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一、高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

高層建筑與其他各種建筑進(jìn)行比較，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該是處于第一位的。因?yàn)槠渌偷慕ㄖ叨榷伎刂圃谝欢ǖ姆秶ｋS著高度逐漸上升，考慮的方面也需要更加全面。不一樣的建筑對(duì)建筑布局、工期和造價(jià)等等多方面都會(huì)有不同的要求。接下來(lái)對(duì)其進(jìn)行探討。

（一）高層建筑的水平荷載成為設(shè)計(jì)重點(diǎn)

如今社會(huì)上的任何一座建筑，不管它的高度多高，都能同時(shí)承受重力所代表的豎向荷載和風(fēng)所產(chǎn)生的水平荷載，并具有抗震能力。在低層建筑或多層建筑中，由于高度相比來(lái)說(shuō)較低，豎向荷載是需要著重考慮的。荷載在水平方向的內(nèi)力相對(duì)位移較小，沒(méi)有對(duì)整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成太大影響。通常建筑設(shè)計(jì)只要滿(mǎn)足垂直方向的荷載的需求，建筑的安全也就沒(méi)有什么問(wèn)題。拿高層建筑來(lái)說(shuō)，雖然豎向荷載的影響較小，但是隨著海拔高度不斷上升，水平荷載占有的優(yōu)勢(shì)則愈加凸顯，也就說(shuō)所占據(jù)的比例越多。整個(gè)建筑物的承受重力以及垂直結(jié)構(gòu)在主體或構(gòu)件上的各個(gè)樓面所使用的荷載所產(chǎn)生的軸向力和扭矩，與整個(gè)建筑物的高度成正比，水平面上的荷載對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的橫向傾覆效應(yīng)和垂直豎向結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的軸力和扭矩對(duì)整個(gè)高層建筑物的高度平方成正比。另一方面，水平風(fēng)力所造成的荷載和地震運(yùn)動(dòng)所造成的荷載也可能伴隨著結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性而發(fā)生相對(duì)較大的改變。

（二）軸向變形

軸向變形表現(xiàn)出了除去高層和多層等建筑外，低層和多級(jí)建筑的主體結(jié)構(gòu)僅僅是用去考慮彎矩值這一項(xiàng)的數(shù)值，因?yàn)橹黧w軸力的大小對(duì)整個(gè)建筑沒(méi)有過(guò)多的影響，不用多加考慮。此外，剪切項(xiàng)的取值更小，也都不予以計(jì)入。然而，高層建筑與它們并不是完全相同，因?yàn)檩S力值會(huì)隨著樓高的升高而急劇上升，軸力的變形隨著建筑高度的升高變化越來(lái)越大，而且軸力值的改變對(duì)內(nèi)力值和分布也有著很大的改變。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)體系和框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系的高層建筑，結(jié)構(gòu)框架里得中柱的軸壓通常是最大的，大于邊柱的軸壓力，而且中柱的軸壓變形和軸壓應(yīng)力也會(huì)大于邊柱的各種數(shù)據(jù)。當(dāng)建筑物高度持續(xù)上升，軸向變形間隙將逐漸增大，連續(xù)梁中間支座的下降，使它中間支座處的負(fù)彎矩得到減少，端部支座負(fù)彎矩和跨中正彎矩得到增加。

（三）側(cè)向位移

高層建筑相比于其他建筑來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵控制指標(biāo)是結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。伴隨著建筑高度的逐漸升高，水平方向產(chǎn)生的力引起的建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向變形程度也迅速加深。而且，高層建筑總體積的不斷擴(kuò)大，建筑材料的選材也就更加的嚴(yán)格，要求也越來(lái)越高。對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，不光只在意建筑的強(qiáng)度，還要考慮水平風(fēng)所帶來(lái)的荷載；而且，還要滿(mǎn)足推力剛度，保證結(jié)構(gòu)在水平力作用下產(chǎn)生的側(cè)向位移能很好地控制在一定范圍內(nèi)，以保證人們能夠正常生活和工作。

（四）抗震設(shè)計(jì)

抗震設(shè)防在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)常設(shè)。要考慮使用時(shí)的豎向荷載，還需要有良好的抗震能力，做好居民人身安全以及建筑穩(wěn)定性。

