時(shí)間：2023-07-21 17:28:18
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【摘要】高層建筑已成為我國樓房建筑中的主流，隨著人們生活水平的提高，人們對樓房的要求也越來越高，高層建筑不僅要舒適，還要具有安全性、經(jīng)濟(jì)性等，本文就針對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單的探討。
【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
隨著社會的發(fā)展，我國城市的用地面積越來越少，城市的建筑也越來越趨于向高層建筑發(fā)展，現(xiàn)在大部分樓層都在十幾層以上，三四十層高的樓也已經(jīng)不少見。建筑的體型和功能越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)材料也更為多樣化，這樣的高層建筑，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也就成為結(jié)構(gòu)工程師的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念及內(nèi)容
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指根據(jù)高層建筑特性的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足適用、安全、經(jīng)濟(jì)、耐久和施工可行的前提下，按有關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、總體布置、計(jì)算、構(gòu)造及制圖工作，并尋求優(yōu)化的過程。簡單來說，就是用結(jié)構(gòu)語言表達(dá)出工程師們想表達(dá)的東西。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，就是把建筑物或者建筑結(jié)構(gòu)體系中的墻、柱子、樓梯、梁等用圖紙中的結(jié)構(gòu)元素來表示出來，同時(shí)還要計(jì)算出它的抗力及承重等能力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要包括結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)計(jì)算及施工圖設(shè)計(jì)三個階段，每個階段對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說都是很重要的。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
2.1 水平力成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素
當(dāng)建筑物高度增加時(shí)，水平荷載(風(fēng)荷載及地震作用)對結(jié)構(gòu)起的作用將愈來愈大。除了結(jié)構(gòu)內(nèi)力將明顯加大外，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移增加更快。我們知道：建筑物樓面的使用荷載和自重在豎向構(gòu)件產(chǎn)生的彎矩和軸力與其高度的一次方成正比，水平荷載產(chǎn)生的彎矩及軸力與建筑物高度的二次方成正比，水平荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)側(cè)向位移與建筑高度的四次方成正比。因此，在高層建筑中，結(jié)構(gòu)要使用更多材料來抵抗水平力，另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化，所以結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力設(shè)計(jì)成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素。
2.2 高層建筑中的側(cè)移控制
與低層建筑相比，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的另一個關(guān)鍵因素就是側(cè)移，當(dāng)建筑越高時(shí)，結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形就會越大。過大的結(jié)構(gòu)側(cè)移會造成顯著的重力二階效應(yīng)，造成結(jié)構(gòu)內(nèi)力增大并影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，過大的側(cè)移也會造成建筑構(gòu)件或設(shè)備的破壞以及使用者的不適。對于一定的水平作用，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大，那么結(jié)構(gòu)側(cè)移就小。但過剛的結(jié)構(gòu)也會造成結(jié)構(gòu)地震作用不必要的增大，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要控制結(jié)構(gòu)的合理剛度，把側(cè)移控制在合理范圍。
2.3 更高的抗震設(shè)計(jì)要求
抗震設(shè)防區(qū)的高層建筑必須具有良好的抗震性能，做到小震不壞，中震可修，大震不倒。相對與多層結(jié)構(gòu)，高層結(jié)構(gòu)在地震作用下，具有更大的水平作用及側(cè)移，因此，高層建筑平立面也更講究規(guī)則性，結(jié)構(gòu)要求具有更高的抗震等級。對于一些較高的高層建筑或具有薄弱層的高層建筑，也要求進(jìn)行彈塑性分析進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計(jì)。
2.4 高層建筑豎向壓縮變形不容忽視
高層建筑中，豎向構(gòu)件的軸力往往較大，其產(chǎn)生的壓縮變形量往往相當(dāng)可觀，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮到豎向構(gòu)件的壓縮變形。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需選擇合適的結(jié)構(gòu)體系
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，結(jié)構(gòu)體系的選擇是很重要的一步，合理的結(jié)構(gòu)體系不但可滿足結(jié)構(gòu)的受力要求，更具有良好的經(jīng)濟(jì)性及更高的結(jié)構(gòu)安全富余。常用的結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)體系，剪力墻結(jié)構(gòu)體系，框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系以及筒體結(jié)構(gòu)體系。
3.1 框架結(jié)構(gòu)體系
框架結(jié)構(gòu)主要由梁柱等桿件單元形成空間的框架結(jié)構(gòu)體系，可以承受豎向荷載及一定的水平力的作用。框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算理論成熟，桿件受力明確，結(jié)構(gòu)的布置靈活，一定高度內(nèi)造價(jià)較低。缺點(diǎn)是抗側(cè)剛度較弱，在水平力作用下會產(chǎn)生較大的側(cè)移，且大部分側(cè)移發(fā)生在內(nèi)力較大的結(jié)構(gòu)底部部位，破壞后易產(chǎn)生嚴(yán)重后果。因此框架結(jié)構(gòu)常應(yīng)用于層數(shù)較少，高度較低的建筑中。
3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系
剪力墻結(jié)構(gòu)是空間盒子式結(jié)構(gòu)，其水平作用和豎向荷載完全由剪力墻體承受，其剛度及空間整體性都比較好。剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)是抗水平作用能力強(qiáng)、整體性好、用鋼量較小，可以適用較高的建筑。缺點(diǎn)是因剪力墻布置的要求，不易布置成較大的房間。因此剪力墻結(jié)構(gòu)常應(yīng)用于住宅及賓館類建筑中。
3.3 框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系
在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，可以組成框架―剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)既有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點(diǎn)，又有較大的剛度和較強(qiáng)的抗水平作用的能力，因而廣泛地應(yīng)用于高層建筑中的辦公樓和旅館。
3.4 筒體結(jié)構(gòu)體系
這種體系是在框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)的體系上發(fā)展起來，當(dāng)高層建筑不斷地增加層數(shù)、高度越來越高時(shí)，原來的框架、剪力墻結(jié)構(gòu)就變得不合理和不經(jīng)濟(jì)了，簡體結(jié)構(gòu)就相應(yīng)地誕生了，它是將剪力墻圍成箱型，構(gòu)成了一個空間薄壁筒體，可以提供更大的側(cè)向剛度，所以筒體結(jié)構(gòu)可以適用與更高的建筑。
4 高層建筑結(jié)構(gòu)中需要注意的幾個問題
4.1 抗震設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)是非常重要的一部分，它應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，選擇規(guī)則的設(shè)計(jì)方案，規(guī)則結(jié)構(gòu)其剛度、承載能力及變形能力更強(qiáng)，不規(guī)則結(jié)構(gòu)一般會破壞整個結(jié)構(gòu)承受風(fēng)荷載、重力荷載及抗震能力，因此盡量選擇設(shè)計(jì)對稱、規(guī)則的結(jié)構(gòu)方案。另外，在抗震設(shè)計(jì)中，還要注意到結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身的剛度、延性、穩(wěn)定性及承載力等方面性能，且要遵守強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)底層柱及弱構(gòu)件強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的原則。對于結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，要采取措施加強(qiáng)其抗震的能力同時(shí)要重視整體結(jié)構(gòu)中其他部位的剛度及承載能力，以免薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移。
4.2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的受力性能
在高層建筑結(jié)構(gòu)的最初設(shè)計(jì)方案中，注重點(diǎn)不應(yīng)該在它的具體結(jié)構(gòu)上而是更多地關(guān)注它空間組成的特點(diǎn)，這是因?yàn)榻ㄖ锏目臻g形式包括水平方向和豎向的穩(wěn)定性都是依靠建筑物的地面作為支撐的，建筑地面即地基對于建筑物來說是非常重要的，建筑物基本都是由大構(gòu)件組成的，它們的重量及結(jié)構(gòu)的荷載基本都是向下作用在地面上的，這就要求在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要搞清楚所選擇的結(jié)構(gòu)體系與地面間承載力的關(guān)系，然后對承重墻和承重柱的分布及數(shù)量作出總體的設(shè)想，這是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中很重要的一部分，影響著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量。
4.3 關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)問題的注意
在高層建筑結(jié)構(gòu)中，建筑結(jié)構(gòu)有個很重要的建筑三心即剛度中心、幾何形心和結(jié)構(gòu)重心，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要盡量做到三心合一，而建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)沒有做到三心合一，并且在水平荷載的作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選擇合理的結(jié)構(gòu)平面布局及形式，使建筑盡量的三心合一，以免因水平荷載的作用使建筑發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。在實(shí)際的高層建筑中我們也經(jīng)常會看到一些不規(guī)則的平面形式如T形、L形及十字形等比較復(fù)雜的平面，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)該盡量讓突出部分的寬度和厚度的比值在規(guī)定的范圍之內(nèi)，讓它的結(jié)構(gòu)盡量處于對稱狀態(tài)。
4.4 對結(jié)構(gòu)計(jì)算階段的單位面積重度、剪重比及位移限值要注意
在結(jié)構(gòu)計(jì)算階段，單位面積重度是衡量樓層何在數(shù)據(jù)是否正確及構(gòu)建截面取值合不合理的重要指標(biāo)之一，其公式為V=G/A(kN/m2)。在同種性質(zhì)的建筑中，單位面積重度為層數(shù)較多的建筑要大于層數(shù)少的建筑，剪力墻多的大于剪力墻少的建筑。其剪重比的大小則反映了建筑在地震作用下抗震能力的大小，位移限值是衡量結(jié)構(gòu)側(cè)移的重要標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)值的大小從側(cè)面反映了結(jié)構(gòu)整體的剛度，剛度的過大或過小會給設(shè)計(jì)者對結(jié)構(gòu)體系、豎向及平面布置的合理性進(jìn)行再思考，對于結(jié)構(gòu)計(jì)算當(dāng)中的這些參考數(shù)值要給予重視，以便能制定出合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
總結(jié)：
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在高層建筑中起著非常重要的作用，同時(shí)它又是一項(xiàng)艱巨復(fù)雜的工作，需要結(jié)構(gòu)工程師不僅擁有豐富的專業(yè)知識及其工作經(jīng)驗(yàn)還要有很好的耐性，依據(jù)高層建筑的設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)原則，選擇合適的結(jié)構(gòu)體系，從而建設(shè)出具有世界水平的高層建筑。
參考文獻(xiàn)
[1]顧明星.淺談高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].大科技?科技天地,2011(4)
[2]傅慧華.淺談高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2011(13)
關(guān)鍵詞：高層建筑；設(shè)計(jì)；對策
1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義及依據(jù)
1.1 概念設(shè)計(jì)的意義
高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)，發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設(shè)計(jì)來判斷計(jì)算設(shè)計(jì)的合理性。
1.2 概念設(shè)計(jì)的依據(jù)
高層建筑結(jié)構(gòu)總體系與各分體系的工作原理和力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理原則，計(jì)算程序的力學(xué)模型和功能，吸取或不斷積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價(jià)的高低等。其主要特點(diǎn)有；
2.1水平力是設(shè)計(jì)主要因素
在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。
2.2側(cè)移成為控制指標(biāo)
與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
2.3抗震設(shè)計(jì)要求更高
有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除要考慮正常使用時(shí)的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。
2.4軸向變形不容忽視
高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結(jié)果。
2.5結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)
相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析及對策
3.1提倡節(jié)約
