高層建筑結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的探討

關(guān)靜

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124010）

在高層建筑施工過程中，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在工程完成的是否完美上扮演者重要角色，下面我們通過對(duì)高層建筑的解讀來了解一些有關(guān)內(nèi)容。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)形式多元化

傳統(tǒng)意義上的高層建筑結(jié)構(gòu)形式包括剪立墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、異型柱結(jié)構(gòu)等，而伴隨著建筑功能的不斷改善，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式的日趨變化，促使傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式不斷變化更新。新的結(jié)構(gòu)形式在一定程度上彌補(bǔ)了普通框架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，因而受到設(shè)計(jì)師、開發(fā)商的認(rèn)可。

1.2 水平荷載起重要作用

現(xiàn)代高層由于其高度不斷增加，功能日漸增多，使樓頂對(duì)地基的重力荷載隨之增加，而樓房的自身承重和樓面的負(fù)載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎曲數(shù)值，只與樓身的高度的一次冪成正比；而水平承載在對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力及其在豎向構(gòu)件中引起的軸力，與樓身高度的二次冪成正比。由此可見，水平荷載在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的決定性作用。

1.3 側(cè)向作用是主導(dǎo)因素

高度的增加，功能的增多，高層的側(cè)向荷載對(duì)建筑物作用的效應(yīng)又不是簡(jiǎn)單的線性的關(guān)系，這與較低建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)向作用是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須控制好側(cè)向位移。

1.4 結(jié)構(gòu)延性不容忽視

有別與普通建筑，高層建筑結(jié)構(gòu)上的延展性更大一些，在地震等災(zāi)害的破壞作用下的變形性更大一些。為了使建筑結(jié)構(gòu)在遇到災(zāi)情變形后仍擁有較強(qiáng)的延性，避免傾塌，所以需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取適當(dāng)?shù)拇胧┐_保樓房自身具有足夠的延性。

1.5 軸向變形也很重要

高層建筑中豎向力的數(shù)值較大，能使柱中產(chǎn)生較大的軸向變形，繼而影響梁彎矩，這樣會(huì)使連續(xù)梁中間支座的承彎矩值降低，使建筑中柱與梁承受的壓力變小，所以軸向變形對(duì)高層建筑來說不可缺少。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的分析

2.1 高層建筑的轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)

現(xiàn)代社會(huì)高層功能的要求是多方面，例如：一棟建筑物的上中下各部功能并不相同，上部為居室或辦公，下部為大空間的商業(yè)房屋，此時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整。所以在結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)中必須設(shè)置轉(zhuǎn)換層來荷載上部框架結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)。對(duì)于轉(zhuǎn)換層支撐體系要做到：可靠與安全，方便與合理和功能全等要求。

2.2 高層建筑的選型設(shè)計(jì)

建筑工程的選型對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全及使用時(shí)間的長(zhǎng)短有著至關(guān)重要的作用，正確合理的選型設(shè)計(jì)是高層建筑順利竣工的核心之一。首先，選擇流線型設(shè)計(jì)，其型體系數(shù)相對(duì)較小，對(duì)樓房的抗風(fēng)作用大。其次，在結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計(jì)時(shí)，要保持平面形狀與剛度的平衡與勻稱，這有利于力學(xué)的均勻和結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)。

2.3 高層建筑的剪力墻設(shè)計(jì)

現(xiàn)代高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多為剪力墻和框架——剪力墻。剪力墻結(jié)構(gòu)由于承受豎向力和水平力的能力較大，所以剪力墻適用于建造更高、樓層更多的建筑。剪力墻的優(yōu)點(diǎn)是整體性能優(yōu)，側(cè)向成控好，水平作用下變動(dòng)不大，適用于居民住宅、小型宿舍等。其缺點(diǎn)是不利于大空間的房屋設(shè)計(jì)，并且結(jié)構(gòu)延性弱。

在高層建筑的剪力墻設(shè)計(jì)中，不容忽視的是底部加強(qiáng)，是為了承受任意方向的水平力或地震所帶來的沖擊力，所以大型的平面設(shè)計(jì)，在橫豎方向都應(yīng)該做剪力墻設(shè)置，對(duì)圓形平面來說，剪力墻應(yīng)按照徑向和環(huán)向做設(shè)置。對(duì)于地震帶或地震多發(fā)區(qū)的建筑來說，框架——剪力墻結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)具有兩道防線即剪力墻與框架，利于防震。但框架——剪力墻結(jié)構(gòu)也有缺點(diǎn)，由于要滿足功能的要求，剪力墻的設(shè)置位置往往要受到限制，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)剛心、質(zhì)心分離，產(chǎn)生偏心扭矩現(xiàn)象，與此同時(shí)，其側(cè)向剛度值偏小，房屋的建造高度將受到限制。

