高層與超高層建筑結構設計相關問題探究

呂毅

咸陽市規劃設計研究院 陜西咸陽 712000

摘要：隨著當前我國國民經濟的不斷發展與城市化大潮的興起，越來越多的高層與超高層建筑在我國各地如雨后春筍般的被修建起來。高層建筑與普通民用建筑相比，在設計、施工等許多環節都有著其獨特的特點。本文從建筑結構選型、基礎設計、結構受力分析及抗震設計等方面闡述了高層與超高層建筑設計的若干問題，并提出了相應的解決措施，以供廣大建筑施工設計人員參考。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；問題探究

1引言

城市化的大潮推動了我國高層與超高層建筑行業的快速發展，也對高層建筑的性能與使用功能提出了越來越高的要求。當前，國內高層與超高層建筑的結構設計仍舊面臨著很多問題，本文針對這種情況著重闡述了其中的幾個問題，并提出了相應的解決措施。

2高層與超高層建筑的結構選型

在對高層與超高層建筑進行結構選型時，需注意以下幾個問題：

2.1 選擇合理的結構體系

在進行高層與超高層建筑結構的設計時，應盡量使其應力布置規則、簡單、對稱，防止出現應力集中和頸縮現象的產生，要合理布置樓梯和電梯，不能在建筑的凹角處布置電梯間，以防止出現扭轉，對建筑結構受力產生不利影響。

2.2 設置高層建筑嵌固端的問題

因為高層與超高層建筑通常都有著兩層或超過兩層的人防和地下工程，其嵌固端有時是設置在人防頂板上，有時也可能是布置在地下室的頂板上。所以，面對這個問題，進行建筑結構設計的相關人員常常會忽略了因為嵌固端的布置所帶來的一些需要注意的問題，比如當對高層與超高層建筑進行抗震設計時，以地下室的頂部為結構上側的嵌固端時，地下室一層抗震等級的確定應采用與上部結構相同的抗震等級，而地下室一層以下結構抗震等級的確定則可按照實際中的具體情況靈活選用三級或四級。

2.3高層建筑結構中設置短肢剪力墻的問題

短肢剪力墻是近年來興起的一種剪力墻結構，其特點是墻肢截面的高度和厚度之比處在5～8之間。這種剪力墻雖然對于住宅的建筑布置有益，同時也能夠降低建筑結構的自身重量，但是在超高層建筑結構中，剪力墻肢不可以太短，這是由于短肢剪力墻其自身的防震性能比較差，在地震多發區的使用經驗也很少，出于安全方面的考慮，一般高層與超高層建筑不采用短肢的剪力墻結構。

3高層與超高層建筑的地基和基礎設計

由于建筑結構的地基和基礎設計過程的好壞會對之后的設計工作產生直接的影響，同時也由于地基和基礎是工程全部造價的核心所在，所以該階段的設計工作一直被廣大的結構工程師所重視。如果在地基和基礎的設計階段出現問題，很可能會對后期的工程建設和使用造成無法估量的損失。

在進行高層和超高層建筑結構的設計時，要選用具有良好整體性的基礎，這樣就能夠較好的滿足建筑結構容許形變和地基承載受力的要求，此外，整體性好的基礎還能夠起到對產生不均勻沉陷的基礎形式進行調節的作用。在高層建筑結構設計的過程中，應注意地下室的設計以降低地基處的沉降量與附加應力，這樣便能夠滿足建筑結構的上部整體穩定性要求和天然土基關于承載力的要求。從而設計處安全可靠、合乎規范要求的建筑結構。

4高層與超高層建筑結構的分析與計算

基礎設計完成后，怎樣高效準確地對建筑結構進行應力計算和分析并依照規范進行處理，就成了決定高層建筑結構工程設計好壞的核心所在。這一階段通常的設計步驟如下：

1）結構設計計算軟件的選取。當前在結構設計領域通常使用的軟件包括：ANSYS、METLAB、SATWE、TBSA以及SAP和ETABS等。因為各個軟件在計算模型的選用上有著很多不同之處，所以各軟件計算出的結果也或多或少的有一些出入。

2）振型的數量是否滿足要求。新規范中已經加入了一個振型參與系數的概念，并且對這一參數的限值做出了較為明確的要求。

3）是否要對地震力進行放大，是否需要考慮建筑結構隔墻對自振周期所產生的影響。這部分所涉及的內容其實在老規范和新規范中均有涉及，新規范相較于舊規范只是根據眾多的實測工程周期，較為明確的提出了各種不同的建筑結構體系下高層與超高層建筑結構自振周期在計算時的衰減系數。

4）多塔樓高層建筑之間是否要分別計算各不同地震周期之間的相互干擾。高層與超高層建筑隨著城市化的深入推進呈現出越來越多的樣式，大底盤、多塔樓的高層與超高層建筑便是其中之一。在對這類高層建筑進行力學分析和設計計算時，廣大結構設計工程師必須要注意一個問題，那便是要明確該建筑結構是應當作一個整體結構根據多塔類型進行設計計算，還是應該把該建筑結構進行人為的分離，然后進行分析和計算。

5高層與超高層建筑的抗震分析和設計

在遭遇罕見地震的情況下，抗震設計的建筑結構會部分地進入塑性的狀態。要想滿足破壞性地震作用下高層與超高層建筑結構的功能化要求。很有計算與研究超高層建筑結構彈塑變形能力的必要。在開展這方面的工作時，設計和施工人員需要特別注意以下兩個方面：一是對于一些存在缺陷的構件，要特別對其進行加固或者將其換下，選用抗震性能更為優良的建筑構件；二是當需要增加建筑結構的整體剛度和承受荷載的能力時，可以選擇增加截面面積或者加設套箍的方法，此外，還可以對建筑結構的各個部分進行適當的調整，將可能發生的地震荷載進行最大限度的分散，進而可以達到減輕破壞的目的。另外，在開展高層建筑結構的抗震設計時，還必須要注意地基承載能力、結構體系剛度以及構件形式等方面眾多問題的處理，以保證建筑結構抗震設計的合理性。

6結語

作為一項涉及到各方面因素與諸多問題的技術性工作，高層建筑的結構設計具有非常高的要求。建筑結構工程設計人員需要在準確計算和分析的基礎上，嚴格按照相關規范要求并與實際的工程環境和地質條件相結合，選取技術上可行，經濟上合理的建筑結構設計方案。本文針對高層與超高層建筑結構的技術特點所提出的若干相關結構設計問題是在進行高層建筑設計施工時經常遇到的有代表性的問題。文章對這些問題作了簡要闡述，以供建筑結構施工設計人員參考。

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