關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵性問題的探討

彭寧

摘要：高層建筑對(duì)塑造城市的美麗形象具有突出貢獻(xiàn)，人們經(jīng)常把它與現(xiàn)代化的大都市緊密聯(lián)系在一起。如今，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，我國(guó)的建筑行業(yè)迎來(lái)了美好春天，高層建筑在現(xiàn)代建筑中越來(lái)越多。與此同時(shí)，高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面發(fā)生巨大的變化，是現(xiàn)代建筑建設(shè)的核心，但是我國(guó)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面仍然存在某些不足以及各種問題，因此研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題就具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；關(guān)鍵性問題

在一定程度上，高層建筑反映著城市的繁華和社會(huì)的進(jìn)步，由我國(guó)高層建筑的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，200米以上的高層建筑十分常見，使得高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題逐漸引起人們的重視。隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，高層建筑逐漸成為現(xiàn)代建筑的主角，人們?cè)诟邔咏ㄖO(shè)計(jì)方面需要作出巨大的思考和突破，研究高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在的問題，并將問題盡快解決是關(guān)鍵。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就變得尤為重要，因?yàn)槠渲苯佑绊懼邔咏ㄖ锏馁|(zhì)量與使用問題。

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

高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮建筑物能夠承受水平方向的荷載問題，這關(guān)系到建筑物能否抗擊地震以及暴風(fēng)等惡劣的自然環(huán)境對(duì)高層整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員又要考慮承受垂直方向的荷載問題。只有在水平和豎直方向兩個(gè)方面的相互協(xié)調(diào)，才能完成抗重力和抗側(cè)力工作。

2 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

2.1 體系的分類和選用原則

按照建筑高度、使用功能要求不同，以及建筑合理安全、可靠經(jīng)濟(jì)、防火防水的設(shè)計(jì)原則，將高層建筑結(jié)構(gòu)體系分為框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系等等。在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)以及全鋼結(jié)構(gòu)。在當(dāng)今社會(huì)，我國(guó)高層建筑主要運(yùn)用材料是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在選用高層建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)，人們不僅要考慮其安全和經(jīng)濟(jì)性問題，還要根據(jù)建筑的高度和施工環(huán)境來(lái)進(jìn)行選擇，與此同時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)還需要具有較強(qiáng)的承壓能力。

2.2 高層建筑材料的結(jié)構(gòu)分析

在當(dāng)今社會(huì)，我國(guó)在高層建筑設(shè)計(jì)建設(shè)中使用最為普遍和廣泛的材料是鋼筋混凝土材料，這是因?yàn)殇摻罨炷敛牧喜粌H能夠發(fā)揮自己的性能，而且結(jié)構(gòu)剛度大，耐久性較強(qiáng)，同時(shí)維護(hù)和保養(yǎng)過程中所需要的成本費(fèi)用比較低，可以有效地適應(yīng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此在建筑行業(yè)，鋼筋混凝土材料由于其良好的性能被廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。為更好地發(fā)揮鋼筋混凝土良好的性能，在選擇材料時(shí)要注意材質(zhì)問題。

2.3 高層建筑中結(jié)構(gòu)體系的選擇

（1）框架結(jié)構(gòu)體系。框架結(jié)構(gòu)是由橫縱兩個(gè)方向的梁柱組成，它既可以承受水平方向荷載，又可以承受垂直方向荷載。該結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是建筑立面處理比較方便，平面布置比較靈活，而且還具有比較大的建筑空間，在高層建筑中該結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用十分廣泛。但是框架結(jié)構(gòu)體系也存在一定的缺點(diǎn)和不足，比如說(shuō)橫向剛度比較小，當(dāng)建筑樓層層數(shù)超過某一值時(shí)就會(huì)發(fā)生側(cè)移，從而導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件受到損害和破壞而影響使用。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)體系。該體系是鋼筋混凝土構(gòu)成的承重體系，剪力墻經(jīng)常被稱作為抗震墻或抗風(fēng)墻。該墻的優(yōu)點(diǎn)是剛度大，整體結(jié)構(gòu)性良好，而且在水平方向的荷載作用下墻體不易產(chǎn)生變形，同時(shí)具有較強(qiáng)的承載力，沒有梁柱外露，房間整體看起來(lái)比較美觀。該結(jié)構(gòu)雖然在高層建筑應(yīng)用比較多，但是存在某些不足和缺點(diǎn)，比如說(shuō)剪力墻不可以被輕易地拆除和破壞，因而這對(duì)于形成較大的空間大大不利。

