導(dǎo)語(yǔ)：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力分析

1．1高層建筑結(jié)構(gòu)受力特征

高層建筑結(jié)構(gòu)在模型上一般可以假想為一個(gè)從地基出發(fā)并不斷上升的懸臂構(gòu)件。高層建筑主要承受水平作用效應(yīng)和豎向作用效應(yīng)，水平作用效應(yīng)一般指風(fēng)荷載，在抗震設(shè)防地區(qū)還包括水平地震作用。豎向作用效應(yīng)則一般由結(jié)構(gòu)自重荷載產(chǎn)生，在抗震設(shè)防烈度為8、9度時(shí)的大跨度和長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)及9度時(shí)的高層建筑，還應(yīng)考慮豎向地震作用。在這些作用效應(yīng)下，結(jié)構(gòu)整體及主體構(gòu)件均需具有足夠的承載能力、剛度和延性，整體的設(shè)計(jì)注重概念，應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定中對(duì)于建筑形體的規(guī)則性要求，包括平面布置的規(guī)則性及豎向布置的規(guī)則性。結(jié)構(gòu)在抵抗彎曲方面來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)體系務(wù)必滿足:不能使建筑物產(chǎn)生傾覆;在承受荷載時(shí)，它的支撐體系的某些部位不應(yīng)被壓屈、壓碎或者直接被拉伸破壞;同時(shí)彎曲側(cè)移不能超出彈性極限的范圍。而結(jié)構(gòu)在抵抗剪力方面來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)體系務(wù)必滿足:建筑物不至于發(fā)生剪切破壞;同時(shí)結(jié)構(gòu)的整體剪切側(cè)移不能超過(guò)彈性極限的范圍。最后對(duì)于結(jié)構(gòu)的地基和基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)，由于高層建筑一般是高次不靜定結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)體系在支承點(diǎn)處應(yīng)避免較大的不均勻變形，從而可以防止出現(xiàn)較大的二次內(nèi)力。

1．2高層建筑結(jié)構(gòu)的傳力路線

高層建筑的豎向平面結(jié)構(gòu)和水平平面結(jié)構(gòu)都必須有明確的傳力路線。以某個(gè)作用在樓面上的重力荷載為例，它要通過(guò)樓蓋構(gòu)件的彎曲傳遞給豎向結(jié)構(gòu)的某個(gè)構(gòu)件，直到建筑物的基礎(chǔ)和地基。傳力路線的模式根據(jù)結(jié)構(gòu)的類別和布置而異。高層建筑的底層往往只允許有少量的立柱，以便有足夠的空間可以設(shè)置寬敞的入口、前廳或廣場(chǎng)。這時(shí)，有較密柱間距的上層結(jié)構(gòu)的重力荷載，就要通過(guò)另一種結(jié)構(gòu)體系傳給底層立柱以及底層立柱基礎(chǔ)。當(dāng)高層建筑的樓層平面有突變時(shí)(如樓層有收進(jìn)，或由矩形平面變成其他形狀的平面時(shí))，或結(jié)構(gòu)體系有變化時(shí)，它們的傳力路線也會(huì)發(fā)生改變，這時(shí)往往既要有豎向的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，也要有水平方向的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。在高層建筑結(jié)構(gòu)傳力路線中還有一個(gè)區(qū)別于底層建筑結(jié)構(gòu)的特殊問(wèn)題，那就是高層建筑的每個(gè)立柱都承受著上層傳來(lái)的重力荷載，要考慮它們各自在施工和使用過(guò)程中豎向壓縮量的差異。這既要在設(shè)計(jì)中加以考慮，也要在施工過(guò)程中及時(shí)加以調(diào)整，以保證各層樓面的水平度，減小因不同柱的壓縮量有過(guò)大差異而引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

2概念設(shè)計(jì)

2．1抗關(guān)于側(cè)力構(gòu)件合理布置規(guī)定

對(duì)于一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)單元，在設(shè)計(jì)上的通常做法是，一般會(huì)盡力避免設(shè)計(jì)出應(yīng)力集中的縮頸和凹角部位;而且盡量不要在這些部位設(shè)置樓、電梯間。整個(gè)結(jié)構(gòu)外形也要避免外挑，尺寸內(nèi)收也不宜過(guò)急，避免在結(jié)構(gòu)上形成薄弱部位。最大限度地防止因局部結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞，而出現(xiàn)全部結(jié)構(gòu)失去承載力的情況。

2．2關(guān)于高寬比的規(guī)定

高寬比的規(guī)定是對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度、整體穩(wěn)定、抗傾覆能力、承載能力以及經(jīng)濟(jì)合理性的綜合考慮，是長(zhǎng)期工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際工程來(lái)看，這一限值是比較經(jīng)濟(jì)合理與實(shí)用。但隨著目前高層建筑的快速發(fā)展，設(shè)計(jì)師們發(fā)現(xiàn)其實(shí)高寬比并不是必須要滿足的。實(shí)際工程已有一些超過(guò)高寬比限制的例子(如深圳京基100大廈高441．8m，共100層，高寬比為9．5，天津117大廈，高597m，共117層，高寬比為9．7)，當(dāng)然高寬比超過(guò)限值時(shí)，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更加準(zhǔn)確的受力分析，并施加可靠的構(gòu)造措施。

2．3短肢剪力墻的設(shè)置問(wèn)題

在新的規(guī)范中，將墻肢截面高度與厚度比為5－8的剪力墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制。比如在剪力墻設(shè)計(jì)等級(jí)為四級(jí)，短肢剪力墻的配筋率要求是1%以上，而普通剪力墻則為0．2%。高厚比較小的構(gòu)件的脆性破壞較大，不利于抗震。所以，在具體的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里，設(shè)計(jì)師們應(yīng)該充分利用其它現(xiàn)有構(gòu)造形式來(lái)代替短肢剪力墻，減少不必要的麻煩。

