摘要：高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題是一個長期而復(fù)雜的過程，也是建筑師開展設(shè)計工作的重點與難點，其結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有很更重要的位置。本文將通過對高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的一系列問題提出相應(yīng)對策并對此做簡要分析。

　　關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;方案

　　Abstract: the problem of structure design of high-rise building is a long and complicated process, also is the architect in the key work of design and the difficulty, its structure in each major professional plays very more important position. This paper will be through the high-rise building structural design of a series of problems and put forward the corresponding countermeasures to make the brief analysis.

　　Keywords: high building; Structure design; scheme

　　中圖分類號：TU8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

　　我國改革開放以來綜合國力的不斷提高，建筑業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，已成為當(dāng)今社會的支柱產(chǎn)業(yè)之一。由于我國是人口大國，土地資源寶貴，所以要求高效的利用土地資源。高層建筑因為其有效的解決了土地高效利用問題，加之計算機(jī)技術(shù)在建筑中廣泛的利用，所以高層建筑在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)展迅速，數(shù)量與日劇增;作為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，必須充分了解高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點及其結(jié)構(gòu)體系，只有這樣才能使設(shè)計達(dá)到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量的基本原則。

　　1.高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題

　　1.1 地基方面。地基與基礎(chǔ)是整個建筑工程中的一個重要組成部分,它的質(zhì)量好壞關(guān)系到建筑物的安全、經(jīng)濟(jì)和正常使用,由于基礎(chǔ)工程在地下或水下進(jìn)行,施工難度較大,造價、工期和勞動消耗量在整個工程中所占的比重亦較大。如需人工處理或采用深基礎(chǔ),則其造價和工期所占的比例更大。由于地基基礎(chǔ)屬于隱蔽工程,一旦出現(xiàn)事故,處理不易,因而更應(yīng)慎重。在這方面經(jīng)常出現(xiàn)的問題大多數(shù)是：高層房屋建筑基礎(chǔ)設(shè)計由于設(shè)計周期短，設(shè)計人員對基礎(chǔ)設(shè)計沒有做到優(yōu)化設(shè)計，對基礎(chǔ)進(jìn)行多方案比較設(shè)計、測算，做到即安全又經(jīng)濟(jì)。

　　1.2 地下室設(shè)計方面。地下室工程涉及的專業(yè)極為復(fù)雜，在建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設(shè)備用房及管道、坑道、排水、通風(fēng)、采光等各專業(yè)的配合。對于具有大底盤地下室的高層建筑群體而言，塔樓部分一般在使用階段不會存在抗浮問題，但裙房及純地下室部分經(jīng)常會有抗浮不滿足要求的問題。而且由于實際地下室抗浮設(shè)計中往往只考慮正常使用極限狀態(tài)，對施工過程和洪水期重視不足，因而也會造成施工過程中由于抗浮不夠而出現(xiàn)局部破壞，加上地下室防水工程是一項系統(tǒng)性工程，涉及設(shè)計、施工、材料選擇等諸多方面因素，因此造成了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計難點繁多，一般來講概括起來為：一是結(jié)構(gòu)平面設(shè)計;二是抗震設(shè)計;三是地下室抗浮、抗?jié)B設(shè)計;四是外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計。

　　1.3 高層房屋建筑中柱、梁以及基礎(chǔ)的活荷載未按規(guī)范乘以折減系數(shù)方面。設(shè)計人員設(shè)計高層建筑時，在計算梁、柱和基礎(chǔ)的活荷載時未按照現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范活荷載乘折減系數(shù)計算其效應(yīng)組合。

　　1.4 房屋建筑高度、高寬比超過現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程限值方面。現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程給出的房屋最大適用高度和高寬比限值。按照現(xiàn)行抗震規(guī)范，高寬比雖然不是強制性條文，但是合理的高寬的影響，因為高寬比過大(尤其在高烈度地區(qū))將會影響建筑的位移比和剪力墻，柱，梁的配筋。一些高層建筑房屋高度超過最大適用高度規(guī)定限值，甚至個別建筑的高度和高寬比均超出規(guī)定限值。設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，對于房屋高度、高寬比和體型復(fù)雜程度超過現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的高層建筑，會按超限高層建筑進(jìn)行設(shè)計。同時，還有不容忽視的問題是高層建筑適用高度除與結(jié)構(gòu)體系類型及抗震設(shè)防烈度有關(guān)外，還與場地類別與結(jié)構(gòu)是否規(guī)則等因素有關(guān)，當(dāng)位于Ⅳ類場地或結(jié)構(gòu)平面與豎向布置不規(guī)則時，其最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低20%。