二、減震和隔震措施

減震隔震是高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重中之重，這些直接影響著高層建筑的安全可靠性。“減震措施”是意思是指借助建筑物的非預(yù)期部位增加阻尼，從而在地震傳遞過(guò)程中逐漸消耗地震能量，從而避免地震對(duì)高層建筑的危害，確保高層建筑可以安全運(yùn)行，保障安全。在設(shè)置減震消能構(gòu)件時(shí)，往往選擇變形較大的部位。這樣才可以確保減震措施最大限度地發(fā)揮效率，從而保證高層建筑的可靠性與安全性。同時(shí)，在高層建筑施工完成之前就要做好減震措施應(yīng)用，并且應(yīng)有效利用建筑的外部環(huán)境，進(jìn)行環(huán)境優(yōu)化等方面，從而有效地增加高層建筑主軸方向的阻尼和剛度，這樣可以大大提高地震能量的折減效果。另外，隔離措施在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有多種特點(diǎn)，如基礎(chǔ)隔震和特殊材料的基礎(chǔ)隔震，這是一些常見(jiàn)的隔離措施。其中，采用特殊材料的基礎(chǔ)隔震措施主要采用粘土、砂和瀝青特種材料實(shí)現(xiàn)高層建筑的基礎(chǔ)隔震，這些措施在高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用于。

三、高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

（一）上部結(jié)構(gòu)剛度

大部分情況，如果地基有一定的形狀上的改變，上部結(jié)構(gòu)的剛度對(duì)于基礎(chǔ)受力情況也會(huì)有所影響。簡(jiǎn)單的說(shuō)，當(dāng)?shù)鼗呀?jīng)開(kāi)始變化了的話(huà)，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)仍然保持絕對(duì)剛性的條件時(shí)候，每個(gè)豎向結(jié)構(gòu)件將有機(jī)會(huì)出現(xiàn)均勻地傾斜或者下沉?；A(chǔ)梁的橫斷面和不動(dòng)鉸鏈支座在對(duì)于構(gòu)件的端部而言忽視了抵抗轉(zhuǎn)移的能力時(shí)，它們可以用一個(gè)豎向的構(gòu)件支座來(lái)充當(dāng)，即基礎(chǔ)梁和倒立式連續(xù)梁類(lèi)似，外部的荷載則由基座分布的反力來(lái)承擔(dān)。通常上部結(jié)構(gòu)剛度會(huì)出現(xiàn)一個(gè)局部的彎曲，但是不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)整體的彎曲。而且相反來(lái)說(shuō)，如果上部柔度太大，則沒(méi)有必要影響到基礎(chǔ)的柔韌性和變形。因此，如果一個(gè)建筑物的基本梁在某種程度上已經(jīng)發(fā)生了彎曲，則這個(gè)建筑物的整體就可能出現(xiàn)很大的彎曲。由此看來(lái)，兩種場(chǎng)合都已經(jīng)表明，基礎(chǔ)橋梁中外力的大小與其分布方式都會(huì)存在較大的差別。但是，在實(shí)際施工中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用狀況將始終介于這二者之間?？紤]到一個(gè)整體的剛度也并不輕松，剛度的設(shè)計(jì)與分析僅僅是借助于一個(gè)軟件來(lái)實(shí)施。在任何荷載、基礎(chǔ)和其他基礎(chǔ)工程條件下都保持一定的穩(wěn)態(tài)性，上部結(jié)構(gòu)的剛度會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)的內(nèi)力和相對(duì)撓度下降，上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力會(huì)因?yàn)槠涠龃?。因此，次?yīng)力本身雖然是不能被忽視的，但它們雖然可以降低地基的內(nèi)力，但并沒(méi)有直接對(duì)上部建筑物的剛度產(chǎn)生影響。

（二）基礎(chǔ)剛度的影響

為了盡量減少上部剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，基礎(chǔ)應(yīng)該是絕對(duì)柔性的，才能完全忽略剛度。荷載q(x，y)方向與其相反且作用力分布 p(x，y)方向相反且作用力等于。在均勻負(fù)重荷載的情況下，地基將采取盆形沉降方式開(kāi)始下沉;要使地基能夠均勻進(jìn)行沉降，讓兩端荷載逐步減少到中間，呈現(xiàn)不均衡的狀態(tài)才是最佳方法。在確定地基的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是絕對(duì)剛性的前提下，地基能夠承受荷載和其他物體傳遞的“架越作用”，使得地基能夠均勻進(jìn)行沉降，相應(yīng)的作用力將會(huì)形成嚴(yán)重的分布。由于塑性體區(qū)最初是出現(xiàn)在一個(gè)邊緣區(qū)域，反作用力將其減小，轉(zhuǎn)移到中間，并逐步形成一個(gè)馬鞍狀的分布。通過(guò)研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可以得出土體基礎(chǔ)反應(yīng)的大小與變形特征、荷載大小及其分布位置、地基的埋深以及土的種類(lèi)有所關(guān)系。