2．4嵌固端的設(shè)置問(wèn)題

在結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的選擇上，如何準(zhǔn)確地確定嵌固端位置是一個(gè)十分關(guān)鍵的問(wèn)題，這直接關(guān)系到實(shí)際的受力狀態(tài)與選擇的計(jì)算模型是否符合以及內(nèi)力等相應(yīng)計(jì)算結(jié)果是否無(wú)誤。因?yàn)楝F(xiàn)在高層結(jié)構(gòu)通常會(huì)設(shè)有一層或者是二層的地下室(可以當(dāng)作人防工程來(lái)使用)，而嵌固端的選擇，可以結(jié)合各層的剛度變化，再根據(jù)它的實(shí)際布置狀況，可以選擇在一層頂板的位置，也可以是二層頂板的位置，同時(shí)在地下室其他樓層等部位也是有很大可能的。但是在這個(gè)問(wèn)題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師們往往會(huì)忽略了一系列需要注意的問(wèn)題，例如嵌固端的設(shè)置和剛度比的限制等問(wèn)題，忽視這些問(wèn)題將會(huì)對(duì)工程的質(zhì)量和后期數(shù)據(jù)的分析造成很大的隱患。

3地基與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在基礎(chǔ)的具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)地基復(fù)雜程度、建筑物規(guī)模和功能特征以及由于地基問(wèn)題可能造成建筑破壞或影響正常使用的程度來(lái)確定基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)。首先，地基計(jì)算應(yīng)滿足承載力計(jì)算的有關(guān)規(guī)定;其次，由于高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)均為甲級(jí)或乙級(jí)，因此均應(yīng)按地基變形設(shè)計(jì);若地下室存在上浮問(wèn)題時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。下面就高層建筑中不同的基礎(chǔ)類型分別闡述在設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)注意的事項(xiàng):在對(duì)箱基和筏基的梁板進(jìn)行配筋計(jì)算時(shí)，務(wù)必相應(yīng)地扣除底板上直接作用的梁板荷載和自重，當(dāng)出現(xiàn)箱筏的四邊區(qū)格和地基反力過(guò)大的情況，這時(shí)要對(duì)梁板進(jìn)行加強(qiáng)配筋;而在進(jìn)行箱基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮洞口上下的連梁的影響，驗(yàn)算其截面面積，若洞口的位置或者大小有變動(dòng)，要復(fù)核連梁的抗剪強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度;若是進(jìn)行整體箱基和筏基的設(shè)計(jì)，必須考慮樁土的因素，其共同工作會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成一定程度的影響。

4結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

4．1結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇

當(dāng)前比較常用的計(jì)算軟件一般包括:建科院PKPM其中的SAT-WE，MIDAS，ANYSYS，ETABS，SAP等。由于各個(gè)軟件使用的計(jì)算模型有一定區(qū)別，所以在各個(gè)軟件計(jì)算結(jié)果上就會(huì)有或大或小的差異。實(shí)際工程中，務(wù)必考慮結(jié)構(gòu)類型和計(jì)算模型的具體特點(diǎn)，在進(jìn)行整體分析時(shí)選擇最恰當(dāng)?shù)能浖?，并使用不同軟件進(jìn)行對(duì)比分析計(jì)算，從不同軟件計(jì)算的相差較大的結(jié)果中，選擇最接近工程實(shí)際情況的數(shù)據(jù)。若不能選擇合適的計(jì)算軟件，不但會(huì)消耗大量的時(shí)間和精力，更重要的是會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)埋下安全隱患，造成日后的工程問(wèn)題。所以為了保險(xiǎn)起見，通常在布置復(fù)雜的高層設(shè)計(jì)中，宜使用不少于兩種不同的模型來(lái)進(jìn)行內(nèi)力分析和計(jì)算。

4．2剪力墻底部加強(qiáng)部位墻厚的確定

在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻的底部加強(qiáng)部位一般采取增加邊緣構(gòu)件箍筋和墻體的布筋來(lái)防止地震荷載的影響，預(yù)防結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脆性破壞，從而能夠比較有效的改善結(jié)構(gòu)的抗震性能，在現(xiàn)行的規(guī)范中，明確指出剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的高度可以參考?jí)χ?/8和底部?jī)蓪佣咧械妮^大值;而部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)底部的取值，可考慮以上兩層的高度及墻肢總高度1/8中的較大值。一般情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的剪力墻截面厚度bw的取法按照以下規(guī)定，按照一、二級(jí)級(jí)抗震標(biāo)準(zhǔn)的情況，bw宜選擇剪力墻無(wú)支長(zhǎng)度的1/16或?qū)痈?按照三、四級(jí)抗震標(biāo)準(zhǔn)的情況，bw宜選擇剪力墻無(wú)支長(zhǎng)度的1/20或?qū)痈?。但在墻底受力較小且結(jié)構(gòu)層高相對(duì)較高的情況下，其厚度還按上述要求取值，就顯得很不經(jīng)濟(jì)。所以，根據(jù)具體的工程實(shí)踐，厚度可以適當(dāng)減小，而且必須按照下面的公式計(jì)算穩(wěn)定性。

5結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干問(wèn)題做了詳細(xì)的介紹和闡述，重點(diǎn)分析了結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)、地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)的計(jì)算與分析等方面的內(nèi)容。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮這三個(gè)方面的影響因素，不斷將各項(xiàng)工作落實(shí)到位，從而進(jìn)一步推動(dòng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷向前發(fā)展。

作者:葉宜成 單位:福建省南平市建筑設(shè)計(jì)研究院