?

20、. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析[J].中國建筑企業(yè)，2011（6）：27-28. </p><p>　　[2] 楊利，席艷. 淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2011（16）. </p><p>　　[3] 殷長順. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].中華民居，2011（3）：154. </p><p>　　[4] 趙西安.現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)