摘要：當(dāng)高層建筑物的層數(shù)和高度達(dá)到一定程度時(shí)，其一些功能在適用性、技術(shù)的合理性和經(jīng)濟(jì)的可行性方面都會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化。因此，與多層建筑相比，高層建筑物在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上、技術(shù)進(jìn)步上都有許多新的問題需要我們來考慮和解決。本文分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，并介紹了高層建筑結(jié)構(gòu)類型和高層建筑的地下室基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)等，希望能為今后的高層建筑設(shè)計(jì)提供一點(diǎn)參考。

　　關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的類型、地下室基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

　　在世界范圍內(nèi)，現(xiàn)代意義上的高層建筑發(fā)展大概也只有120年的歷史，我國(guó)高層建筑的建設(shè)基本上是在解放后開始的，改革開放后，隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng)，我國(guó)高層建筑的設(shè)計(jì)和建設(shè)水平有了飛躍的發(fā)展，并在迅速接近國(guó)際水平。從一般意義上來講，現(xiàn)代高層建筑是在社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展和人們生活需要下而不斷地發(fā)展起來的，是商業(yè)化、工業(yè)化和城市化發(fā)展的結(jié)果，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和輕質(zhì)高強(qiáng)材料的出現(xiàn)以及機(jī)械化、電氣化、計(jì)算機(jī)技術(shù)在建筑學(xué)領(lǐng)域方面的廣泛應(yīng)用為高層建筑的發(fā)展提供了必不可少的物質(zhì)條件，因此，從這方面的意義上來講，高層建筑的出現(xiàn)和發(fā)展又是現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的產(chǎn)物。

　　一、高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑的發(fā)展也上了一個(gè)新的臺(tái)階，出現(xiàn)了許許多構(gòu)造新穎、層數(shù)多、體量大的高層建筑物，這些建筑物既要做到安全又要做到經(jīng)濟(jì)合理，這就給高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了許多新的課題。高層建筑物的主體結(jié)構(gòu)主要是由樓層結(jié)構(gòu)、傳遞豎截結(jié)構(gòu)、抗側(cè)力結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和豎向交通結(jié)構(gòu)等構(gòu)成的，這些結(jié)構(gòu)之間相互配合，協(xié)調(diào)受力，構(gòu)成一定傳力路線，所以說各個(gè)主力結(jié)構(gòu)之間的受力是相互影響的，在設(shè)計(jì)中要想使整個(gè)結(jié)構(gòu)做到完美，在技術(shù)和用料、造價(jià)方面都需要從整體出發(fā)，多方面考慮。

　　1、水平荷載是決定因素

　　這是因?yàn)椋�一方面，在豎構(gòu)件中樓房自重和樓面使用荷載引起的軸力、彎矩值只與樓房高度成一次方正比，而水平荷載力對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩和由此在豎構(gòu)件中產(chǎn)生的軸力，與樓房的高度是成兩次方正比；另一方面，對(duì)于一定高度的樓房來說，其豎向荷載力大體上是個(gè)定值，而其水平荷載力在風(fēng)荷載和地震的作用下，其值是隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有很大幅度的變化。

　　2、軸向變形不容忽視

　　在高層建筑物中，如果豎向荷載力值很大，就能夠在柱中引起大的軸向變形，這就會(huì)對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生很大的影響使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，使正彎矩值與端支座負(fù)彎矩值增大；這也會(huì)對(duì)構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響，所以需要根據(jù)軸向變形來計(jì)算，而對(duì)下料長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整；此外對(duì)構(gòu)件的剪力和側(cè)移也會(huì)產(chǎn)生影響，會(huì)出現(xiàn)偏于不安全的結(jié)果。

　　3、側(cè)移是控制指標(biāo)

　　與多層較低樓房不同，在高層樓房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。因?yàn)殡S著樓房高度的增加，在水平荷載力的作用下結(jié)構(gòu)側(cè)移變形會(huì)迅速地增大，所以結(jié)構(gòu)在水平荷載力作用下的側(cè)移應(yīng)該控制在某一個(gè)限度之內(nèi)。

　　4、結(jié)構(gòu)延性成為重要設(shè)計(jì)指標(biāo)

　　與多層較低樓房相比，高層樓房結(jié)構(gòu)更容易在地震中發(fā)生變形，所以為了使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在進(jìn)入塑性變形后仍然具有很大的變形能力，避免在地震中倒塌，這就需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取恰當(dāng)?shù)拇胧�，來使結(jié)構(gòu)有足夠的延性。