我國是發(fā)展中國家，還是要盡量提倡節(jié)約，目前我國規(guī)范中的構(gòu)造要求，并非都比國外低，有的已經(jīng)超過。國外大企業(yè)在北京買了按我國規(guī)范設(shè)計(jì)的大樓，說明我國規(guī)范不是進(jìn)不了國際市場。現(xiàn)在對安全度進(jìn)行討論，應(yīng)注意不要引起誤導(dǎo)，千萬不要誤解提高建筑結(jié)構(gòu)安全度建筑物就安全了，造成不必要的浪費(fèi)。實(shí)踐已經(jīng)證明，現(xiàn)行規(guī)范安全度是可以接受的。這是重要的經(jīng)驗(yàn)，不能輕易放棄。但考慮到客觀形勢變化，國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng)和住宅制度改革現(xiàn)狀，可以將現(xiàn)行設(shè)計(jì)可靠度水平適當(dāng)提高一點(diǎn)。這樣投入不大，卻對國家總體和長遠(yuǎn)利益有利。
3.2高層建筑結(jié)構(gòu)存在著超高的問題
基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑規(guī)范對高層建筑的結(jié)構(gòu)的高度有嚴(yán)格的規(guī)定，針對高層建筑的超高問題，在新規(guī)范中不但把原來限制的高度規(guī)定為 A級高度，并且增加了 B 級高度，使得高層建筑結(jié)構(gòu)處理設(shè)計(jì)方法和措施都有了改進(jìn)。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，對于建筑結(jié)構(gòu)類型的改變對高層超高問題的忽略，在施工審圖時(shí)將不予通過，應(yīng)該重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或者進(jìn)行專家會議的論證等。在這種情況下，整個建筑工程的造價(jià)和工期都會受到極大的影響。
3.3考慮受力性能
對于一個建筑物最初的方案設(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)。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的。由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成的，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，而建筑設(shè)計(jì)的一個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，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量與分布作出總體設(shè)想。
3.4提倡使用概念設(shè)計(jì)
所謂的概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想。從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。運(yùn)用概念性近似估算方法，可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段迅速、有效地對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算，具有較好的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí)，也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。近十余年來我國的高層建筑建設(shè)可謂突飛猛進(jìn)，其建設(shè)速度和建造數(shù)量在世界建筑史上都是少有的。但是，從設(shè)計(jì)質(zhì)量方面來看卻不容樂觀，多數(shù)設(shè)計(jì)追趕流行時(shí)尚，因此在實(shí)際中應(yīng)考慮長遠(yuǎn)因素。
3.5 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)短肢剪力墻設(shè)置
我國建筑新規(guī)范中，短肢剪力墻是指墻肢的截面的高度和厚度比在 5～8 的墻，按照實(shí)際經(jīng)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中增加了對短肢剪力墻的使用限制。所以，在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須盡可能的減少或者避免使用短肢剪力墻。
3.6 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)嵌固端的設(shè)置
一般情況下，高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設(shè)置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此，結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮嵌固端設(shè)置會可能帶來的問題。考慮嵌固端的樓板的設(shè)計(jì)；綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比，并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的；高層建筑的整體計(jì)算時(shí)充分考慮嵌固端的設(shè)置，綜合分析嵌固端位置和高層建筑結(jié)構(gòu)抗震縫隙設(shè)置的協(xié)調(diào)。
3.7 高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性
在關(guān)于高層建筑的新規(guī)范中，對于高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性做出了很多限制，比如規(guī)定了結(jié)構(gòu)嵌固端上層和下層的剛度比，平面規(guī)則性等等，并且硬性規(guī)定了“高層建筑不能采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。”因此，為了避免后期施工設(shè)計(jì)階段的改動，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵循規(guī)范的限制條件。
關(guān)鍵詞：高層建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價(jià)的高低等。
①、水平力是設(shè)計(jì)主要因素：
在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。
②、 軸向變形不容忽視：
高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結(jié)果。
③、抗震設(shè)計(jì)要求更高：
有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除要考慮正常使用時(shí)的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。
④、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的側(cè)移和振動周期：
建筑結(jié)構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)的振動周期問題包含兩方面：合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期；控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，在承載能力不降低或基本不降低的情況下，具有足夠塑性變形能力的一種性能，一般用延性比來表示。在這過程中，構(gòu)件的承載能力沒有多大變化，但其變形的大小卻決定了破壞的性質(zhì)。是鋼筋砼受彎構(gòu)件的M－Δ（Φ）曲線，Δy是屈服變形，Δu是極限變形。提高延性可以增加結(jié)構(gòu)抗震潛力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗倒塌能力。高層建筑相對低層結(jié)構(gòu)而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更柔一些，如果遇到地震，震動作用下的建筑結(jié)構(gòu)變形更大一些。為了做好防震設(shè)計(jì)，避免倒塌，建筑在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，特別需要在構(gòu)造上采以適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，確保建筑設(shè)計(jì)具有很好的延性
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題：
1、高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能
對于一個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)。結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計(jì)的一個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，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對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、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題
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。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，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)處于對稱狀態(tài)。
（1）結(jié)構(gòu)自振周期
高層建筑的自振周期（T 1）宜在下列范圍內(nèi)：
框架結(jié)構(gòu)：T1=（0.1―0.15）N
框一剪、框筒結(jié)構(gòu)：T1=（0.08-0.12）N
剪力墻、筒中筒結(jié)構(gòu)：TI=（0.04―0.10）N
N為結(jié)構(gòu)層數(shù)。
結(jié)構(gòu)的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi)：
第二周期：T2=（1／3―1／5）T1；第三周期：T3＝（1／5―1／7）T1。
（2）共振問題
當(dāng)建筑場地發(fā)生地震時(shí)，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發(fā)生共振。因此在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)針對預(yù)估的建筑場地特征周期，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的層數(shù)，選擇合適的結(jié)構(gòu)類別和結(jié)構(gòu)體系，擴(kuò)大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發(fā)生。
（3）水平位移特征
水平位移滿足高層規(guī)程的要求，并不能說明該結(jié)構(gòu)是合理的設(shè)計(jì)。同時(shí)還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)周期長、地震力小并不安全。其次，位移曲線應(yīng)連續(xù)變化，除沿豎向發(fā)生剛度突變外。不應(yīng)有明顯的拐點(diǎn)或折點(diǎn)。一般情況下剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎曲型。框架結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為剪切型t框一剪結(jié)構(gòu)和框一筒結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎剪型。
4、位移限值、剪重比及單位面積重度
（1）位移限值在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的輸出結(jié)果中，結(jié)構(gòu)的側(cè)移（包括層間位移和頂點(diǎn)位移）是一個重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)值大小從一個側(cè)面反映出結(jié)構(gòu)的整體剛度是否合適，過大或過小都說明結(jié)構(gòu)剛度過小或過大（或者體現(xiàn)結(jié)構(gòu)兩個主軸方向的剛度是否均衡），以致要引起設(shè)計(jì)者對其中的結(jié)構(gòu)體系選擇、結(jié)構(gòu)的豎向及平面布置合理性的再思考。
（2）剪重比及單位面積重度結(jié)構(gòu)的剪重比（也即水平地震剪力系數(shù)）λ=VEK／G是體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在地震作用下反應(yīng)大小的一個指標(biāo)．其大小主要與結(jié)構(gòu)地震設(shè)防烈度有關(guān)，其次與結(jié)構(gòu)體型有關(guān)，當(dāng)設(shè)防烈度為7、8、9度時(shí)，剪重比分別為0.012，0.024，0.040；扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯或基本周期
三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向：
(一)總體設(shè)計(jì)趨勢比較大。總體設(shè)計(jì)講的是合理運(yùn)用可行性方案。合理的選擇構(gòu)件的組成材料以及微小部構(gòu)成問題，以達(dá)到建筑的安全性。總體設(shè)計(jì)是基于安全理論因素而確定的，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展的―個大的方向。
(二)使用科學(xué)的的計(jì)算理論。建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要非常多的計(jì)算。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算有空間受力計(jì)算，非彈性變形計(jì)算等，這些計(jì)算都非常繁瑣而寫細(xì)致，引入先進(jìn)的科學(xué)計(jì)算理論和方法已經(jīng)勢在必行。不僅可以節(jié)約成本，也能推動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效進(jìn)行。
(三)建筑材料的變革。建筑材料至于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一個實(shí)際運(yùn)用的東西。另一個是理論層面的。這個路線不僅會帶來建筑上的變革，另―個方面也會帶來結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變革，是最明顯的―個發(fā)展方向。
(四)審美理念的變革。審美是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個因素，在新的時(shí)期，審美將更多的影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。由于物質(zhì)水平的段提高，以及民眾的精神水平也會這提高，那么結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的審美方面也會隨之發(fā)展。審美是人的天性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在將來一定會遵循審美的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；問題 探討
前言：
高層建筑是近代經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)進(jìn)步的產(chǎn)物。進(jìn)入20世紀(jì)以來，高層建筑在全球迅猛發(fā)展。高層建筑，是指超過一定高度和層數(shù)的多層建筑。在美國，24.6m或7層以上視為高層建筑；在日本，31m或8層及以上視為高層建筑；在英國，把等于或大于24.3m得建筑視為高層建筑。中國自2005年起規(guī)定超過10層的住宅建筑和超過24米高的其他民用建筑為高層建筑。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)的開發(fā)周期，從而減少市政投資，加快城市建設(shè)。
一． 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義及依據(jù)
1．概念設(shè)計(jì)的意義
高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)．發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設(shè)計(jì)來判斷計(jì)算設(shè)計(jì)的合理性。
2概念設(shè)計(jì)的依據(jù)
高層建筑結(jié)構(gòu)總體系與各分體系的工作原理和力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理原則，計(jì)算程序的力學(xué)模型和功能，吸取或不斷積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)
二.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系
．1 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題
