段黎明（大同市建筑設計研究院　山西大同　037009）

高層建筑結(jié)構(gòu)設計的現(xiàn)狀及對策分析

段黎明
（大同市建筑設計研究院山西大同037009）

高層建筑與一般建筑不同，考慮到安全性、穩(wěn)定性以及牢固度等各個方面的因素，所以對結(jié)構(gòu)設計要求很高。本文分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設計的現(xiàn)狀，并針對這些問題提出相應的對策。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設計；對策

1　前言

近20年來，城市建設步伐的加快、經(jīng)濟的崛起，使我國的高層建設發(fā)展取得了舉世矚目的成績，出現(xiàn)了金茂大廈、深圳平安國際金融中心等超高層建筑。這對高層建筑的結(jié)構(gòu)設計來說是一個更大的挑戰(zhàn)。文中主要介紹了我國高層建筑結(jié)構(gòu)設計的現(xiàn)狀，并針對一些問題提出了相應的對策。

2　高層建筑結(jié)構(gòu)設計的現(xiàn)狀

高層建筑有利于節(jié)約用地，縮短開發(fā)周期，從而減少各方投資、加快城市建設，帶來較好的經(jīng)濟效益和社會效益。當建筑的高度超越一定程度的時候，它的建造在結(jié)構(gòu)設計、技術(shù)應用等都發(fā)生了質(zhì)的變化。同時，高層建筑在設計、技術(shù)上也有許多不同于一般建筑的問題需要加以考慮和解決，下面就我國高層建筑結(jié)構(gòu)設計的現(xiàn)狀，包括需要注意的幾個問題進行討論：

2.1高層建筑結(jié)構(gòu)設計的原則

目前，我國高層建筑結(jié)構(gòu)設計的原則主要包括四個方面：①結(jié)合實際情況，科學合理選擇基礎方案；②選擇恰當?shù)挠嬎愫唸D；③選擇合適的、高效的計算工具；④統(tǒng)籌各方面的可行性，選擇科學合理的設計方案。

2.2結(jié)構(gòu)體系

現(xiàn)在我國高層建筑結(jié)構(gòu)體系主要分為六大類，包括框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框—筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系，其中前三者較常應用于低于250m的一般高層建筑中，而后三者常見于超過250m的超高層建筑中。

2.3結(jié)構(gòu)材料

高層建筑所采用的材料可分鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)抗震性能較好，但造價高，而且防火性能差；混凝土結(jié)構(gòu)可塑性強，但也存在諸如質(zhì)量大、構(gòu)件尺寸大等缺點；鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)則是將鋼與混凝土組合在一起的結(jié)構(gòu)類型，可以充分發(fā)揮鋼與混凝土兩者的優(yōu)點，這使這種結(jié)構(gòu)應用相對較為廣泛。

2.4高層建筑結(jié)構(gòu)設計要點

控制好高層建筑的高寬比例，確保其穩(wěn)定性；注意考慮高層建筑在遇到風力和地震力時所產(chǎn)生的水平側(cè)向力；設計要使建筑體型、平面、立面的質(zhì)量和剛度保持勻稱，保證整體結(jié)構(gòu)沒有薄弱環(huán)節(jié)；注意地震、風力、溫度變化和基礎沉降帶來的變形節(jié)點構(gòu)造；注意考慮周圍實際環(huán)境以及施工條件。

2.5高層建筑結(jié)構(gòu)設計常見問題

2.5.1扭轉(zhuǎn)問題

建筑結(jié)構(gòu)的剛度中心、幾何形心和結(jié)構(gòu)重心為建筑三心，在建筑結(jié)構(gòu)設計時，尤其是在高層建筑設計時，要盡量使建筑三心匯于一點，實現(xiàn)三心合一。如果沒有達到這個要求，三心發(fā)生扭曲，高層建筑由于其自身的特點，很可能會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的問題，在水平力的作用下，使高層建筑的結(jié)構(gòu)遭到破壞，影響建筑質(zhì)量。

2.5.2抗風結(jié)構(gòu)

由于高層建筑的高度原因，使得風在建筑表面的流動性和空氣動力效應很容易就發(fā)生改變，因此很可能會對高層建筑結(jié)構(gòu)中相對柔軟部分產(chǎn)生動力或者靜力形式的震動，這對于高層建筑的支撐結(jié)構(gòu)和裝飾結(jié)構(gòu)等都會產(chǎn)生較大的影響，所以在具體設計時要注意抗風結(jié)構(gòu)的設計。

