基于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

馬立得

【摘 要】本文簡要地闡述了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，從中針對高層建筑的結(jié)構(gòu)體系的進(jìn)行了研究，并對高層的建筑結(jié)構(gòu)制作步驟及安裝步驟，各個環(huán)節(jié)施工應(yīng)該注意的事項等進(jìn)行分析，以供大家參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；高層建筑；結(jié)構(gòu)分析；設(shè)計

引言

近年來，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人口的不斷增加，人們對高層建筑物的結(jié)構(gòu)體系研究已經(jīng)逐漸發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計水平逐漸提高，這使得高層建筑迅猛發(fā)展起來，并成為一個國家或者是城市的經(jīng)濟發(fā)展標(biāo)志，越來越多的高層建筑出現(xiàn)在人們的生活中，并且層數(shù)也越來越高，在某種程度上來講，建筑物的層數(shù)比拼已經(jīng)成了國家與國家的經(jīng)濟發(fā)展水平比拼。起初在高層建筑中，使用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但是事實證明鋼筋混凝土的自重較大，體積也比較大，使得高層的功能受到限制。但是隨著對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)避免了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點，提高了高層建筑的使用功能，這是高層建筑中的一次跨越。本文結(jié)合筆者的工作實踐，主要就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了論述。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

（1）重視建筑物結(jié)構(gòu)的水平荷載，防止地震力以及風(fēng)載對建筑物造成影響。高層建筑與高層建筑的自重以及樓面的荷載所引起的彎矩及軸力僅僅與建筑物總高度的一次方成正比。而建筑物的水平荷載所產(chǎn)生的力矩與軸力相對較大，與建筑物高度的二次方成正比；另外，對于一定高度的建筑來講豎直方向的荷載時一個固定值，而水平方向的荷載，由于受到地震以及風(fēng)荷載的作用，會隨著建筑物的結(jié)構(gòu)特征的不同而發(fā)生較大的變化，可見水平方向的荷載作用力在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性。

（2）重視建筑結(jié)構(gòu)的軸向變形。在高層建筑中，柱體會因為較大的豎向荷載而產(chǎn)生較大的軸向變形，此變形會嚴(yán)重影響到連續(xù)梁的彎矩大小，使得連續(xù)梁的中間支撐位置的負(fù)彎矩值變小，正彎矩值變大，兩端的支撐位置處的負(fù)彎矩值也隨之變大；建筑中預(yù)制的構(gòu)件長度要根據(jù)軸向的變形值進(jìn)行調(diào)整與制作，因此建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的軸向變形時，下料的長度會受到嚴(yán)重的影響；另外，建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生軸向變形時還會對建筑構(gòu)件的剪力以及側(cè)移值的大小造成影響，使其產(chǎn)生影響到建筑物整體安全的結(jié)果。

（3）失穩(wěn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要控制目標(biāo)。與多層建筑相比，高層建筑對側(cè)移的大小控制是尤為重要的，是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵之處。建筑物的高度越大，水平荷載作用下的結(jié)構(gòu)側(cè)移值會越來越大，對此進(jìn)行控制是尤為重要的，要將側(cè)移值控制在規(guī)定的安全范圍內(nèi)。

二、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建筑技術(shù)趨于成熟，數(shù)量也越來越多，為了便于建筑規(guī)范的執(zhí)行，將建筑物分為A級與B級的高層建筑。通常情況下，A級建筑物只要按照現(xiàn)行的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計即可，但是對B級建筑物在結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計時，要求要更嚴(yán)格，下面對常用的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行闡述。

（1）有框架結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)高度局限較大，在高烈度地區(qū)做到規(guī)范限值時，構(gòu)件的截面過大，影響使用且不經(jīng)濟，所以出現(xiàn)框架——剪力墻體系。框架剪力墻體系實現(xiàn)了多道設(shè)防的理念，在建筑物的高度上比框架有所提高，大大的提高了建筑的承載力、剛度和延性，也能滿足使用的需求。如辦公、車庫等公共建筑，在此結(jié)構(gòu)中，兩個體系所扮演的角色各不相同的但又不可分開，剪力墻起到承受水平方向剪力的作用，框架起到承受垂直方向的荷載作用。框架剪力墻體系所呈現(xiàn)的位移形式為彎剪型。在水平方向承受的作用力，剪力墻與框架通過剛度較強的樓板和連續(xù)梁組成到一起，形成相互合作的結(jié)構(gòu)體系。

（2）剪力墻體系。高層建筑物的受力結(jié)構(gòu)是由剪力墻結(jié)構(gòu)替代的，且全部由此替代為剪力墻體系。在此體系中，單片的剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)中承受了所有水平方面的作用力以及垂直方向的荷載作用力。由于剪力墻體系的結(jié)構(gòu)為剛性，因此位移時出現(xiàn)的曲線形式為彎曲型。剪力墻體系的優(yōu)點很多，具有較高的強度與剛度，延性良好，力的傳遞均勻，具有一定的整體性，此體系的建筑物坍塌現(xiàn)象少，被廣泛應(yīng)用在高層建筑中，能建高度較大，大于框架剪力墻體系以及剪力墻體系。