新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動，新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案”。因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，以避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動。
．2 結(jié)構(gòu)的超高問題
在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A 級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此，必須對結(jié)構(gòu)的該項(xiàng)控制因素嚴(yán)格注意，一旦結(jié)構(gòu)為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設(shè)計(jì)方法和處理措施將有較大的變化。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題，導(dǎo)致施工圖審查時(shí)未予通過，必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或需要開專家會議進(jìn)行論證等工作的情況，對工程工期、造價(jià)等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。
．3 嵌固端的設(shè)置問題
由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了自嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設(shè)計(jì) 嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。
．4 短肢剪力墻的設(shè)置問題
在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計(jì)工作增加不必要的麻煩。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與分析階段存在的問題
在結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析階段，如何準(zhǔn)確，高效地對工程進(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)該相當(dāng)?shù)貙@一階段比較常見的問題有一個清晰的認(rèn)識。
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)果有或大或小的不同。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，判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的，哪個又是意義不大的，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、是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內(nèi)容實(shí)際上在新老規(guī)范中都有提及，只是，在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實(shí)測周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算自振周期折減系數(shù)。
3、振型數(shù)目是否足夠。在新規(guī)范中增加一個振型參與系數(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。
4、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，但是對某一座塔樓的地震力計(jì)算誤差仍然有可能較大，從而便結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。
5、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)。在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對這部分內(nèi)容，尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于高層建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大，因此，必須嚴(yán)格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算處理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。
四、工程實(shí)例
1.工程簡介
蘭花廣場蘭花商廈位于遼寧省， 總建筑面積6.38萬m2，工程由同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，施工單位為中國二十二冶集團(tuán)有限公司，地下1層，地上為29層，總建筑高度為102.38米，其中地下一層采用箱形基礎(chǔ)，底板厚度800mm，地上29層，鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)， 除地下一層頂板外露部分厚度為 600mm外，其余部分樓板為模殼密肋板結(jié)構(gòu)，厚度為120mm，本高層建筑采用抗震性能好、功能合理的現(xiàn)澆鋼骨混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，利用樓、電梯間設(shè)置鋼筋混凝土剪力墻且連接成筒體作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件。混凝土強(qiáng)度等級為C60，鋼筋骨架采用HRB400，框架采用寬扁梁框架以增加樓層凈高，寬扁梁截面為800×700，端部加腋為800×650，混凝土強(qiáng)度等級為C40；為抵抗高層建筑的外力影響，在混凝土內(nèi)筒剪力墻轉(zhuǎn)角處設(shè)置十字形鋼骨，以改善剪力墻的受力性能、提高剪力墻的延性、減少剪力墻剛度退化，中心筒墻體厚度為600mm，混凝土強(qiáng)度等級為C40。
五．高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢
隨著城市人口的不斷增加建設(shè)可用地的減少,高層建筑繼續(xù)向著更高發(fā)展,結(jié)構(gòu)所需承擔(dān)的荷載和傾覆力矩將越來越大。在確保高層建筑物具有足夠可靠度的前提下,為了進(jìn)一步節(jié)約材料和降低造價(jià),高層建筑結(jié)構(gòu)夠構(gòu)件正在不斷更新,設(shè)計(jì)理念也在不斷發(fā)展。高層建筑結(jié)構(gòu)也正朝著結(jié)構(gòu)立體化,布置周邊化,體型多樣化,結(jié)構(gòu)支撐化,體型多樣化,材料高強(qiáng)化,建筑輕量化,組合結(jié)構(gòu)化,結(jié)構(gòu)耗能減震化等方向發(fā)展。
六、結(jié)論
近些年來，我國的高層建筑建設(shè)發(fā)展迅速。但從設(shè)計(jì)質(zhì)量方面來看，并不理想。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體實(shí)際情況，應(yīng)作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析掌握的知識處理實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中遇到了各種問題。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：高層建筑，結(jié)構(gòu)性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)
建筑在誕生之初就被認(rèn)為是技術(shù)與審美融合的產(chǎn)物。這就意味著一個好的建筑，它必須經(jīng)得起適用性、經(jīng)濟(jì)性與美觀性這三重考驗(yàn)。只有正確符合結(jié)構(gòu)邏輯的建筑才能具有真實(shí)的表現(xiàn)力和實(shí)際的實(shí)踐性，單純追求藝術(shù)表現(xiàn)而忽視結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)出來的只能是雕塑作品或虛假的造型而已。而伴隨著高層建筑在我國的迅速發(fā)展和建筑高度的不斷增加，其類型與功能也愈加復(fù)雜和多樣化，高層建筑的建筑構(gòu)思與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來赳成為工程師們工作的重點(diǎn)之所在。
1、高層建筑的結(jié)構(gòu)性
現(xiàn)代的高層建筑變得越來越纖細(xì)，產(chǎn)生更大側(cè)移的可能性比以往大體積的多層高樓要大。建筑愈高，自然界所產(chǎn)生的重力荷載、風(fēng)荷載和地震荷載的影響愈大。正因如此，抵消這些荷載的結(jié)構(gòu)作用成為高層建筑設(shè)計(jì)的一個重要方面。高層建筑對側(cè)向荷載的動力反應(yīng)，可以通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以及選擇有效建筑形狀的措施加以控制。論文格式，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)。因此，高層建筑的形式在很大程度上和結(jié)構(gòu)的有效性能有關(guān)，這也就決定了建筑的經(jīng)濟(jì)性。建筑的結(jié)構(gòu)性能可以定義為建筑承受荷載以及抵抗側(cè)移的能力，同時(shí)也決定著建筑各種體量的組成。
2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1)水平荷載成為決定因素。一方面，因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎向構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。
2)軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。
3)側(cè)移成為控制指標(biāo)。論文格式，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)。與較低樓房不同，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。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
4)結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)。相對于較低樓房而言，高層建筑結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
3、高層建筑結(jié)構(gòu)其他設(shè)計(jì)方法
1)選擇有效房屋形式以控制側(cè)移。由于水平荷載成為決定性因素，因而控制側(cè)移成為必要 手段。過去的高層建筑形式多為矩形棱柱體，而從幾何觀點(diǎn)看，這種形式對側(cè)移是頗為敏感的。倘若采用對側(cè)向力不太敏感的房屋形式，比如外柱傾斜式、上窄下寬式、圓形或橢圓形、三角形和新月形的房屋形式，利用它的幾何形狀所具有的力學(xué)特點(diǎn)，就可使結(jié)構(gòu)更加有效，造價(jià)也更低。
2)高層建筑地下室的設(shè)置。當(dāng)今高層建筑的下面都設(shè)有地下室，這通常出于兩種考慮及需要。一種出于使用要求。比如可將大面積停車場或倉庫、機(jī)房、配電間等一系列附屬用房和人防工程等設(shè)于地下，從而節(jié)約地上建筑面積。另一種，則是出自結(jié)構(gòu)的考慮和需要，因?yàn)樵O(shè)置地下室可減輕地基壓力，提高房屋層數(shù)，增加房屋抗傾覆力和改善房屋抗震性能和總體剛度。因此，如何減輕作用于地基上的總荷重具有很現(xiàn)實(shí)的意義。論文格式，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)。
3)高層建筑中轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用。伴隨著建筑多層次、多功能的發(fā)展，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。 轉(zhuǎn)換層屬水平結(jié)構(gòu)，用它去改變下方樓層柱子的 排列，或過渡上下層剪力墻的不同布置，以此來 獲得特別的樓層柱網(wǎng)即創(chuàng)造大空間并將上部荷載 傳遞到下面相對少而大的柱或墻上，也是現(xiàn)代高 層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。
4)高層建筑防火設(shè)計(jì)。高層建筑因其巨大的高度和復(fù)雜的功能，一旦發(fā)生火災(zāi)便將造成巨大的危害。因而高層建筑防火問題若不能妥善解決，高層建筑的存在和發(fā)展都將受到嚴(yán)重威脅。因此在進(jìn)行高層建筑防火設(shè)計(jì)時(shí)，要首先考慮結(jié)構(gòu)防火，比如火災(zāi)的因素、火災(zāi)的控制、消防通道、救護(hù)工作以及結(jié)構(gòu)的防火方式等。其次，在明確結(jié)構(gòu)防火目的的同時(shí)，還要對防火有效時(shí)間和防火程度及范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)。論文格式，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)。最后，還要保證建筑的穩(wěn)定性，即建筑的承重結(jié)構(gòu)必須在防火墻經(jīng)火災(zāi)燒毀后仍能殘存下來。論文格式，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)。
4、高層建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)涵義及內(nèi)容
結(jié)構(gòu)是影響建筑設(shè)計(jì)的重要因素，當(dāng)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)突破了傳統(tǒng)概念上的“結(jié)構(gòu)支撐”，越來越多的重視結(jié)構(gòu)形態(tài)的表現(xiàn)性。結(jié)構(gòu)表現(xiàn)成為建筑創(chuàng)作中形態(tài)構(gòu)思的重要方法，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)著重挖掘建筑結(jié)構(gòu)中的藝術(shù)因素，尋找結(jié)構(gòu)和藝術(shù)的結(jié)合，變抽象的結(jié)構(gòu)概念為生動的建筑語言。結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)不僅因滿足功能要求呈現(xiàn)出來，而且通過結(jié)構(gòu)工程師和建筑師的合作，還能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者的個人美好愿望。
建筑結(jié)構(gòu)藝術(shù)體現(xiàn)是建立在對工程原理特別是結(jié)構(gòu)的原理和性能理解的基礎(chǔ)上，并包含三層含義：效能、經(jīng)濟(jì)和雅致。所謂效能就是指在充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)優(yōu)勢基礎(chǔ)上，又充分利用天然資源，從而使其盡可能有效的承受施加在它們上面的荷載。經(jīng)濟(jì)也是衡量一個建筑好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一，節(jié)約天然資源的要求要和節(jié)約社會資源的需要相平衡，要做到用最少的錢建造最多功能的建筑，也正是由于設(shè)計(jì)者們注重經(jīng)濟(jì)的理念，將建筑造型與結(jié)構(gòu)造型更有機(jī)的結(jié)合，才創(chuàng)造了許多偉大的結(jié)構(gòu)藝術(shù)品。另外，雅致的結(jié)構(gòu)形式更能夠打動人心，引起人們的審美情感。雅致的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)因素有很多，比如結(jié)構(gòu)形態(tài)的節(jié)奏與韻律，張力和動感；結(jié)構(gòu)形態(tài)剛與柔的對比；結(jié)構(gòu)形態(tài)的簡潔與明確，機(jī)理與變化；結(jié)構(gòu)形態(tài)的精妙平衡等等。
5、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)理念
從表象層面看，建筑表現(xiàn)為空間方面的概念和形式是表現(xiàn)總體環(huán)境的。論文格式，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)。對于某個建筑物的最初方案設(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)。但是，關(guān)于空間形式的整體設(shè)想，也要求建筑師必須考慮建筑形式中有關(guān)荷載與抗力之間關(guān)系的某些準(zhǔn)則，即結(jié)構(gòu)概念。這包括以下幾方面：一是所設(shè)想的空間形式應(yīng)當(dāng)固定在地面上；二是所設(shè)想的空間形式應(yīng)當(dāng)具有質(zhì)量并能承受豎向重力荷載；三是所設(shè)想的空間形式必須能抵抗水平風(fēng)力作用和地震作用。所以，在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，建筑師的基本任務(wù)是：一方面要與結(jié)構(gòu)工程師及其他T程技術(shù)人員協(xié)調(diào)合作；另一方面要根據(jù)建筑功能要求、建筑立意、場地情況、外力特征、施工條件及效率等因素，尋找出最經(jīng)濟(jì)，合理，美觀的建筑方案。
