【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及社會(huì)的迅速發(fā)展，在當(dāng)今的城市建設(shè)過程當(dāng)中隨之出現(xiàn)了越來越多的高層建筑，并且在高層建筑的設(shè)計(jì)上也出現(xiàn)了許許多多的新變化和新發(fā)展，由此可見，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已逐漸成為了當(dāng)今高層建筑的核心內(nèi)容。所以，對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的相關(guān)問題進(jìn)行研究是十分有意義，也是非常重要的。本文簡要的分析了高層建筑的結(jié)構(gòu)特征，詳細(xì)的論述了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則，并且深入的探討了高層建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)問題，希望能夠?qū)ξ覈邔咏ㄖY(jié)構(gòu)今后的設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生積極的作用及影響。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；特征；原則；問題

1 前言

隨著社會(huì)及科技的迅速進(jìn)步和發(fā)展，高層建筑逐步走進(jìn)了人類的現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中。高層建筑作為一個(gè)復(fù)雜和龐大的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要最大限度的滿足包括抗風(fēng)與抗震在內(nèi)的諸多安全性能方面的需求，而且還應(yīng)當(dāng)切實(shí)的滿足高層建筑結(jié)構(gòu)的合理性以及科學(xué)性。

2 高層建筑的結(jié)構(gòu)特征

從總體上來看，高層建筑一方面要承受來自于外界風(fēng)力所產(chǎn)生的水平荷載，另一方面還要承受垂直荷載，除此之外還必須具有一定抵抗地震的能力。通常情況下，高層建筑的結(jié)構(gòu)不會(huì)受到較強(qiáng)的水平方向的影響，影響高層建筑的主要因素就是外界風(fēng)所產(chǎn)生的水平荷載和地震。隨著當(dāng)今房屋建筑高度的不斷加大，其位移的增加也變得越來越快速，然而，過大的高層建筑位移不僅會(huì)對人的舒適度造成影響，并且也會(huì)影響到高層建筑物的實(shí)際使用。所以，在對高層建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)首先將側(cè)移控制在規(guī)定范圍以內(nèi)，因此，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是抗側(cè)力結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則

3.1 合理的選擇基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同高層建筑不同的體制條件來選擇基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，全面的對高層建筑上部的荷載分布和結(jié)構(gòu)類型加以分析，充分的對各個(gè)影響相鄰建筑物和施工條件的因素進(jìn)行考慮，在考慮完全之后再對基礎(chǔ)方案進(jìn)行選擇。選擇基礎(chǔ)方案的時(shí)候應(yīng)當(dāng)盡可能的發(fā)揮出地基的潛力，必要時(shí)還應(yīng)當(dāng)檢驗(yàn)地基變形，同時(shí)制定出詳細(xì)和真實(shí)的地質(zhì)勘測報(bào)告，若有缺失則應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行實(shí)際勘察，同時(shí)參考相關(guān)建筑物資料。通常，結(jié)構(gòu)單元相同的建筑物結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)選取同一類型。

3.2 合理的選擇計(jì)算簡圖

在計(jì)算高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)以計(jì)算簡圖為其計(jì)算的基礎(chǔ)，若計(jì)算簡圖選擇不夠合理和科學(xué)，那么必將因結(jié)構(gòu)安全導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全的重要前提就是選擇合理的選擇計(jì)算簡圖，與此同時(shí)，應(yīng)當(dāng)選取與之相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)方法來選擇計(jì)算簡圖，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全，避免安全隱患的存在。在現(xiàn)實(shí)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，高層建筑的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)不僅僅是交接點(diǎn)或者鋼節(jié)點(diǎn)，確保將計(jì)算簡圖誤差規(guī)范在相應(yīng)的范圍之內(nèi)。

3.3 準(zhǔn)確分析計(jì)算結(jié)果

隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸的被應(yīng)用到了現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中。在市場上有著很多不同種類的計(jì)算軟件，所使用的計(jì)算軟件不同，那么所得出的計(jì)算結(jié)構(gòu)也會(huì)不盡相同，因此，設(shè)計(jì)工作者應(yīng)當(dāng)在全面的分析和認(rèn)識計(jì)算軟件的使用條件及使用范圍的基礎(chǔ)上，來對合適的計(jì)算軟件加以擇選，以保證計(jì)算的正確性。因?yàn)橛?jì)算機(jī)程序可能與高層建筑物的結(jié)構(gòu)狀況不相符，因此，在利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)時(shí)，很容易出現(xiàn)因計(jì)算軟件自身的缺陷或者人工輸入誤差而導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果有誤的問題。所以，在得出計(jì)算結(jié)果之后，應(yīng)當(dāng)合理的進(jìn)行判斷和校核，進(jìn)而將誤差消除或者減小到最小，得出準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