　　1.5結(jié)構(gòu)縫設(shè)置不合理，縫寬度不足方面。在實際設(shè)計過程中，對于超長建筑物而言，為減少溫度變化對結(jié)構(gòu)的不利影響，合理地設(shè)置伸縮縫是有必要的。有些設(shè)計人員用后澆帶代替伸縮縫，其實這種做法存在一定的問題。因為后澆帶僅能減少混凝土材料干縮的影響，不能解決溫度變化的影響。后澆帶處的混凝土封閉后，若結(jié)構(gòu)再受溫度變化的影響，后澆帶就不能再起任何作用了。

　　1.6 板承受線荷載時彎矩計算方面。在高層房屋建筑中，常常在樓板上布置一些非承重隔墻，在樓板設(shè)計中設(shè)計人員會錯把該部分的線荷載換算成等效的均布荷載后，進(jìn)行板的配筋計算。但有些設(shè)計人員錯誤地將隔墻的總荷載附以板的總面積。同時，板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌砌頂緊上部分的樓、屋面板，這樣會給上部的板增加了一個中間支承點，使其變?yōu)檫B續(xù)板，支承點上部出現(xiàn)了負(fù)彎矩，而在板的設(shè)計中又沒考慮該部分的影響，致使板頂出現(xiàn)裂縫(尤其是大跨度板)。

　　2.高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

　　高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計包括房屋工程結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計和房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計兩方面。其中房屋工程分部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。對以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計還包含選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容，并應(yīng)在滿足設(shè)計規(guī)范和使用要求前提下，結(jié)合具體工程實際情況，圍繞其綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。下面就對高層房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的對策做一闡述。

　　2.1 概念設(shè)計處理實際問題。事實上，概念設(shè)計所要處理的問題比較多，但我們可以肯定的是希望通過概念設(shè)計，高層房屋建筑結(jié)構(gòu)能在各種不同外部作用下不受破壞，或?qū)⑵茐某潭冉抵磷畹汀Ｒ虼耍�分析如何�?yīng)對高層方面建筑可能遭遇的各種不確定因素成為概念設(shè)計的重要內(nèi)容。比如：地震是最為難以預(yù)料的，破壞性也最大。所以在高層房屋建筑設(shè)計過程中應(yīng)未雨綢繆，從計算及構(gòu)造等各個方面都要采取有助于提高抗震能力的措施。剛度均勻、對稱是減小地震在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不利影響的重要手段;延性設(shè)計則能有效地防止結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生脆性破壞;多道設(shè)防思想能使建筑在特大地震作用下次要的構(gòu)件先破壞，消耗一部分地震能量。這些抗震設(shè)防思想在整個設(shè)計過程中都應(yīng)該作為概念設(shè)計的重要指導(dǎo)思想。

　　2.2 設(shè)計要考慮水平力。在低層和多層房屋建筑結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計。而在高層房屋建筑設(shè)計中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化，所以對風(fēng)荷載比較敏感的高層建筑，風(fēng)荷載須按100年風(fēng)壓計算。

　　2.3 應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計。在高層房屋建筑設(shè)計中剪力墻的主要作用在于提高整個房屋的抗剪強度和剛度，墻體同時也作為圍護(hù)及房間分格構(gòu)件。剪力墻結(jié)構(gòu)中，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置，它剛度大，空間整體性好，用鋼量也較少。

　　2.4 應(yīng)用筒體結(jié)構(gòu)體系。隨著建筑層數(shù)、高度的增長和抗震設(shè)防要求的提高，以平面工作狀態(tài)的框架、剪力墻來組成高層建筑結(jié)構(gòu)體系，往往不能滿足要求。這時可以由剪力墻構(gòu)成空間薄壁筒體，成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，以增強梁的剛度，也可以形成空間整體受力的框筒，由一個或多個筒體為主抵抗水平力的結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)。

　　2.5 減輕高層房屋建筑自重。高層房屋建筑減輕自重比多層建筑更有意義。我們從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎(chǔ)造價和處理措施，可以多建層數(shù)，這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟(jì)效益。

　　本人認(rèn)為，在滿足建筑結(jié)構(gòu)長遠(yuǎn)效益的前提下，應(yīng)盡量減少建筑結(jié)構(gòu)的近期投資并提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠度和合理性。與傳統(tǒng)設(shè)計相比，可以充分利用計算機(jī)資源，進(jìn)行多種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)試算、分析、比較，選擇合理的結(jié)構(gòu)類型，可以使建筑工程造價降低5%～30%。優(yōu)化技術(shù)的實現(xiàn)，可以最合理的利用材料的性能，使建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各單元得到最好的協(xié)調(diào)，并具有建筑規(guī)范所規(guī)定的安全度。同時，它還可為建筑整體性方案設(shè)計進(jìn)行合理的決策，優(yōu)化技術(shù)是實現(xiàn)建筑設(shè)計的" 適用、安全和經(jīng)濟(jì) " 目標(biāo)的有效途徑。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]方鄂華等編著.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

　　[2]王光遠(yuǎn).工程結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)抗震優(yōu)化設(shè)計的實用方法[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007：5-37.