6、結(jié)語
高層建筑設(shè)計(jì)中，由于水平荷載起主要控制作用，為考慮水平荷載，結(jié)構(gòu)上必須提供必要手段去應(yīng)付。因此，有些人認(rèn)為結(jié)構(gòu)在建筑形式中似乎充當(dāng)了主角地位，這種看法不夠正確。如果說結(jié)構(gòu)是建筑設(shè)計(jì)的唯一準(zhǔn)則的話，那么，我們只能由矩形或圓形的高層建筑，建筑設(shè)計(jì)也只不過重復(fù)使用這種單調(diào)的建筑形式罷了。但前面的討論已經(jīng)給我們啟示，現(xiàn)代高層建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)表現(xiàn)必須相互配合，這也說明了建筑師與結(jié)構(gòu)工程師充分合作的必要性。因此，我們可以說建筑不僅反映了建筑師對結(jié)構(gòu)工程師的尊重，以結(jié)構(gòu)的構(gòu)成來表達(dá)建筑的完美形式；它更反映了結(jié)構(gòu)工程師對建筑師的理解，以創(chuàng)造性的結(jié)構(gòu)處理去適應(yīng)建筑功能的需要。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)體系；剪力墻
我國改革開放之后，由于綜合國力的不斷提高，房地產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，建筑業(yè)已成為社會支柱產(chǎn)業(yè)之一。由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，加之土地資源寶貴，所以高層建筑更是如雨后春筍般迅速發(fā)展，數(shù)量劇增。而目前的工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)人員忙于應(yīng)付大量的具體工作，往往不夠重視結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性問題，導(dǎo)致同一工程不同人設(shè)計(jì)，其工程造價(jià)可能差別很大，造成不必要的浪費(fèi)。這對于經(jīng)濟(jì)實(shí)力并不發(fā)達(dá)、尚處于第三世界發(fā)展中國家的中國來說是一個亟待解決的問題。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)
(1)水平荷載對結(jié)構(gòu)的影響大，側(cè)移成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制目標(biāo)之一。其根本原因就是高層建筑結(jié)構(gòu)側(cè)移和內(nèi)力隨高度的增加而急劇增加。例如，一豎向懸臂桿件在豎向荷載下產(chǎn)生的軸力僅與高度成正比，但在水平荷載下的彎矩和側(cè)移卻分別與高度呈二次方和四次方的曲線關(guān)系。所以，在高層建筑結(jié)構(gòu)中，除了像多層或低層房屋一樣進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算外，還必須控制其側(cè)移的大小，以保證高層建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度，避免因側(cè)移過大而造成的結(jié)構(gòu)開裂、破壞、傾覆以及一些次要構(gòu)件和裝飾的損壞。
(2)多種變形影響大。高層建筑結(jié)構(gòu)由于層數(shù)多、高度高、軸力很大，沿高度引起的軸向變形很顯著，中部構(gòu)件與邊部、角部構(gòu)件的變形差別大，對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分配影響大，因而對構(gòu)件中的軸向變形影響必須加以考慮;另外，在剪力墻結(jié)構(gòu)體系中還應(yīng)考慮整片墻或墻肢的剪切變形，在筒體結(jié)構(gòu)中還應(yīng)考慮剪變滯后的影響等。
(3)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大。當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布、剛度分布不均勻時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下容易產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)作用，扭轉(zhuǎn)作用會使抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)移發(fā)生變化，從而影響各個抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件(柱、剪力墻或筒體)所受到的剪力，進(jìn)而影響各個抗側(cè)力構(gòu)件及其他構(gòu)件的內(nèi)力與變形。既使在結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)中，其在水平荷載作用下也仍然存在扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
(4)結(jié)構(gòu)延性是度量結(jié)構(gòu)抗震性能的重要指標(biāo)。相對于較低樓房而言，高層建筑結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。因此，必須運(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法，對引起結(jié)構(gòu)不安全的各種因素做綜合的、宏觀的、定型的分析并采取相應(yīng)的措施，以求在總體上降低結(jié)構(gòu)破壞概率。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)分析
2．1高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定
高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件(框架、剪力墻、筒體等)通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是十分困難的。實(shí)際工程中，對結(jié)構(gòu)分析都需要對計(jì)算模型進(jìn)行不同程度的簡化，其中常見的基本假定有:
(1)彈性假定。目前工程上實(shí)用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法均采用彈性的計(jì)算方法。在垂直荷載或一般水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況。但是，在遭受地震或強(qiáng)臺風(fēng)作用時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生較大的位移而出現(xiàn)裂縫，并進(jìn)入到彈塑性工作階段。此時(shí)，仍按彈性方法計(jì)算內(nèi)力和位移則不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作狀態(tài)，應(yīng)按彈塑性動力分析方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
(2)小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。據(jù)研究統(tǒng)計(jì)，當(dāng)頂點(diǎn)水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H＞1/500時(shí)，P－Δ效應(yīng)的影響不能忽視。
(3)剛性樓板假定。很多高層建筑結(jié)構(gòu)的分析方法均假定樓板在自身平面內(nèi)的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計(jì)。這一假定大大減少了結(jié)構(gòu)位移的自由度，簡化了計(jì)算方法，并為采用空間薄壁桿件理論計(jì)算筒體結(jié)構(gòu)提供了條件。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，豎向剛度有突變的結(jié)構(gòu)、主要抗側(cè)力構(gòu)件間距過大或是層數(shù)較少等三種情況均對樓板變形的影響較大，特別是對結(jié)構(gòu)底部和頂部各層內(nèi)力和位移的影響更為明顯，此時(shí)，可將這些樓層的剪力作適當(dāng)調(diào)整來考慮這種影響。
(4)計(jì)算圖形的假定。高層建筑結(jié)構(gòu)體系整體分析采用的計(jì)算圖形有以下三種:即一維協(xié)同分析、二維協(xié)同分析和三維空間分析。其中一維協(xié)同分析各抗側(cè)力構(gòu)件只考慮一個位移自由度，計(jì)算簡單，主要用于手算方法的計(jì)算簡圖;二維協(xié)同分析各抗側(cè)力構(gòu)件的位移由三個自由度確定，主要用于中小微型計(jì)算機(jī)上的桿系結(jié)構(gòu)分析程序;三維空間分析在前兩者的分析基礎(chǔ)上既考慮了抗側(cè)力構(gòu)件的公共節(jié)點(diǎn)在樓面外的位移協(xié)調(diào)(豎向位移和轉(zhuǎn)角的協(xié)調(diào))，又考慮了抗側(cè)力構(gòu)件平面外的剛度和扭轉(zhuǎn)剛度對具有明顯空間工作性能的筒體結(jié)構(gòu)的影響。三維空間分析普通桿單元每一節(jié)點(diǎn)有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點(diǎn)還應(yīng)考慮截面翹曲，有7個自由度，較前兩者的計(jì)算更為精確。
2．2高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法
(1)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。
框架-剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算的方法很多，大都采用連續(xù)化建立常微分方程的方法。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。
(2)剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。不同類型的剪力墻其截面應(yīng)力分布也不同，計(jì)算內(nèi)力與位移時(shí)需采用相應(yīng)的計(jì)算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法為平面有限單元法，此法較為精確且對各類剪力墻都能適用。
(3)筒體結(jié)構(gòu)。
筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計(jì)算模型處理手法的不同可分為三類:等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。①等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。②等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應(yīng)用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行分析。③比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計(jì)算模型是完全按三維空間結(jié)構(gòu)分析筒體結(jié)構(gòu)體系，其中應(yīng)用最廣的是空間桿-薄壁桿系矩陣位移法。該方法是將高層結(jié)構(gòu)體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿系結(jié)構(gòu)。空間梁柱每端節(jié)點(diǎn)有6個自由度。核心筒或剪力墻的墻肢采用符拉索夫薄壁桿件理論進(jìn)行分析，每端節(jié)點(diǎn)有7個自由度，比空間桿增加一個翹曲自由度，對應(yīng)的內(nèi)力是雙彎矩。三維空間分析精度較高，但其未知量較多，計(jì)算量較大，在不引入其它假定時(shí)，每一樓層的總自由度數(shù)為6Nc+7Nw(Nc、Nw為柱及墻肢數(shù)目)。通常均引入剛性樓板假定，并假定同一樓面上各薄壁柱的翹曲角相等，這樣，每一樓層總自由度數(shù)即降為3(Nc+Nw)+4，這是目前工程上采用最多的計(jì)算模型。
隨著社會的不斷進(jìn)步和科技的快速發(fā)展，在城市建設(shè)中高層建筑物變得越來越普遍，發(fā)展速度也越來越快，為了進(jìn)一步容納更多的人口，減少建筑用地面積，建筑物的高度呈現(xiàn)出一種逐漸升高的趨勢。高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑物穩(wěn)定性與牢固性的有效保障，故高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已然成為建筑工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。因此，本文針對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在的一些問題進(jìn)行了分析，探討如何提高高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，以期對今后從事相關(guān)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作人員有所幫助，減少由于建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題而導(dǎo)致的災(zāi)害。
關(guān)鍵詞:
高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);問題;對策
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)地快速發(fā)展，城市化進(jìn)程地不斷加快，城市建設(shè)的步伐推動了高層建筑物的產(chǎn)生。與一般的建筑相比，高層建筑的施工過程往往更為復(fù)雜并且會面對更多的挑戰(zhàn)。因此，需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)初期全面地考慮建設(shè)施工過程中有可能遇到的問題。特別是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，只有保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路準(zhǔn)確可靠，才能確保整個建設(shè)過程安全順利地進(jìn)行。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)職責(zé)在于確保高層建筑在長期使用過程中的安全性與舒適性，使其在自然災(zāi)害面前能夠保護(hù)人民的人身和財(cái)產(chǎn)安全，進(jìn)而體現(xiàn)高層建筑物的空間使用優(yōu)勢。但就目前情況來說，高層建筑物在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在不少問題，因此，進(jìn)一步加強(qiáng)對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，依然是當(dāng)前一個核心問題的所在。
1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題
1．1短肢剪力墻設(shè)置過多鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，由于其側(cè)向剛度較大，并且可以結(jié)合建筑分隔墻靈活設(shè)置，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，同時(shí)也存在比較普遍的問題。其中一個典型的問題是短肢剪力墻布置過多。剪力墻各肢的肢長與墻厚之比的最大值大于4且不大于8的墻體定義為短肢剪力墻。短肢剪力墻與一般剪力墻不同之處在于其受力特點(diǎn)與異形柱類似，同時(shí)承擔(dān)較大的軸力和剪力。故短肢剪力墻的抗震性能弱于一般剪力墻。如果短肢剪力墻所占豎向抗側(cè)力構(gòu)件比例過高，則導(dǎo)致高層建筑物的抗震、防風(fēng)性能降低，同時(shí)由于短肢剪力墻所承受的樓層面積過大，在地震作用影響下容易過早壓壞從而引起樓層坍塌。此類不良影響在高層建筑中是致命的，不利于高層建筑物的長期安全使用，存在較大安全隱患。
1．2上部結(jié)構(gòu)嵌固端選取不合理在高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，嵌固端位置的選取是一個重要的計(jì)算指標(biāo)。目前，很多工程師習(xí)慣性地將上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位選擇在高層建筑物的地下室頂板，而沒有考慮這種做法的必要條件。上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，從理論上需具備兩個基本條件:該部位的水平位移為零和該部位的轉(zhuǎn)角為零。因此不難看出，嵌固部位的特點(diǎn)應(yīng)滿足:該樓層的整體性強(qiáng)、樓板連續(xù)無大開洞，且本樓層的側(cè)向剛度相對于上一樓層的側(cè)向剛度來說應(yīng)足夠大。只有滿足以上特點(diǎn)的嵌固端才能夠有效的傳遞水平地震剪力。如果地下室頂板無法滿足嵌固端的要求而強(qiáng)行設(shè)置，則會導(dǎo)致計(jì)算模型失真，地震作用計(jì)算不合理，不利于建筑整體抗震性能的評估。