3.4 合理的選擇結(jié)構(gòu)方案

科學(xué)以及合理的高層建筑結(jié)構(gòu)方案應(yīng)當(dāng)切實(shí)的與經(jīng)濟(jì)性方面的要求相符合，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)滿足結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)形式方面的一系列需求，其中結(jié)構(gòu)體系的要求是傳力簡單與受力明確。在相同的高層建筑物結(jié)構(gòu)單元中，必須選擇同一類型的結(jié)構(gòu)體系，若所設(shè)計(jì)的高層建筑坐落于地震頻發(fā)區(qū)域，那么建筑物結(jié)構(gòu)的應(yīng)力就應(yīng)當(dāng)始終堅(jiān)持豎向和平面規(guī)則。在綜合分析了施工材料、施工條件、地理?xiàng)l件以及工程設(shè)計(jì)需求等諸多方面影響因素的前提下，并且與高層建筑包括電、暖、水等各專業(yè)之間的相互配合和相互協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，合理的選擇結(jié)構(gòu)，進(jìn)而將結(jié)構(gòu)方案確定出來。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問題的分析

4.1 受力性能方面的問題

通常在高層建筑設(shè)計(jì)的最初階段，設(shè)計(jì)人員考慮較多的就是建筑物的空間組成特點(diǎn)，而并非是確定高層建筑的具體結(jié)構(gòu)。高層建筑的地面對其空間形式的水平方向及豎向的穩(wěn)定有著十分重要的影響，由于高層建筑一般都是由重而大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件所構(gòu)成，所以，建筑物的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)把其自身的重量傳送到地面上，建筑物結(jié)構(gòu)的荷載通常是向下對底面產(chǎn)生作用的，而高層建筑設(shè)計(jì)的基本要求之一就是弄清地基承載力和向下作用力二者之間的關(guān)系，因此，在設(shè)計(jì)建筑物的方案時(shí)，就應(yīng)當(dāng)對主要承重墻以及承重柱的分布與數(shù)量進(jìn)行總體上的設(shè)想。

4.2 扭轉(zhuǎn)方面的問題

高層建筑物的三心包括結(jié)構(gòu)重心、剛度中心及幾何形心，在設(shè)計(jì)建筑物結(jié)構(gòu)時(shí)，必須保證三心合一，也就是將三心最大限度的匯合為一點(diǎn)。高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)方面的問題指的是在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，并沒有真正的確保三心合一，進(jìn)而在水平荷載的不良作用之下發(fā)生結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。為了能夠有效的防止高層建筑由于水平荷載的作用所導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)破壞，那么在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)就應(yīng)當(dāng)合理的選擇平面布局與結(jié)構(gòu)形式，從根本上保證三心合一。

4.3 振動(dòng)周期和側(cè)移方面的問題

高層建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期主要包括兩個(gè)方面：（1）將自振周期和場地特征周期盡可能的錯(cuò)開；（2）對結(jié)構(gòu)自振周期進(jìn)行合理的控制。

4.3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)的自振周期方面

通常其自振周期應(yīng)當(dāng)保持的范圍為：筒中筒、剪力墻結(jié)構(gòu)的自振周期在0.04N至0.10N之間；框筒、框剪結(jié)構(gòu)的自振周期在0.08N到0.12N之間；框架結(jié)構(gòu)的自振周期為0.1N到0.15N之間，其中N是結(jié)構(gòu)層數(shù)。高層建筑結(jié)構(gòu)的第二及第三周期應(yīng)當(dāng)保持的范圍為：第二周期在1/3到1/5的自振周期之間；第三周期在1/5到1/7自振周期之間。

4.3.2 共振問題

當(dāng)高層建筑所在地發(fā)生地震的時(shí)候，若高層建筑的場地特征周期接近于高層建筑的自身周期，那么很容易導(dǎo)致場地與建筑物的共振。所以，在設(shè)計(jì)建筑方案結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)當(dāng)預(yù)先對特征周期進(jìn)行估算，通過合理的選擇結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)類別，合理的對結(jié)構(gòu)層數(shù)進(jìn)行調(diào)整，擴(kuò)大特征周期和自振周期二者間的差別，防止產(chǎn)生共振問題。

除了以上諸多問題之外，在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，還必須重視單位面積重度、剪重比以及位移限制等問題，應(yīng)當(dāng)保證這些數(shù)值和指標(biāo)的合理性和正確性，從結(jié)構(gòu)的豎向、結(jié)構(gòu)體系的選擇及平面布置等各個(gè)方面進(jìn)行深入的思考，將層間位移和頂點(diǎn)位移并重對待，尤其要注意角點(diǎn)位移的大小與合理性，注意剪重比和單位面積厚度的實(shí)際值與高層建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況相契合。

5 結(jié)束語

近些年以來，我國高層建筑發(fā)展極為迅速，然而從高層建筑的實(shí)際設(shè)計(jì)質(zhì)量方面來講，其內(nèi)在的設(shè)計(jì)質(zhì)量是非常不理想的。因此，在高層建筑的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員不但應(yīng)當(dāng)對結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性提起高度的重視，與此同時(shí)還應(yīng)當(dāng)對結(jié)構(gòu)方案的實(shí)際狀況提起高度的重視，最終選擇出出合理科學(xué)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。除此之外，相關(guān)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)切實(shí)的根據(jù)自身所掌握的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識以及實(shí)際情況來處理高層建筑設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的諸多問題，以提高高層建筑的設(shè)計(jì)質(zhì)量，消除安全隱患，確保高層建筑物的使用安全、使用舒適及使用方便。

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