（3）全剪力墻結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)所承受的橫向荷載與豎向荷載都是剪力墻，沒有框架柱結(jié)構(gòu)。此建筑結(jié)構(gòu)適用于高層建筑中，并且選用此建筑結(jié)構(gòu)建筑的樓層可以比框架剪力墻結(jié)構(gòu)高。此結(jié)構(gòu)的缺點在于成本造價高，內(nèi)部的空間不可以進(jìn)行任意的分割。在實際的工程建筑中，設(shè)計者首先要對框架剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮，若此結(jié)構(gòu)無法滿足建筑的要求，則選擇全剪力墻結(jié)構(gòu)。

（4）避難層的設(shè)置。對于高層建筑以及高層建筑來講，避難層的設(shè)置是非常必要的，因為一旦高層建筑以及高層建筑發(fā)生火災(zāi)時可以進(jìn)行避難，因為避難層的空間大，通風(fēng)好。通常情況下，當(dāng)建筑物的高度達(dá)到一百米后，便要在建筑物內(nèi)進(jìn)行避難層的設(shè)置，以便于消防安全。避難層的設(shè)置位是有規(guī)定的，第一層與避難層的設(shè)置層數(shù)不能超過十五層；面積的設(shè)計要滿足人員的避難要求；要在避難層處設(shè)置消防電梯口；避難層要配備全套的消防設(shè)備等。

三、制作與安裝

（1）對測量工具以及鋼尺的量具進(jìn)行統(tǒng)一。對高層建筑以及高層建筑進(jìn)行施工時，所涉及到的環(huán)節(jié)較多，如土建、機械設(shè)備的安裝、鋼結(jié)構(gòu)等，對這些環(huán)節(jié)進(jìn)行施工時，所應(yīng)用到的測量工具以及鋼尺要進(jìn)行統(tǒng)一，要按照國家的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行量具的選擇，使得各類測量按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，提高建筑物的整體質(zhì)量。

（2）對軸線、地腳螺栓以及標(biāo)高進(jìn)行定位。對鋼柱的軸線進(jìn)行定位時，要根據(jù)施工的場地面積進(jìn)行選擇，對建筑物的內(nèi)、外部進(jìn)行軸線的控制。對工程高度為一百米的建筑要設(shè)置兩個控制樁，便于激光儀以及經(jīng)緯儀的位置設(shè)置，位置的選擇要堅持以可視與通視為原則。

對鋼柱的長度以及大小進(jìn)行設(shè)計時，要能夠滿足運輸與搬運，通常每節(jié)的層數(shù)設(shè)計在二層或者是三層，對每一節(jié)鋼柱進(jìn)行安裝時，要堅決避免使用下一節(jié)鋼柱的地位軸線，必須使用由地面引入高空的軸線，這樣可以確保安裝的準(zhǔn)確性，避免累計誤差的產(chǎn)生。

（3）框架梁的安裝與制作。高層建筑或者是高層建筑的框架梁鋼型式通常采用H型的，對鋼結(jié)構(gòu)與框架梁之間的連接使用剛性連接的形式，鋼柱是貫通的，因此要在框架梁的兩端進(jìn)行加勁肋的橫向設(shè)置。為確保框架梁與鋼柱安裝的質(zhì)量，使其節(jié)點處的延性良好，提高連接的可靠性，使得建筑物的高度精準(zhǔn)，在對建筑進(jìn)行施工時，應(yīng)該對框架梁的所在位置進(jìn)行懸臂梁的設(shè)置，對懸臂梁與鋼柱進(jìn)行連接時，焊接的剖口處要采用熔透焊縫，對腹板處采用的焊接形式為貼角焊縫。進(jìn)行制孔時，工藝分為模板制孔與多軸數(shù)控鉆孔兩種，模板制孔的精準(zhǔn)性較低，后者的制孔精準(zhǔn)度較高，因此在施工條件允許的情況下選擇后者進(jìn)行制孔。

四、樓蓋的設(shè)計

對于高層建筑以及高層建筑來講，對樓蓋的平面剛度要求是非常嚴(yán)格的，是確保鋼柱與其它豎向構(gòu)件保持協(xié)調(diào)變形的基礎(chǔ)。通常對樓板以及樓蓋進(jìn)行選擇時，采用現(xiàn)澆混凝土形式或者是壓型鋼板，厚度要在一百五十毫米以上。目前，在使用鋼承混凝土形式進(jìn)行樓板與樓蓋的設(shè)置時，忽略了其形式與梁柱的作用，因為其計算原理不清晰，計算繁瑣，從而按照平面形式進(jìn)行設(shè)計，從而使得計算出的值無法滿足建筑安全的需求，因此采取此形式時，必須對其進(jìn)行細(xì)致的計算。

結(jié)束語

綜上所述，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計尤為重要，直接關(guān)系著建筑物的質(zhì)量與使用功能，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要重視各個環(huán)節(jié)的設(shè)計，控制其質(zhì)量，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足建筑的整體要求。

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