1．3雙連梁處理連梁超筋問題的合理性剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁超筋現(xiàn)象較為常見，常見的處理方式是將連梁的梁截面高度中央設(shè)置100mm寬的水平縫，從而形成兩個半高度的連梁。這種處理方式采用的是連梁計(jì)算截面的簡單等效替換。但是由于截面選擇和計(jì)算假定存在一定誤差，實(shí)際連梁和等效連梁在計(jì)算模型上存在較大差異，在高烈度區(qū)或者大震情況下，無法保證連梁的強(qiáng)剪弱彎，容易造成連梁在地震作用下失效，更有可能使得剪力墻或者整個結(jié)構(gòu)體系的破壞，因此雙連梁的處理方式是有限制條件的，需要設(shè)計(jì)人員合理分析受力狀況從而綜合考慮。
1．4其他方面設(shè)計(jì)的不合理性建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級決定了抗震措施和抗震構(gòu)造措施，而抗震等級的劃分需要根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、抗震設(shè)防要求等等條件綜合確定。現(xiàn)如今各式各樣的高層建筑通常都會伴有裙房作為其配套建筑空間，故此時(shí)裙房和主樓的抗震等級需要根據(jù)兩者結(jié)構(gòu)是否分開，各自建筑高度等等條件進(jìn)行判斷，并非全部采用一種抗震等級，造成不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。由于現(xiàn)如今計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，高層建筑結(jié)構(gòu)模型的抗震分析已經(jīng)基本由分析程序進(jìn)行計(jì)算。但是任何計(jì)算程序都存在其適用性和局限性，單一軟件的計(jì)算結(jié)果均需要其他分析軟件的對比和驗(yàn)證，同時(shí)也需要工程師的概念判斷，面對每一個工程，挑出最合理的計(jì)算模型和軟件才是正確的結(jié)構(gòu)分析方法，切不可迷信單一軟件或者計(jì)算結(jié)果。
2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在問題的解決對策
2．1注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的性能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計(jì)是高層建筑設(shè)計(jì)中經(jīng)常提到的一個問題，不難發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的精髓便在于性能設(shè)計(jì)。由于城市的快速發(fā)展和人口的急劇增加，僅僅以保護(hù)生命安全為單一目標(biāo)是不全面的，我們更應(yīng)該考慮如何控制建筑物的地震破壞，保障地震時(shí)的建筑功能。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要我們分析各個地震水準(zhǔn)下構(gòu)件的變形、承載力和局部構(gòu)造。單一提高變形能力，則導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在小震和中震下的破壞情況沒有太多改變，但是抵抗大震倒塌的能力有所提高。單一提高承載力時(shí)，構(gòu)件的安全性有所提高，但是變形不一定符合要求。所以要想滿足性能設(shè)計(jì)，需要提高承載力，使得結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性工作階段延遲，同時(shí)提高剛度以減小變形。故不難看出，只要找到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和變形能力的平衡點(diǎn)，就能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計(jì)。
2．2選擇合理的結(jié)構(gòu)方案對于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，最為關(guān)鍵的一點(diǎn)就是選取恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)類型。結(jié)構(gòu)方案的選擇，需要綜合考慮各方面的因素。首先結(jié)構(gòu)選型要能夠滿足建筑功能的需求，例如為了良好的視覺和傳音效果，則必須舍棄一部分豎向支撐構(gòu)件，采用大跨度結(jié)構(gòu);其次，對于建筑造型復(fù)雜，平、立面不規(guī)則的建筑物，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要通過設(shè)置防震縫的方式來形成規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。此外，還應(yīng)該針對建筑所在地區(qū)的實(shí)際狀況綜合考慮，例如針對施工現(xiàn)場的地下水位情況、地質(zhì)土層情況、周邊已建成建筑物以及建筑用材供應(yīng)難易程度、工程造價(jià)等等進(jìn)行考慮，進(jìn)而才能確定最佳的結(jié)構(gòu)方案。
2．3結(jié)構(gòu)的包絡(luò)設(shè)計(jì)方法包絡(luò)設(shè)計(jì)方法常常被用來解決工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難題。現(xiàn)如今的工程設(shè)計(jì)問題千變?nèi)f化，影響結(jié)構(gòu)效應(yīng)的因素非常之多，有時(shí)問題會盤根錯節(jié)非常復(fù)雜，采用現(xiàn)有的知識和軟件難以準(zhǔn)確分析。但是學(xué)術(shù)科研和工程問題的不同在于，后者不能長時(shí)間等待，因此就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員采用最簡單有效且低代價(jià)的方式去解決工程復(fù)雜的問題。所以，包絡(luò)設(shè)計(jì)方法就顯得尤為重要，針對不同的工程條件，我們可以采用不同的包絡(luò)設(shè)計(jì)原則，可以是對結(jié)構(gòu)整體的包絡(luò)設(shè)計(jì)，例如對于少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)，對框架可以按框架與剪力墻協(xié)同工作以及純框架結(jié)構(gòu)分別計(jì)算，包絡(luò)設(shè)計(jì)。也可以是對重要部位的包絡(luò)設(shè)計(jì)，例如對轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層、連體結(jié)構(gòu)的連接體等等。其次對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的包絡(luò)設(shè)計(jì)，可以根據(jù)構(gòu)件的受力情況，對構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)充分析驗(yàn)算，最后取不利值包絡(luò)設(shè)計(jì)。
3總結(jié)
總而言之，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，高層建筑已經(jīng)成為了當(dāng)前大城市發(fā)展過程中的主流，并且其發(fā)展速度與我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度不相上下，因此，高層建筑的安全性與穩(wěn)固性也應(yīng)得到相應(yīng)關(guān)注。高層建筑屬于技術(shù)密集型建設(shè)項(xiàng)目，它具有一定的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性,其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響整個高層建筑的性能。但是在當(dāng)前的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然存在一些問題，短肢剪力墻、嵌固端位置、連梁處理等等問題較為常見，所以在設(shè)計(jì)階段，則需要設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)設(shè)計(jì)工作的準(zhǔn)確性，針對這些問題選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，采用科學(xué)合理的計(jì)算簡圖和設(shè)計(jì)方法。因此，想要居住在一個具有較高安全性和可靠性的高層建筑物中，需要我們?nèi)鐣藛T的共同監(jiān)督和建筑設(shè)計(jì)工作者的努力!
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵字：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；要點(diǎn)分析
1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則
1.1結(jié)構(gòu)方案合理化原則。高層建筑結(jié)構(gòu)方案的合理化是指高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案必須與結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)形式的要求保持一致，同時(shí)應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性的要求，其中結(jié)構(gòu)體系的具體要求為傳力簡單化、受力明確化。針對某些結(jié)構(gòu)單元相同的高層建筑物，其結(jié)構(gòu)體系應(yīng)相同。1.2計(jì)算簡圖合理化原則。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是計(jì)算簡圖，計(jì)算簡圖的合理性直接關(guān)乎高層建筑結(jié)構(gòu)的安全，由此可見高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須堅(jiān)持簡圖合理的原則。高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)的簡化可以有多種選擇，但必須把計(jì)算結(jié)果的誤差控制在合理的范圍內(nèi)，以免對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面的影響，從而影響建筑結(jié)構(gòu)的安全。1.3結(jié)果分析精準(zhǔn)化原則。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，當(dāng)前很多領(lǐng)域都開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，并且發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而在建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中，通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)更加科學(xué)的分析，不僅能夠有效的降低人工計(jì)算存在的失誤，而且還能確保建筑結(jié)構(gòu)方案的準(zhǔn)確與合理。
2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
2.1水平荷載。建筑同時(shí)承受豎向荷載和地震及風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，在多層建筑中，因水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移相對較小，對建筑建構(gòu)設(shè)計(jì)的影響不大，主要是以重力為代表的豎向荷載著建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)起控制作用。而在高層建筑中，很多時(shí)候是水平荷載對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起決定性作用，盡管豎向荷載對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會產(chǎn)生重要的影響，但相對于水平荷載來說，影響相對較小。2.2軸向變形。對于多層建筑軸力項(xiàng)相對于彎矩項(xiàng)來說，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響不是很大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可只考慮彎矩項(xiàng)而忽略軸力的影響。但是對高樓層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析所要考慮的因素就不太一樣了，需充分考慮到高層建筑的層數(shù)、高度對豎向構(gòu)件軸力值的影響。隨著高度的不斷增加，豎向構(gòu)件的軸力變形也會變得特別明顯，當(dāng)豎向構(gòu)件軸向變形達(dá)到一定的程度，會使高層建筑的結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值和分布產(chǎn)生變化。2.3建筑側(cè)向位移。隨著建筑樓層及高度的增加，在水平荷載的作用下產(chǎn)生的側(cè)向位移也會不斷的增大。高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在應(yīng)對風(fēng)荷載及地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力作用時(shí)，才能有足夠大的力量去抵御。為了能夠?qū)L(fēng)荷載及地震作用下產(chǎn)生的側(cè)移距離控制在一定的限度之內(nèi)，就必須擁有足夠的抗側(cè)剛度能力，才能較好的保障結(jié)構(gòu)安全及正常使用的舒適度。
3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題分析
3.1建筑短肢剪力墻設(shè)置存在問題。隨著人們對住宅平面與空間的要求越來越高，高層住宅建筑中短肢剪力墻的運(yùn)用越來越多。在一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)的短肢剪力墻是指墻肢的高度、厚度比例為5-8的墻體。短肢剪力墻與普通剪力墻相比承擔(dān)較大軸力與剪力，抗震性能較差，從受力特性及構(gòu)件的安全儲備有別普通剪力墻，為安全起見，在高層住宅結(jié)構(gòu)中短肢剪力墻布置不宜過多，不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)，在某些情況下還要限制建筑高度。3.2抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中很重要的內(nèi)容是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。受高層建筑高度過高、荷載過大的影響，一旦出現(xiàn)了地震，就會誘發(fā)出各種不可估計(jì)的問題。現(xiàn)階段我國建筑工程建設(shè)要求高層建筑最低要保證五十年的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，并對高層建筑的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行了明確的規(guī)定。但是在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，存在設(shè)計(jì)人員對規(guī)范理解不透、概念設(shè)計(jì)模糊等問題。如果高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員沒有充分認(rèn)識到上述問題，就會給高層建筑留下安全隱患。3.3扭轉(zhuǎn)問題。質(zhì)量中心、剛度中心和幾何中心是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的“三心”，“三心合一”也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要盡量達(dá)到的目標(biāo)。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中存在“三心”偏離較大的問題。在三心偏離較大的情況下，受較大水平力的影響就會出現(xiàn)高層建筑扭轉(zhuǎn)震動的問題，影響高層建筑的安全。
4高層建筑設(shè)計(jì)相關(guān)假定
