呂毅

咸陽市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 陜西咸陽 712000

摘要：隨著當(dāng)前我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)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(shè)計(jì)、施工等許多環(huán)節(jié)都有著其獨(dú)特的特點(diǎn)。本文從建筑結(jié)構(gòu)選型、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)受力分析及抗震設(shè)計(jì)等方面闡述了高層與超高層建筑設(shè)計(jì)的若干問題，并提出了相應(yīng)的解決措施，以供廣大建筑施工設(shè)計(jì)人員參考。

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

1引言

城市化的大潮推動(dòng)了我國高層與超高層建筑行業(yè)的快速發(fā)展，也對(duì)高層建筑的性能與使用功能提出了越來越高的要求。當(dāng)前，國內(nèi)高層與超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍舊面臨著很多問題，本文針對(duì)這種情況著重闡述了其中的幾個(gè)問題，并提出了相應(yīng)的解決措施。

2高層與超高層建筑的結(jié)構(gòu)選型

在對(duì)高層與超高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)，需注意以下幾個(gè)問題：

2.1 選擇合理的結(jié)構(gòu)體系

在進(jìn)行高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使其應(yīng)力布置規(guī)則、簡單、對(duì)稱，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中和頸縮現(xiàn)象的產(chǎn)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(xiàn)扭轉(zhuǎn)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生不利影響。

2.2 設(shè)置高層建筑嵌固端的問題

因?yàn)楦邔优c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(shí)是設(shè)置在人防頂板上，有時(shí)也可能是布置在地下室的頂板上。所以，面對(duì)這個(gè)問題，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)人員常常會(huì)忽略了因?yàn)榍豆潭说牟贾盟鶐淼囊恍┬枰⒁獾膯栴}，比如當(dāng)對(duì)高層與超高層建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，以地下室的頂部為結(jié)構(gòu)上側(cè)的嵌固端時(shí)，地下室一層抗震等級(jí)的確定應(yīng)采用與上部結(jié)構(gòu)相同的抗震等級(jí)，而地下室一層以下結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的確定則可按照實(shí)際中的具體情況靈活選用三級(jí)或四級(jí)。

2.3高層建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)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(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)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(duì)于住宅的建筑布置有益，同時(shí)也能夠降低建筑結(jié)構(gòu)的自身重量，但是在超高層建筑結(jié)構(gòu)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(fā)區(qū)的使用經(jīng)驗(yàn)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(jié)構(gòu)。

3高層與超高層建筑的地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由于建筑結(jié)構(gòu)的地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程的好壞會(huì)對(duì)之后的設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生直接的影響，同時(shí)也由于地基和基礎(chǔ)是工程全部造價(jià)的核心所在，所以該階段的設(shè)計(jì)工作一直被廣大的結(jié)構(gòu)工程師所重視。如果在地基和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)問題，很可能會(huì)對(duì)后期的工程建設(shè)和使用造成無法估量的損失。

在進(jìn)行高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，要選用具有良好整體性的基礎(chǔ)，這樣就能夠較好的滿足建筑結(jié)構(gòu)容許形變和地基承載受力的要求，此外，整體性好的基礎(chǔ)還能夠起到對(duì)產(chǎn)生不均勻沉陷的基礎(chǔ)形式進(jìn)行調(diào)節(jié)的作用。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)注意地下室的設(shè)計(jì)以降低地基處的沉降量與附加應(yīng)力，這樣便能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)的上部整體穩(wěn)定性要求和天然土基關(guān)于承載力的要求。從而設(shè)計(jì)處安全可靠、合乎規(guī)范要求的建筑結(jié)構(gòu)。

4高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的分析與計(jì)算

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)完成后，怎樣高效準(zhǔn)確地對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算和分析并依照規(guī)范進(jìn)行處理，就成了決定高層建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)好壞的核心所在。這一階段通常的設(shè)計(jì)步驟如下：

1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件的選取。當(dāng)前在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域通常使用的軟件包括：ANSYS、METLAB、SATWE、TBSA以及SAP和ETABS等。因?yàn)楦鱾€(gè)軟件在計(jì)算模型的選用上有著很多不同之處，所以各軟件計(jì)算出的結(jié)果也或多或少的有一些出入。

2）振型的數(shù)量是否滿足要求。新規(guī)范中已經(jīng)加入了一個(gè)振型參與系數(shù)的概念，并且對(duì)這一參數(shù)的限值做出了較為明確的要求。

3）是否要對(duì)地震力進(jìn)行放大，是否需要考慮建筑結(jié)構(gòu)隔墻對(duì)自振周期所產(chǎn)生的影響。這部分所涉及的內(nèi)容其實(shí)在老規(guī)范和新規(guī)范中均有涉及，新規(guī)范相較于舊規(guī)范只是根據(jù)眾多的實(shí)測工程周期，較為明確的提出了各種不同的建筑結(jié)構(gòu)體系下高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)自振周期在計(jì)算時(shí)的衰減系數(shù)。

4）多塔樓高層建筑之間是否要分別計(jì)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(jìn)呈現(xiàn)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(duì)這類高層建筑進(jìn)行力學(xué)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師必須要注意一個(gè)問題，那便是要明確該建筑結(jié)構(gòu)是應(yīng)當(dāng)作一個(gè)整體結(jié)構(gòu)根據(jù)多塔類型進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，還是應(yīng)該把該建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行人為的分離，然后進(jìn)行分析和計(jì)算。

5高層與超高層建筑的抗震分析和設(shè)計(jì)

在遭遇罕見地震的情況下，抗震設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)會(huì)部分地進(jìn)入塑性的狀態(tài)。要想滿足破壞性地震作用下高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的功能化要求。很有計(jì)算與研究超高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑變形能力的必要。在開展這方面的工作時(shí)，設(shè)計(jì)和施工人員需要特別注意以下兩個(gè)方面：一是對(duì)于一些存在缺陷的構(gòu)件，要特別對(duì)其進(jìn)行加固或者將其換下，選用抗震性能更為優(yōu)良的建筑構(gòu)件；二是當(dāng)需要增加建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度和承受荷載的能力時(shí)，可以選擇增加截面面積或者加設(shè)套箍的方法，此外，還可以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將可能發(fā)生的地震荷載進(jìn)行最大限度的分散，進(jìn)而可以達(dá)到減輕破壞的目的。另外，在開展高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，還必須要注意地基承載能力、結(jié)構(gòu)體系剛度以及構(gòu)件形式等方面眾多問題的處理，以保證建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的合理性。

6結(jié)語

作為一項(xiàng)涉及到各方面因素與諸多問題的技術(shù)性工作，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有非常高的要求。建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)人員需要在準(zhǔn)確計(jì)算和分析的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求并與實(shí)際的工程環(huán)境和地質(zhì)條件相結(jié)合，選取技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。本文針對(duì)高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)所提出的若干相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題是在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)施工時(shí)經(jīng)常遇到的有代表性的問題。文章對(duì)這些問題作了簡要闡述，以供建筑結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)人員參考。

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