（三）地基條件對(duì)基礎(chǔ)受力狀況的影響

地基土的分布和壓縮性會(huì)對(duì)地基的應(yīng)力會(huì)有相應(yīng)的影響。當(dāng)?shù)鼗磷陨韷嚎s性相對(duì)比較小的售后，它上部的穩(wěn)定能力比較好，但在實(shí)際的時(shí)候，地基土的壓縮性并沒(méi)有預(yù)想中的那么小，壓縮性不均勻分布，所以地基彎矩有著很大的差別。地基與基礎(chǔ)界面之間的摩擦是時(shí)刻發(fā)生的，但出土的抗剪強(qiáng)度通常比這種摩擦大。還有，孔隙水壓力會(huì)影響摩擦力的分布和大小，因此在計(jì)算界面摩擦力時(shí)需要綜合考慮，并要嚴(yán)密計(jì)算 。

四、影響高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的因素

（一）地質(zhì)條件

影響結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要因素是地質(zhì)條件。地基設(shè)計(jì)承載力中，地質(zhì)條件是最為重要的。在地質(zhì)條件下，地基承載層和穿過(guò)土層的樁基是最要關(guān)注的，因?yàn)樗鼈儗?duì)結(jié)果的影響很大。設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行多加考慮。地基承載層與相連接的土層承擔(dān)高層建筑的主要荷載。所以，在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮承土層的特性、承載力等方面。另外，對(duì)于樁基穿越土層的情況，在地基設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮地下水在地下的分布特性；在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要時(shí)刻保證科學(xué)與合理性。

（二）施工環(huán)境

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也受施工環(huán)境影響。施工環(huán)境會(huì)受到幾個(gè)方面影響，一個(gè)是自然方面，第二個(gè)是人工方面。自然方面，環(huán)境溫度和地震等級(jí)需著重考慮，因?yàn)殇摻罨炷猎诮ㄖ矫媸亲鳛樽罨镜脑?。溫度?yīng)適當(dāng)，施工的質(zhì)量跟溫度也有直接的關(guān)系，過(guò)高過(guò)低都有影響。人工方面，有以下影響因素：施工過(guò)程對(duì)地基的處理不當(dāng)；當(dāng)樁基礎(chǔ)埋入土壤后，會(huì)對(duì)周?chē)翆佑胁焕绊憽Ｒ虼?，?yīng)綜合考慮施工環(huán)境問(wèn)題，科學(xué)合理的安排。

五、存在的問(wèn)題

由于高層建筑的基本設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)中最為核心的內(nèi)容，所以我們應(yīng)該在此問(wèn)題中著重進(jìn)行處理。與其他建筑相互做下比較，高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)所需要承受的不僅是上部建筑豎向壓應(yīng)力，同時(shí)也需要承受在水平面方向上的位移和傾覆壓應(yīng)力。對(duì)于高層建筑物所有這些需要是否可以通過(guò)提高建筑物地基的埋深來(lái)得到成果。對(duì)于深埋的這個(gè)方面，我國(guó)法規(guī)中有著嚴(yán)格明文規(guī)定。在進(jìn)行建筑物主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，企業(yè)應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。

六、對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的建議

對(duì)高層建筑主體結(jié)構(gòu)地基進(jìn)行設(shè)計(jì)，我們?cè)趯?duì)高層建筑主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)候，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)則被認(rèn)為是整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的部分之一，在具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該是依靠一個(gè)整體的建筑去對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且應(yīng)該是充分考慮到地基的結(jié)構(gòu)和上部之間的相互影響，通過(guò)不同的假設(shè)綜合考慮，得到了地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中相關(guān)影響因素，接下來(lái)采用科學(xué)合理的有效措施，這也讓高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)一步得到了提高，整個(gè)設(shè)計(jì)工程過(guò)程中的誤差從多方面上得到降低，增加了建筑的主體性的提升。在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的具體實(shí)施過(guò)程中，基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和彈性的設(shè)計(jì)需要更好地全面的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的柔韌性和剛度也要格外注意，從而減少沉降，提高高層建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和可靠性。這樣可以獲得更好的設(shè)計(jì)效果。

七、結(jié)束語(yǔ)

我們?cè)谶M(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性事關(guān)重要，這也就是如何保證高層建筑工程質(zhì)量的重點(diǎn)。因此，努力提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者的技術(shù)水平和整體實(shí)力迫在眉睫，使其能夠有效地充分利用上部結(jié)構(gòu)的剛度與地基條件，選擇合理的建筑工程基礎(chǔ)形態(tài)，并與工程實(shí)施中的各方緊密配合，使行業(yè)健康發(fā)展，保障居民的人身安全。