4.1彈性假定。當(dāng)建筑處于一般風(fēng)力的、正常使用豎向荷載及低于設(shè)防烈度的地震的作用時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般處于彈性的工作階段，這一假定與實(shí)際的工作情況存在的差異不大。但當(dāng)遭遇強(qiáng)震作用或者強(qiáng)烈的臺風(fēng)天氣時(shí)，建筑產(chǎn)生的位移會比較大，結(jié)構(gòu)構(gòu)件會轉(zhuǎn)入彈塑性的工作階段。在這個時(shí)候就應(yīng)當(dāng)按照彈塑性動力分析方法進(jìn)行分析，而不能只按照彈性假定的方法計(jì)算，否則就不能將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的真實(shí)工作狀態(tài)反映出來，留下安全隱患。4.2小變形假定。小變形假定方法是除了彈性假定之外另一種比較常用的方法，但也有學(xué)者對幾何非線性問題進(jìn)行研究。除了彈性假定，小變形假定方法也常被采用。但有不少學(xué)者對幾何非線性問題（P-Δ效應(yīng)）做了一些研究。一般情況下，當(dāng)頂點(diǎn)水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時(shí)，P-Δ效應(yīng)的影響就不能被忽視了。4.3剛性樓板假定。目前在我國對很多高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，都是將樓板的平面內(nèi)剛度設(shè)定為無限大，而將樓板平面外的剛度予以忽略。在這種假定下，建筑結(jié)構(gòu)體系的自由度在一定程度上減少，對計(jì)算方法進(jìn)行了簡化。此外通過這種假定，使得在使用薄壁桿件的理論在對筒體體系的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)非常方便，但是一般情況下，因?yàn)槭艿接?jì)算方式以及其他因素的影響，使得這種假定通常比較適合對建筑的框架以及剪力墻體系的計(jì)算。4.4計(jì)算圖形的假定。在高層建筑架構(gòu)體系中，整體分析將采用的計(jì)算圖形分為一維、二維協(xié)同分析和三維空間分析三種。其中，三維空間分析的普通桿單元，每一節(jié)點(diǎn)含有6個自由度，按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節(jié)點(diǎn)還應(yīng)該考慮截面翹曲，截面翹曲有7個自由度。
5高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
5.1建筑的載荷設(shè)計(jì)。在高層建筑的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑的安全性以及穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)的重中之重，而建筑的荷載直接影響著建筑的安全以及穩(wěn)定，因此在進(jìn)行建設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)一定要做好荷載的計(jì)算。相對于一般的建筑，高層建筑的荷載及其組合要復(fù)雜的多，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑的荷載計(jì)算時(shí)需要考慮的內(nèi)容也多得多。在進(jìn)行高層建筑的荷載計(jì)算時(shí)，最主要的內(nèi)容是以下兩個方面：建筑的地震荷載以及風(fēng)荷載。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，復(fù)雜的超限高層建筑還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行的風(fēng)洞試驗(yàn)及振動臺試驗(yàn)，以確保建筑的安全。5.2建筑抗震性能的設(shè)計(jì)。因?yàn)楦邔咏ㄖ母叨纫绕胀ńㄖ叱龊芏啵嘁云鋵?yīng)力的承受能力也不一樣，因此當(dāng)?shù)卣饡r(shí)其產(chǎn)生的反應(yīng)程度也不是一樣的，因此對于高層建筑，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候必須要充分考慮抗震設(shè)計(jì)。而且抗震設(shè)計(jì)時(shí)，必須要對建筑所處的地形地質(zhì)條件都進(jìn)行充分的考慮，通常土地比較堅(jiān)硬的其抗震強(qiáng)度會比較大，所以要盡量選擇硬度比較大的土層，而避開那些土質(zhì)疏松的地層，而對土層的變化進(jìn)行有效的把握成為抗震設(shè)計(jì)中的一個困難點(diǎn)。5.3高層建筑結(jié)構(gòu)的包絡(luò)設(shè)計(jì)。包絡(luò)設(shè)計(jì)是近年來比較常見的設(shè)計(jì)方式，可以有效解決工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的各種問題。當(dāng)前工程設(shè)計(jì)問題變化比較多，有許多因素都會影響到結(jié)構(gòu)效應(yīng)，各種問題盤根錯節(jié)，使用目前已經(jīng)掌握的只是或者軟件很難對其進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。學(xué)術(shù)科學(xué)和工程的不同點(diǎn)在于后者難以長時(shí)間等待。因此要通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的形式，利用最少的經(jīng)濟(jì)投入來獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，并解決工程項(xiàng)目存在的問題。不同的工程條件可以用不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則來處理，在對待轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層或者連體結(jié)構(gòu)時(shí)，也可以用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，對構(gòu)件進(jìn)行分析驗(yàn)算，取不利值包絡(luò)設(shè)計(jì)。
總之，高層建筑的復(fù)雜性不僅要求其設(shè)計(jì)人員必須具有較高的綜合素質(zhì)，而且還有掌握足夠的理論知識以及相關(guān)的法律知識，而且在對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也要對對建筑周圍的環(huán)境進(jìn)行綜合的考慮，由此來提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量，同時(shí)降低建造的成本，促進(jìn)高層建筑的健康發(fā)展。
作者:崔惠林 單位:保定市城鄉(xiāng)建筑設(shè)計(jì)研究院
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關(guān)鍵詞 高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 問題
在國內(nèi)市場經(jīng)濟(jì)改革不斷推進(jìn)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境之下，物質(zhì)文明已經(jīng)達(dá)到了較高水準(zhǔn)，由此人們對作為衣食住行四大生活要素重要載體的建筑也有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。而就高層建筑來看，由于其規(guī)模較大，且結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，由此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中往往存在一定的困難。由此，為經(jīng)驗(yàn)提高高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，必須從設(shè)計(jì)入手，針對現(xiàn)今高層建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所存在的問題，不斷提升其可靠性指標(biāo)。
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析
（一）短肢剪力墻設(shè)計(jì)缺陷
就現(xiàn)實(shí)情況而言，當(dāng)下高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)短肢剪力墻的過程中，大多會出現(xiàn)增設(shè)短肢剪力墻的問題。根據(jù)國內(nèi)對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全新規(guī)范不難得出，現(xiàn)今短肢剪力墻其截面高厚比應(yīng)該處于5～8的范圍內(nèi)。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與設(shè)計(jì)參數(shù)不難得出，在對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中不應(yīng)該設(shè)置過多的短肢剪力墻，以進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
（二）抗震Y構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范問題
在進(jìn)行高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于其高度較高，所以必須考慮較多不確定性因素對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，所以一直是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)置中的難點(diǎn)。現(xiàn)今國內(nèi)對高層建筑設(shè)計(jì)年限的規(guī)定至少為50年，并且對其烈度與震級對應(yīng)下的高層建筑抗震能力指標(biāo)做出了明確規(guī)定。但由于國內(nèi)生態(tài)問題的持續(xù)惡化，國內(nèi)地震問題在近10年間已經(jīng)多次發(fā)生，其震級與烈度都有了不同程度的要求，如果仍然按照原有的設(shè)計(jì)規(guī)范，一旦出現(xiàn)地震事故，高層建筑的抗震性能堪憂。
（三）超高設(shè)計(jì)問題
超高是現(xiàn)今高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中普遍存在的現(xiàn)實(shí)問題，多由于建設(shè)方為謀取更多的經(jīng)濟(jì)效益，罔顧建設(shè)規(guī)范準(zhǔn)則，過度增加建筑層高或加高建筑層高，這一問題將大幅度削減高層建筑的力學(xué)性能，對其抗震性與可靠性都有不同程度的降低。特別是在風(fēng)荷載較大及地震烈度較高等極端惡劣條件時(shí)，建筑的穩(wěn)定性很難得到保障，甚至將會嚴(yán)重威脅業(yè)主的生命財(cái)產(chǎn)安全。
（四）扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)缺陷
高層建筑設(shè)計(jì)必須要盡可能保證建設(shè)工程的質(zhì)量重心、剛度中心與幾何中心處于同一位置，以避免產(chǎn)生由于偏心彎矩過大所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)坡外。但就現(xiàn)實(shí)情況來看，現(xiàn)今大部分高層建筑的設(shè)計(jì)都難以保證其三心處于同一位置，偏心問題普遍存在，一旦受到水平荷載的作用，建筑結(jié)構(gòu)將很容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)破壞，這也就給其投產(chǎn)埋下了不小的安全隱患。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題優(yōu)化措施
（一）合理選用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
為確保高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，必須合理選用適宜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。首先在設(shè)計(jì)過程中必須結(jié)合建筑設(shè)計(jì)師所提供圖紙以及國內(nèi)對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范系統(tǒng)的確定其整體結(jié)構(gòu)，防止所選擇設(shè)計(jì)方案與建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的沖突。另外還需要結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)的地質(zhì)情況、氣候因素以及近50年來地質(zhì)變動與水文情況對其結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)加以優(yōu)化，尤其需要根據(jù)工程規(guī)模對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體方案加以優(yōu)化，在提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，確保設(shè)計(jì)方案具有較高的可行性與經(jīng)濟(jì)效益。
（二）完善抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合項(xiàng)目區(qū)域地震基本烈度等級，對其抗震等級加以詳細(xì)認(rèn)定。必須對其抵抗側(cè)向荷載結(jié)構(gòu)組件的位置加以詳細(xì)認(rèn)定，確保其節(jié)點(diǎn)受力平衡與結(jié)構(gòu)受力的合理分布。另外還應(yīng)該保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有連續(xù)穩(wěn)定性，并在保證其結(jié)構(gòu)組件剛度與強(qiáng)度的同時(shí)，確保其經(jīng)濟(jì)合理性。在初步設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡量對高層建筑的結(jié)構(gòu)片面加以簡化處理，在保障其基礎(chǔ)強(qiáng)度、剛度的同時(shí)，增加基礎(chǔ)的荷載傳遞能力。也就是說，必須避免其結(jié)構(gòu)整體性的破壞與地基沉降對建筑的損害，進(jìn)一步提升其抗震能力。
（三）優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)
高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要盡量符合結(jié)構(gòu)性能的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，大體涵蓋以下幾大方面：其一，優(yōu)化對高層建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)，避免其由于層高問題而產(chǎn)生變形與坍塌。其二，結(jié)合其水平荷載作用（主要包括地震橫波、面波與風(fēng)荷載），通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高其抵抗側(cè)向變形的能力。也就是說必須根據(jù)計(jì)算結(jié)果對建筑結(jié)構(gòu)組件的彎矩調(diào)幅、塑性內(nèi)力分布原則，確保建筑結(jié)構(gòu)能夠滿足于性能化設(shè)計(jì)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。
（四）完善扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)
為避免高層建筑受到地震、地質(zhì)水文條件與氣候因素影響而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)性損壞，在對其結(jié)構(gòu)加以設(shè)計(jì)之時(shí)，必須對其結(jié)構(gòu)模式與平面布局進(jìn)行綜合考量，盡量確保其質(zhì)量重心、剛度中心與幾何中心處于同一位置。在一些特定條件下，由于高程建筑需要滿足預(yù)定的功能指標(biāo)，因此在需要選擇不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)時(shí)，必須將其長厚比與寬厚控制于允許范圍中，并盡量確保建筑結(jié)構(gòu)的對稱，以提高其抗彎扭能力。
三、結(jié)語
高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具有較強(qiáng)的技術(shù)性與思辨性，能夠?yàn)榻ㄖ姆€(wěn)定性提供充分的保障。而就實(shí)際設(shè)計(jì)工作來看，由于其高層建筑設(shè)計(jì)需要較高標(biāo)準(zhǔn)，因此必須要綜合考慮建筑設(shè)計(jì)規(guī)范與建筑工程實(shí)況，并選用優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式確保結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，同時(shí)針對當(dāng)下高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，選用適宜的優(yōu)化方案，以此在提高其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可行性的同時(shí)，促進(jìn)我國高層建筑的可持續(xù)發(fā)展。
（作者單位為四川大學(xué)錦城學(xué)院）
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關(guān)鍵字：高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 特點(diǎn) 要點(diǎn)
中圖分類號：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
引言
近年來，高層建筑逐步成為建筑業(yè)的重要建筑模式，由此建筑結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，同時(shí)人們對建筑功用性的要求也越來越高，由此做好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅關(guān)系到建筑建設(shè)的效益和效能，同時(shí)是滿足人們對建筑要求的途徑。當(dāng)下，建筑安全問題已成為人們普遍關(guān)注的問題，建筑事故的層出不窮，究其原因，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題難辭其咎，由此，如何在滿足建筑日益增長的要求的基礎(chǔ)上完善高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就變得尤為重要。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則