2.4 高層建筑結(jié)構(gòu)中參數(shù)的計(jì)算

伴隨著日新月異的計(jì)算機(jī)技術(shù)的改革與創(chuàng)新，計(jì)算機(jī)軟件頻繁的應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)中。但是，機(jī)器操作并不能代替人的工作，所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算過程中，要對(duì)計(jì)算和分析做出充分的認(rèn)識(shí)，準(zhǔn)確應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行深入透徹的研讀分析。結(jié)構(gòu)計(jì)算所包括的結(jié)果有：樓層地震剪立系數(shù)、樓層的側(cè)向剛度比、樓層彈性層間位移等等，設(shè)計(jì)者要依據(jù)工程整體要求，選擇合適的軟件進(jìn)行模擬創(chuàng)建，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)制定合理的結(jié)構(gòu)方案，計(jì)算出正確的抗震剪力系數(shù)和防裂度，正確選取參數(shù)值，對(duì)最終的施工起到了基礎(chǔ)性的作用。總而言之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要認(rèn)真的計(jì)算與分析各項(xiàng)參數(shù)是否合理，確保絕對(duì)可行才可實(shí)施。

2.5 高層建筑外部尺度的設(shè)計(jì)

高層建筑與城市環(huán)境在尺度上是統(tǒng)一的，須注重高層布置對(duì)城市輪廓線條的影響，因?yàn)樵诔鞘休喞凶饔米畲蟮氖墙ㄖ铮绕涫歉邔咏ㄖ铮砸⒁馄洳贾盟鶓?yīng)遵循的原則：第一，高層聚集于一處，形成城市的突出點(diǎn)，但其間不免相互干擾，為了避免其干擾，可采用相仿高度，彼此間距的方式來構(gòu)建。第二，高層建筑的頂部應(yīng)盡量避免類似或相同，這樣會(huì)是城市輪廓線的美感大打折扣。第三，同一高層建筑形象設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮建筑物的城市尺度，整體尺度，街道尺度等，在任意尺度的設(shè)計(jì)過程中要遵守尺度的統(tǒng)一性，使建筑成為和諧的統(tǒng)一體。

2.6 高層建筑的整體設(shè)計(jì)

高層建筑通常作為城市的代表和象征，它是衡量一個(gè)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的晴雨表，因此，高層設(shè)計(jì)選擇造型是關(guān)鍵，但由于其結(jié)構(gòu)形式的限制及使用功能的限制，設(shè)計(jì)上又不能有太多的變化，有的高層甚至不加修飾。高層建筑的主體是塔樓，塔樓的外在形式對(duì)高層建筑的造型起著關(guān)鍵性的作用，現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)外的許多高層建筑都有鮮明的外觀和易于辨認(rèn)的識(shí)別性，這對(duì)于一個(gè)城市來說，好的高層建筑是其名片，這也可以理解為高層建筑存在的原因之一。

3 高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

3.1 結(jié)構(gòu)的周期折減系數(shù)

在對(duì)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的周期分析中，易被忽視的是非結(jié)構(gòu)的砌體填充墻的影響。很明顯，非結(jié)構(gòu)性構(gòu)體的影響應(yīng)考慮到周期的折減系數(shù)范圍內(nèi)，同時(shí)不同形式的填充墻和不同的結(jié)構(gòu)類型也對(duì)周期折減系數(shù)的取值起了決定性作用。這應(yīng)考慮到。

3.2 振型數(shù)目的選擇

一般情況下，對(duì)于那些規(guī)則的高層，選擇其前三個(gè)陣型計(jì)算就足以符合計(jì)算要求，在分析時(shí)，要根據(jù)規(guī)范的要求對(duì)計(jì)算的結(jié)果做判斷。但對(duì)于不規(guī)則的高層來說，局部振動(dòng)的存在是必然的，這需要根據(jù)具體而實(shí)際的振動(dòng)來進(jìn)行選擇，確定陣型數(shù)目的取值。

3.3 明確多塔之間的藕聯(lián)計(jì)算

在設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)時(shí)，主塔與群塔的藕聯(lián)體系是一種非常常見的結(jié)構(gòu)形式，下面按其受力的特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。無論是將結(jié)構(gòu)看做整體還是人為的分開計(jì)算，都符合力學(xué)要求的基本規(guī)定。但一些設(shè)計(jì)師、工程師為計(jì)算的方便經(jīng)常分開計(jì)算，這樣當(dāng)多塔剛度相差較大時(shí)，兩者間就產(chǎn)生了“藕聯(lián)效應(yīng)”，此時(shí)，若忽略了就會(huì)在塔樓的計(jì)算中產(chǎn)生較大的誤差，繼而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中的安全隱患。

4 結(jié)束語

我國(guó)經(jīng)濟(jì)、政治、文化的發(fā)展速度今非昔比，科學(xué)與建筑也在飛速前進(jìn)，加之我國(guó)城市化進(jìn)程的步伐加快，在高舉合理開發(fā)利用土地資源的旗幟下，在住房緊張、土地緊缺的城市里，高層建筑應(yīng)運(yùn)而生，并將成為城市建筑的主體。以上是我個(gè)人對(duì)高層建筑的總結(jié)與概括。

[1]胡文湛.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì).江西建材，2006（1）.

[2]高益軍.淺析使用高層剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)注意的幾個(gè)問題.江西建筑，2008.34（1）.