2.5.3抗震結(jié)構(gòu)

在當今高層建筑結(jié)構(gòu)的設計中，抗震結(jié)構(gòu)一直都是一個的難點，往往由于各種各樣的原因，忽略對抗震結(jié)構(gòu)的科學設計。由于高層建筑結(jié)構(gòu)本身較為復雜，使設計人員在抗震性能計算時，常常不是很精確，導致抗震結(jié)構(gòu)設計存在缺陷，使高層建筑在地震中很容易遭受到強烈的破壞。

2.5.4高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的設置問題

現(xiàn)在有很多高層建筑都有人防地下工程或者地下室，這就需要在地下室或者人防工程的結(jié)構(gòu)頂板處設置嵌固端，但是由于對嵌固端設置缺乏足夠的重視，設計人員在進行結(jié)構(gòu)設計時，常常忽略其細節(jié)問題，使高層建筑后期，在嵌固端設置上進行大量修改，給建筑質(zhì)量帶來了重大隱患。

2.5.5短肢剪力墻設置問題

短肢剪力墻是墻肢的截面的高度和厚度比在5～8之間的墻，在高層建筑中，其設置應當要按照施工經(jīng)驗并結(jié)合實際實驗來進行，而且在其設置時往往有著眾多的限制因素，如某些墻肢僅有0.2m厚，而且在梁與墻的結(jié)合處，受鋼筋、暗柱以及端柱的影響，不但使設計的寬度難以實現(xiàn)，而且可能造成梁的強度不足。而在較短的墻肢上設置短肢剪力墻，很可能會由于墻肢與異形柱在受力性能上的接近，致使截面抗扭性能不高。

3　高層建筑結(jié)構(gòu)設計常見問題的對策分析

3.1合理平面布局

高層建筑結(jié)構(gòu)設計過程中，水平荷載對建筑的重大影響、扭轉(zhuǎn)問題的出現(xiàn)一般都是由于三心未合一，使建筑物質(zhì)量分布不均勻。為避免這種情況的發(fā)生，就要求設計人員對高層建筑的設計應當選用相對規(guī)則的簡單圖形，同時盡量避免使用L形、T形、十字形等平面圖形，避免建筑結(jié)構(gòu)突出部分過大，盡量確保結(jié)構(gòu)的對稱性。

3.2做好抗風結(jié)構(gòu)設計方案

針對高層建筑結(jié)構(gòu)抗風結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。①基礎優(yōu)化?；A牢固是抗風性能的保證。在基礎設計時可選用級配高級的砂石，在基礎持力層中加設抗拔錨桿；②增加耗能結(jié)構(gòu)設計。在高層建筑結(jié)構(gòu)設計時，對一些非承重構(gòu)件可利用耗能構(gòu)件來抵消風力對建筑的影響；③設計時要注意控制風力引起的水平結(jié)構(gòu)內(nèi)力與風力自身的疊加形成的更大的水平力，選用高性能混凝土進行施工，抗衡這種疊加力；四是提高結(jié)構(gòu)承載力和抗風力。首先對高層建筑結(jié)構(gòu)承載力、抗風力進行驗算，然后以此為基礎，制定出一個放大系數(shù)，進一步確保高層結(jié)構(gòu)的抗風性能。

4　總結(jié)

高層建筑結(jié)構(gòu)設計作為一項復雜的綜合性技術(shù)工作，對于高層建筑的發(fā)展有著基礎性的指導意義。隨著科技技術(shù)的不斷進步，高層建筑結(jié)構(gòu)設計也將會獲得更好的發(fā)展前景，要求也會越來越高。

[1]徐培福.復雜高層建筑結(jié)構(gòu)設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2]何俊旭.高層建筑結(jié)構(gòu)設計及結(jié)構(gòu)選型探討[J].價值工程，2010，2：214.

[3]陶忠，張耀春，韓林海，等.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型設計的初步探討[J].哈爾濱建筑大學學報，2000（33）1：20～25.

TU973

A

1673-0038（2015）51-0054-02

2015-12-1

段黎明（1980-），男，工程師。