1.1 選擇合理的結(jié)構(gòu)方案
在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，從而保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理和安全。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇中，要注意對材料的要求、施工環(huán)境的綜合考慮，同時(shí)要考慮地震區(qū)高層建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，要力圖遵循平面和豎向規(guī)則，規(guī)避結(jié)構(gòu)方案的不適性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇中，要與建筑施工單位和基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)方進(jìn)行協(xié)商，從而選擇合適的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效用。1.2 選擇合適的基礎(chǔ)方案
對建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要充分考慮建筑所在地的周邊環(huán)境，要對工程的地質(zhì)條件以及周圍建筑的施工及特點(diǎn)做好調(diào)研，充分保證后續(xù)建筑過程與周邊環(huán)境的和諧統(tǒng)一。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要選擇合適的基礎(chǔ)方案，基礎(chǔ)方案要體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方方面面，要盡量顯示建筑的全貌，同時(shí)要考慮建筑的經(jīng)濟(jì)成本和效益，最大限度發(fā)揮建筑周邊條件的作用，保證建筑的正常實(shí)施。
1.3 選擇合適的計(jì)算簡圖
高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)簡圖，由此可以防止由于計(jì)算簡圖選擇不當(dāng)導(dǎo)致的建筑安全隱患的發(fā)生概率。建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算是以計(jì)算簡圖為基礎(chǔ)的，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要特別注重計(jì)算簡圖選取問題，從而可以保證后續(xù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確和建筑設(shè)計(jì)的安全。當(dāng)然，建筑實(shí)際結(jié)構(gòu)與選取的計(jì)算簡圖之間允許存在合理的誤差，但是要盡量把工程實(shí)際控制在計(jì)算簡圖精度要求范圍內(nèi)。
1.4 分析所得到的計(jì)算結(jié)果
當(dāng)下，信息技術(shù)飛速發(fā)展，由此也帶動了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用。由于不同計(jì)算機(jī)軟件會產(chǎn)生不同的計(jì)算結(jié)果，所以要對不同結(jié)果進(jìn)行分析處理。由此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員就要具備專業(yè)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念和知識，更要對計(jì)算機(jī)軟件有充分詳細(xì)的了解，便于對計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行客觀分析。由于操作人員自身的問題或者計(jì)算機(jī)軟件具有的自身誤差，使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況出現(xiàn)一定的差異，這時(shí)就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員客觀判斷并予以糾正。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
（1）結(jié)構(gòu)延性是重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)
相對于低樓層而言，高樓層具有獨(dú)特的特性，高樓層擁有更好的柔性，由此，高層樓房在遭受地震的時(shí)候更容易出現(xiàn)變形。所以在建造高層建筑的過程中，就要充分考慮如何保證高層建筑的延性，從而保證高層建筑進(jìn)入塑性變形階段之后仍然有較好的變形能力，防止坍塌現(xiàn)象的發(fā)生。由此就要在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段采取恰當(dāng)?shù)拇胧┍ＷC建筑結(jié)構(gòu)的延性。
（2）水平載荷成為決定因素
高層建筑的設(shè)計(jì)和建造過程區(qū)別于低層建筑，不僅要考慮豎向載荷，同時(shí)要考慮水平載荷的影響。在建造高層樓房時(shí)，水平載荷的影響作用也非常重要。水平載荷之所以發(fā)揮如此重要的作用是因?yàn)樵诟邔咏ㄖO(shè)計(jì)中要充分考慮抗側(cè)力，而水平載荷可以起到平衡作用。除此之外，對某高度的建筑來說，豎向載荷基本是一個定值，而作為水平載荷的風(fēng)載荷和地震作用，則隨著結(jié)構(gòu)動力特性的不同而浮動。
（3）軸向變形不容忽視
在有外力作用的情況下，建筑結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定的位移，包括彎曲、軸向變形和剪切變形。對于低層建筑的結(jié)構(gòu)，一般的結(jié)構(gòu)構(gòu)件軸向和剪切變形的影響相對小，由此不會涉及到軸向變形和剪切變形問題的考慮。但是高層建筑的軸力相對較大，由此產(chǎn)生的軸向變形就會比較顯著，由此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中就要把軸向變形考慮進(jìn)去。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)
3.1 結(jié)構(gòu)的超高問題
抗震規(guī)范中對建筑結(jié)構(gòu)的總高度進(jìn)行了嚴(yán)格限制，新規(guī)范中增設(shè)了B級高度，這與原來設(shè)定的A級高度在處理辦法方面有很大的改變。所以在工程實(shí)踐中，就要充分考慮建筑的超高問題及處理措施，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要充分根據(jù)工程的實(shí)際進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，防止建筑物結(jié)構(gòu)過高導(dǎo)致的不安全因素。一旦在工程實(shí)際過程中忽視建筑物的超高問題，在工程后續(xù)施工過程中就會出現(xiàn)一系列的問題，這就會對工程工期和效益造成嚴(yán)重的損害。
3.2 短肢剪力墻設(shè)置問題
短肢剪力墻在規(guī)范中是這樣定義的：墻肢截面高厚比為5-8的墻。實(shí)踐表明，短肢剪力墻在高層建筑中的運(yùn)用有更多的因素加以限制。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，就應(yīng)當(dāng)根據(jù)情況盡可能少的使用就要盡量避短肢剪力墻，從而減少由于短肢剪力墻的使用造成了不必要的麻煩，所以，在高層建筑的設(shè)計(jì)過程中，要特別注重工程的細(xì)節(jié)問題，從而提高工程建設(shè)的進(jìn)度。
3.3 嵌固端的設(shè)置問題
高層建筑通常都有地下室和人防，由此嵌固端的設(shè)置位置可能在地下室頂板，也有可能在人防的頂板。在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要特別注意嵌固端的設(shè)置問題，防止由于嵌固端設(shè)置所造成的問題。比如說嵌固端上下抗震等級的一致性問題和抗震縫設(shè)計(jì)與嵌固端位置的協(xié)調(diào)問題等等，由此可能造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，導(dǎo)致安全隱患的產(chǎn)生。
4 結(jié)語
高層建筑是一種更為復(fù)雜的建筑模式，近年來，高層建筑發(fā)展迅速，然而建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果并不理想，建筑安全問題發(fā)生的頻率相對較高，由此在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員更應(yīng)該根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，認(rèn)真考察建筑具體實(shí)際，從而設(shè)計(jì)出合理的設(shè)計(jì)方案，保證建筑的安全性和穩(wěn)定性，發(fā)揮建筑的效益，從而滿足建筑使用群體的要求，同時(shí)為建筑業(yè)的更快更好發(fā)展做出貢獻(xiàn)，使得建筑業(yè)可以有更長足的發(fā)展空間。
參考文獻(xiàn)
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1.1結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)化原則
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑施工的第一步，一個質(zhì)量優(yōu)良的建筑物離不開良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是建筑施工中非常重要的一個環(huán)節(jié)，建筑施工離不開建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的指導(dǎo)。在對建筑結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行制定時(shí)，需要搜集建筑周邊環(huán)境信息，針對建筑所在的位置，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，另外在設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮到建筑的經(jīng)濟(jì)性，建筑技術(shù)以及施工方面的影響，從而設(shè)計(jì)出最佳的建筑施工方案。
1.2建筑材料與資源的節(jié)約性原則
建筑設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的工作就是提高建筑材料的利用率，減少建材的使用。因此在建筑工程實(shí)際施工前，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)的研究工程圖紙，提前做好建材的使用方案以及節(jié)約方案。在不影響工程整體施工季度以及質(zhì)量的前提下，綜合考量與建筑材料相關(guān)的各種因素，比如物流費(fèi)用、加工費(fèi)用、存儲費(fèi)用等等，盡可能的降低成本。另外，選用建材時(shí)，不能一味的注重價(jià)格，也要考慮建材的質(zhì)量，比如鋼筋的使用，盡量采用高強(qiáng)度的鋼筋，其具有強(qiáng)度高，性能突出等優(yōu)點(diǎn)，使用效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通鋼筋，相較而言，其性價(jià)比更高。
2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
2.1控制指標(biāo)
高層建筑由于樓層的高度問題，在施工方面和基層建筑的施工是有很大的不同的，因此在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)方案制定時(shí)，設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)也不同。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)側(cè)移是一項(xiàng)非常重要的設(shè)計(jì)因素，因此在制定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)，一定要注意將結(jié)構(gòu)側(cè)移控制在一定的范圍內(nèi)。
2.2軸向變形
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中另外一個非常重要的元素就是軸向變形，在高層建筑施工中，豎向載荷數(shù)值一旦變大，豎向構(gòu)架中就會出現(xiàn)非常大的軸向變形，從而對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生破壞，進(jìn)而對建筑的整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
2.3水平荷載
在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，水平荷載是一個非常重要的元素。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的豎向荷載所造成的軸力與建筑物的整體高度的一次方成正比，水平荷載所造成的傾覆力和豎向的構(gòu)件生成的軸力這兩種利益與建筑物的整體高度的二次方也成正比。假如建筑物的高度增長的話，這個值也會變大，從而會對整個建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響。
3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題
3.1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隨意無章
建筑工程的建設(shè)最重要的參照物就是建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙，也是建設(shè)過程中的具體指標(biāo)，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及實(shí)際工程施工中具有十分重要的作用。如果建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙出現(xiàn)微小的問題，在實(shí)際施工中，都會被擴(kuò)大數(shù)倍甚至數(shù)十倍的形式呈現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)中。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須重視對設(shè)計(jì)圖紙的使用以及標(biāo)識。但是目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，對于圖紙的運(yùn)用還存在一些問題，有些關(guān)鍵性的信息并沒有在圖紙中表明，比如建筑的防震設(shè)計(jì)，建筑的抗裂等級，或者建筑施工材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。如果后期的設(shè)計(jì)人員對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體考慮不那么全面，稍有遺漏，就會嚴(yán)重影響建筑工程的施工質(zhì)量。
3.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合規(guī)定
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合規(guī)性主要體現(xiàn)在建筑施工材料的選用上。隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，建筑行業(yè)得到了極大的發(fā)展，而建筑行業(yè)繁榮的背后，也使得市場競爭更加激烈。這使得一部分企業(yè)，為了追求利潤，擴(kuò)大市場占有率，開始降低自身的建筑成本，而降低建筑成本的主要手段就是調(diào)整建筑施工材料等級，許多企業(yè)在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，投機(jī)取巧，擅自調(diào)整建筑材料。例如使用低含鋼量的建材來降低建筑成本，使用一些低質(zhì)的施工材料。這不僅會對企業(yè)造成極大的負(fù)面影響，還嚴(yán)重威脅到了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，這也是我國不斷出現(xiàn)“樓歪歪”“樓脆脆”等現(xiàn)象的原因。
4高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效解決對策