（3）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。毋庸置疑框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是將框架和剪力墻的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合為一體，在這種情況下高層建筑結(jié)構(gòu)不僅增強(qiáng)了其自身的抗震性能，而且還滿足了高層建筑布局的靈活性以及不同建筑功能的需求，但是剪力墻的大量存在也產(chǎn)生一些弊端，會(huì)影響建筑的經(jīng)濟(jì)性和使用性能，若減少剪力墻的使用，建筑物側(cè)墻的壓力會(huì)增大進(jìn)而出現(xiàn)變形現(xiàn)象。

3 高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)問題

3.1 高層建筑的超高問題

超高問題是目前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍存在的問題，我國(guó)對(duì)于高層建筑的抗震性能要求十分嚴(yán)格，這就對(duì)高層建筑的高度問題提出了新的規(guī)定和要求。在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，我們要防止由于結(jié)構(gòu)類型的改變而致使超高問題出現(xiàn)的情況發(fā)生，杜絕類似的問題出現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中要仔細(xì)認(rèn)真地設(shè)計(jì)和審核高層建筑設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，及早有效地解決在設(shè)計(jì)過程中存在的超高問題。

3.2 高層建筑的扭轉(zhuǎn)問題

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中三個(gè)比較核心的問題是幾何形心、剛度中心以及整體結(jié)構(gòu)的中心。而高層建筑扭轉(zhuǎn)問題的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)的時(shí)候能否將這三個(gè)核心進(jìn)行重合，如果未將其重合，造成建筑物在水平壓力下將出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問題。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要合理地對(duì)平面進(jìn)行布局，在一定程度上不但要避免，而且還要預(yù)防建筑物出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)問題，在高層建筑設(shè)計(jì)中要保證幾何中心、剛度中心以及整體結(jié)構(gòu)中心三個(gè)核心的重合。

3.3 嵌固端設(shè)置問題

在當(dāng)今高層建筑物中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)配置地下室，因而在地下室頂板的位置設(shè)置高層建筑的嵌固端。高層建筑嵌固端的使用對(duì)建筑基礎(chǔ)提出了一定的要求，即該基礎(chǔ)需要具有一定的埋置深度，這樣做的目的是既保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，又能對(duì)減弱地震帶來(lái)的強(qiáng)烈反應(yīng)，起到一定的緩沖作用。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑嵌固端設(shè)置時(shí)一定要保持認(rèn)真細(xì)致的工作態(tài)度，避免由于設(shè)置嵌固端而修改設(shè)計(jì)方案，在今后工作中造成不必要的麻煩。

3.4 受力性能問題

設(shè)計(jì)人員在準(zhǔn)備高層建筑物的設(shè)計(jì)方案時(shí)，一般對(duì)建筑的具體結(jié)構(gòu)特征很少考慮，考慮比較多的是高層建筑物的空間結(jié)構(gòu)問題，這樣導(dǎo)致高層建筑物的受力性能存在著某些問題和不足。因此設(shè)計(jì)人員進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要明確選用的結(jié)構(gòu)體系中向下作用力與地基承載力兩者之間的關(guān)系，而且在方案選擇階段時(shí)，還需要對(duì)主要承重部位的數(shù)量和布局進(jìn)行總體設(shè)計(jì)

3.5 高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題

在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)中，最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)就是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題，這是因?yàn)楦邔咏ㄖ锼艿降母鞣N各樣的荷載都需要通過基礎(chǔ)后再傳至到地基，即基礎(chǔ)起到一個(gè)“承上啟下”的作用。高層建筑的特點(diǎn)是層數(shù)較多，上部載荷較為集中并且較大，因此基礎(chǔ)必須埋置足夠的深度，其埋置深度必須要滿足于地基穩(wěn)定和變形的相關(guān)要求，這樣做才能提高建筑物的抗震性能，防止建筑物出現(xiàn)坍塌、傾斜的情況。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，建筑行業(yè)得到空前的發(fā)展和提高，隨之而來(lái)的高層建筑的數(shù)量越來(lái)越多，其高層建筑的安全問題已經(jīng)受到了大部分人的重視。然而高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與建筑本身的安全和質(zhì)量有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)系，為此，設(shè)計(jì)人員不但要明確高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而且還要在熟悉可能使用的結(jié)構(gòu)體系類型的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，比如選擇比較適合的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，從而避免超高問題的出現(xiàn)，與此同時(shí)，還要加強(qiáng)地震荷載的計(jì)算和重力載荷的計(jì)算，這樣不僅保持了結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，有提高了抗震性能，因而高層建筑的整體質(zhì)量得到了有效地提高。同時(shí)，在面對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)這一關(guān)鍵性問題時(shí)，相關(guān)研究人員要投入大量資金，加大對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，還要加強(qiáng)對(duì)專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)，從而促進(jìn)我國(guó)高層建筑行業(yè)向著又好又快的方向發(fā)展。

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（作者單位：上海三益建筑設(shè)計(jì)有限公司）