4.1完善高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要重視設(shè)計(jì)圖紙的使用。相關(guān)設(shè)計(jì)人員在對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，對于一些細(xì)小但是重要的數(shù)據(jù)，信息都要考慮到，并將其清晰的標(biāo)注在設(shè)計(jì)圖紙上，不要因?yàn)闉榱朔奖愣鴮⒁恍┲匾男畔⑹÷缘簟Ｒ驗(yàn)楦邔咏ㄖ趯?shí)際施工中，都是嚴(yán)格按照高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的圖紙來進(jìn)行實(shí)行的，一旦圖紙中出現(xiàn)不清楚或者不明確的數(shù)據(jù)信息，這對高層建筑的整個施工都會產(chǎn)生重大的影響。此外，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，要秉承嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，認(rèn)真對待設(shè)計(jì)工作，切忌馬虎大意，對于已經(jīng)完成的設(shè)計(jì)圖紙，也要反復(fù)檢查，確保設(shè)計(jì)出來的圖紙信息的準(zhǔn)確性。同時(shí)設(shè)計(jì)人員還要對圖紙中發(fā)現(xiàn)的問題或者丟失的數(shù)據(jù)，及時(shí)的修改或者彌補(bǔ)，以確保建筑工程的施工質(zhì)量。
4.2加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)，適應(yīng)建筑的實(shí)際需求
高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度取決于建筑材料的含鋼量。因此，在高層建筑設(shè)計(jì)過程中，如果采用低含鋼量的設(shè)計(jì)，會使得工程具有極大的安全隱患。所以建筑施工企業(yè)必須注意高層建筑的剛度設(shè)計(jì)，以保障高層建筑的工程質(zhì)量。當(dāng)然，建筑結(jié)構(gòu)的剛度會隨著不同的地質(zhì)情況而不同，比如在平原地區(qū)，地質(zhì)比較穩(wěn)定，那么高層建筑結(jié)構(gòu)對于剛度的要求就比較低，可以采用含鋼量稍微低一些的建材；而如果在山地丘陵地區(qū)，地質(zhì)情況復(fù)雜，那么就要對建筑結(jié)構(gòu)的剛度要求嚴(yán)格一些，采用含鋼量高的建材。綜上所述，建筑企業(yè)不能一成不變，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要因地制宜，不能僅考慮企業(yè)的利潤，更多的是需要和實(shí)際情況相結(jié)合，設(shè)計(jì)出最符合要求的建筑結(jié)構(gòu)剛度需求。
5結(jié)束語
高層建筑施工的基礎(chǔ)就是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，也正因如此，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量問題會對高層建筑的后期施工質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。同時(shí)隨著我國社會的不斷發(fā)展，人們對于建筑的需求也在朝多元化方向發(fā)展，也正是由于人們需求的變化，導(dǎo)致高層建筑設(shè)計(jì)的問題也日漸增多。因此，在目前激烈的競爭環(huán)境下，建筑企業(yè)要想長遠(yuǎn)的發(fā)展下去，就必須解決高層建筑結(jié)構(gòu)中的問題，提高建筑工程的施工質(zhì)量與水平。只有這樣，才能更好的為社會做貢獻(xiàn)，企業(yè)也才能更好地發(fā)展下去。
作者:張振新 單位:烏海市建設(shè)工程施工圖審查中心
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析，研究
中圖分類號：[TU208.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
1 引言
我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展加快了城市化進(jìn)程的腳步，同時(shí)帶動了建筑業(yè)的騰飛，建筑技術(shù)隨之也有了質(zhì)的飛躍。高層建筑的發(fā)展使有限的土地面積得到了最大化的使用，發(fā)展無限的空間，緩解了城市用地緊張和城市人口壓力，并且高層建筑一躍成為建筑發(fā)展的主流導(dǎo)向，儼然成為城市高度發(fā)展的標(biāo)志。高層建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)多、復(fù)雜難度大、施工困難、管理復(fù)雜、工序繁多、建設(shè)周期長、質(zhì)量難以保證等諸多的特殊性，給設(shè)計(jì)施工帶來了許多不便。高層建筑能夠做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件的一致，設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，能夠充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并保持經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，更好的解決構(gòu)造問題。高層建筑結(jié)構(gòu)總體系與各個分支體系設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理的原則、力學(xué)性質(zhì)以及工作原理、力學(xué)模型和功能等這些高層建筑概念設(shè)計(jì)的依據(jù)都需要在實(shí)踐中不斷的積累經(jīng)驗(yàn)。本文從高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，針對高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)問題，分析總結(jié)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，提出相對的控制措施，以期為相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供借鑒和參考。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
相比低層、多層建筑結(jié)構(gòu)，高層建筑結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)專業(yè)在各個專業(yè)中發(fā)揮著更為重要的作用，結(jié)構(gòu)體系的選擇直接關(guān)系到建筑的平面布置、樓層高度、施工技術(shù)、機(jī)電管道、施工工期、造價(jià)成本等，主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：
1）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素是水平載荷，其也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的決定因素，在低層和多層建筑結(jié)構(gòu)中，一般是以重力為代表的豎向載荷對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，雖然豎向載荷對結(jié)構(gòu)存在著重要的影響作用，但是水平載荷更為重要，之所以這樣認(rèn)為，是因?yàn)樗搅Ω邔咏ㄖY(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性的影響程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過豎向載荷對結(jié)構(gòu)的影響。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的豎向載荷包括建筑自重以及建筑樓面的使用載荷，它們在豎向構(gòu)件中作用的軸力和彎矩的大小與建筑高度的一次方成正比關(guān)系，而水平載荷對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，和由此在豎向構(gòu)件中產(chǎn)生的軸力，都與建筑高度的二次方成正比關(guān)系，因而，對于一定高度的建筑來說，豎向載荷是定值，而水平載荷主要是風(fēng)載荷和地震水平分力，它們的數(shù)值大小是動態(tài)的，具有不確定性，對著結(jié)構(gòu)動力學(xué)的不同隨之產(chǎn)生較大的變化，而隨著建筑高度的增加，較小的水平載荷也會產(chǎn)生較大的傾覆力矩和軸力，因此水平載荷是高層建筑安全性能的主要決定性因素之一。
2）建筑結(jié)構(gòu)中，軸向變形對結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在連續(xù)梁支座的安全和預(yù)測構(gòu)件的下料長度方面。在高層建筑結(jié)構(gòu)中，由于豎向載荷較大，柱中的撓度也較大，這樣直接影響了連續(xù)梁彎矩，導(dǎo)致中間支座附近的負(fù)彎矩減小，而連續(xù)梁跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩增大，威脅到連續(xù)梁的穩(wěn)定安全性能。同時(shí)較大的軸向變形也會對預(yù)測構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，因此要根據(jù)軸向變形的計(jì)算值來調(diào)整預(yù)測構(gòu)件的下料長度，避免出現(xiàn)安全隱患。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剪力值和側(cè)移也會受到軸向變形的影響，考慮到結(jié)構(gòu)構(gòu)件豎向變形，得到的結(jié)果安全度不夠。
3）與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)幾何變形相比，高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移也成為控制目標(biāo)，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中認(rèn)真重視的關(guān)鍵所在。隨著建筑高度的不斷增加，側(cè)向位移受水平荷載影響也越來越明顯，水平荷載越大，側(cè)向位移也就越大，對結(jié)構(gòu)的安全影響就越大。因此，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移要規(guī)定一個安全的容許范圍，設(shè)計(jì)計(jì)算要將其控制在此范圍之內(nèi)，減少其高層建筑結(jié)構(gòu)的安全影響。
4）結(jié)構(gòu)延性是建筑結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)非常重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，與低層建筑結(jié)構(gòu)相比，高層建筑結(jié)構(gòu)更具有柔韌性和延展性，建筑結(jié)構(gòu)的整體變形相對來說也會更大一些。在風(fēng)、地震等外力的水平作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)由處于彈性狀態(tài)，在作用力超過彈性極限的前提下，結(jié)構(gòu)就會進(jìn)入塑性變形階段，此時(shí)的變形無法恢復(fù)，如果作用力繼續(xù)加大，就會達(dá)到破壞階段，因此為保證結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍然具有較強(qiáng)的變形能力和持久性，避免出現(xiàn)倒塌，就要采取恰當(dāng)?shù)拇胧黾咏Y(jié)構(gòu)的延展性，避免結(jié)構(gòu)損壞。
5）有抗震設(shè)防要求的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在考慮豎向載荷、風(fēng)載荷等的條件下，還要滿足抗震設(shè)防的要求，保證結(jié)構(gòu)具備良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析研究
3.1結(jié)構(gòu)的高度
高層建筑結(jié)構(gòu)的總體高度受制于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，主要體現(xiàn)在抗震規(guī)范、高層混凝土技術(shù)規(guī)范中，對高度、超高等進(jìn)行了嚴(yán)格的劃分。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，之前的一些處理方法和措施都有一定的改變，并且隨著高度的增高，結(jié)構(gòu)安全影響因素也增多，若忽視這些問題，就會產(chǎn)生非常大的風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際工程中如果忽略這些問題，在施工圖的審查過程將受到限制，導(dǎo)致返工重新設(shè)計(jì)的現(xiàn)象出現(xiàn)，若進(jìn)行專家論證繼而會影響工期、造價(jià)等一連串的規(guī)劃設(shè)計(jì)施工，給項(xiàng)目造成很大的麻煩。當(dāng)建筑高度達(dá)到一定的程度時(shí)，結(jié)構(gòu)會發(fā)生質(zhì)的變化，如安全指標(biāo)、荷載、材料、力學(xué)模型選擇等。
3.2 結(jié)構(gòu)的體系
建筑結(jié)構(gòu)體系有很多種，目前主流的結(jié)構(gòu)形式主要有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。對結(jié)構(gòu)體系的選擇有直接影響的是結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層和加強(qiáng)層的設(shè)置，在結(jié)構(gòu)體系之間或者柱間距發(fā)生變化時(shí)，就需要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層，這時(shí)結(jié)構(gòu)的剛度突變會直接影響到相鄰的柱構(gòu)件的受力情況，剪力增大導(dǎo)致很難實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換層與體系連接處的強(qiáng)柱弱梁。因此，高層建筑在需要轉(zhuǎn)換層或者加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)體系的剛度要低，避免剛度出現(xiàn)太大變化，根據(jù)我國的建材市場產(chǎn)品性能和品種，可以適當(dāng)?shù)倪x擇鋼骨混結(jié)構(gòu)、鋼管混結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等。
3.3 結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)問題
重視建筑結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)是為了保證結(jié)構(gòu)的規(guī)則性、剪力墻和嵌固端的設(shè)置。采用平面規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)方便了設(shè)計(jì)施工，并且規(guī)范要求建筑物采用規(guī)則的方案，同時(shí)在平面規(guī)則性做了嚴(yán)格的限制，就是為了避免在后期的施工圖設(shè)計(jì)中造成不必要的麻煩。短肢剪力墻是設(shè)計(jì)中受到限制最多的，因此在設(shè)計(jì)中要避免出現(xiàn)短肢剪力墻，如無法避免，則要符合各種要求。嵌固端一般出現(xiàn)在地下室頂板、人防的頂板位置，它的設(shè)計(jì)也需要按照規(guī)范要求進(jìn)行，如抗震等級一致的要求、嵌固端上下層的剛度比值的選取、嵌固端和抗震縫的相對位置要求，如不滿足規(guī)范要求，則會對工程產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此也要重視嵌固端的設(shè)計(jì)。
3.4 結(jié)構(gòu)的抗震性能
高層建筑結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。當(dāng)受到地震作用時(shí)，會加劇結(jié)構(gòu)的破壞，繼而影響到鄰近建筑物的穩(wěn)定。在高層建筑中結(jié)構(gòu)抗震是設(shè)計(jì)中必不可少的環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中現(xiàn)象會影響結(jié)構(gòu)的安全性能，常出現(xiàn)在凹凸的拐角處，需要引起一定的重視，避免出現(xiàn)或者采取補(bǔ)救措施來減小這種應(yīng)力集中現(xiàn)象。高層建筑結(jié)構(gòu)在豎向還常出現(xiàn)剛度突變和薄弱層，因此在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)要注意防震縫的設(shè)置，同時(shí)它也是設(shè)計(jì)時(shí)容易忽視的問題。高層建筑結(jié)構(gòu)要嚴(yán)格按照抗震設(shè)防規(guī)范的要求進(jìn)行。
4 結(jié)束語
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隨著建筑的高度變化越發(fā)復(fù)雜，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要針對高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及主要安全影響因素進(jìn)行重點(diǎn)考慮，在嚴(yán)格遵守規(guī)范要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)體系的選擇、高度的控制，重視結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)問題，按照抗震的安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，提高高層建筑在設(shè)計(jì)上的質(zhì)量和安全性能。
參考文獻(xiàn)：