　　二、高層建筑結(jié)構(gòu)的類型

　　高層建筑物的重要材料主要鋼和鋼筋混凝土，但是各自有著不同的特點(diǎn)，所以在不同的國(guó)家、不同地區(qū)、不同條件下如何正確的使用材料，充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，成為經(jīng)濟(jì)合理地建造高層建筑物的一個(gè)重要方面。目前，我國(guó)的高層建筑物，主要采用混凝土結(jié)構(gòu)，這既符合我國(guó)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)條件，并且這類結(jié)構(gòu)也有其相應(yīng)的優(yōu)越性，下面主要對(duì)高層建筑物中常用的結(jié)構(gòu)類型做個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。

　　1、鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)

　　這種結(jié)構(gòu)在我國(guó)高層建筑物中所占的比例最大，而且數(shù)量也最多，比較適合于20-30層以內(nèi)的小高層像住宅、辦公樓、酒店等建筑物都可以。隨著城市的發(fā)展，在大城市和一些特大城市的中心城區(qū)用地日益緊張，這就促就了高層建筑物的發(fā)展。混凝土結(jié)構(gòu)造價(jià)低，即使周期較長(zhǎng)，但是由于人工費(fèi)用低廉，其仍在高層建筑方案選定中具有一定的優(yōu)勢(shì)。另一方面，混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)已有較長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)間，在設(shè)計(jì)和施工方面經(jīng)驗(yàn)豐富，設(shè)計(jì)的計(jì)算方法也為廣大設(shè)計(jì)人員所熟知，這也是混凝土高層設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。但是，如果樓高超過100米之后，混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)件會(huì)十分粗大，這種教導(dǎo)的自重比例和較大結(jié)構(gòu)面積，都使得混凝土結(jié)構(gòu)類型不在完全適合，這就使得其他結(jié)構(gòu)類型有了發(fā)展空間。

　　2、鋼結(jié)構(gòu)

　　與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比較，高層建筑物的鋼結(jié)構(gòu)有其優(yōu)點(diǎn)，例如：由于鋼材有很好的延性，所以可以設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)來抵抗地震，其抗震的性能優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)；鋼材強(qiáng)度高，截面小，能有效地減輕自身重量，減低基礎(chǔ)工程的造價(jià)；大部分的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是在工廠制作完成后，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)在進(jìn)行安裝，因此就可以縮短工期。但是鋼結(jié)構(gòu)高層也存在一些缺點(diǎn)，像造價(jià)較高、耐火力較差并且在國(guó)內(nèi)大截面鋼材供應(yīng)很難落實(shí)等等。

　　3、鋼--混凝土混合結(jié)構(gòu)

　　在這種結(jié)構(gòu)類型中，部分測(cè)力結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)，用鋼材作框架設(shè)計(jì)，一部分結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)的有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：因?yàn)槠洳捎娩摻罨炷�土核心筒和剪力墻作為抗�?cè)力結(jié)構(gòu)，所以側(cè)向剛度大于鋼結(jié)構(gòu)，層間位移和頂點(diǎn)的側(cè)移都較小；這種結(jié)構(gòu)的鋼材用量也小于鋼結(jié)構(gòu)，這樣也可以節(jié)省一部分防火涂料費(fèi)用，所以其造價(jià)介于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間；這種結(jié)構(gòu)的施工速度比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要快，可以縮短施工周期；其結(jié)構(gòu)面積也小于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

　　但是，這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是當(dāng)混凝土內(nèi)筒剛度退化后會(huì)使鋼價(jià)框架的剪力增大，并且其抗震性能分析還有待進(jìn)一步完善。另外，混凝土內(nèi)筒施工的誤差也大于鋼結(jié)構(gòu)，在連接方面二者也存在一些問題。

　　4、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)

　　鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)主要是使用鋼材來代替部分或全部鋼筋，從而加強(qiáng)鋼筋混凝土構(gòu)件。這類結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：有良好的結(jié)構(gòu)過渡層，能改善地震區(qū)建筑物剛度不然變化帶來的不利情況減少層間位移；造價(jià)也低于鋼結(jié)構(gòu)，防火能力方面高于鋼結(jié)構(gòu)；延性優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并且剛度大于鋼結(jié)構(gòu)；比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工速度快。

　　這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，鋼骨混凝土梁與柱的連接部分構(gòu)造復(fù)雜。

　　三、高層建筑的地下室基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

　　1、高層建筑地下室基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用

　　高層建筑地下部分的工程質(zhì)量非常重要，它是保證高層建筑物的使用安全的基礎(chǔ)，做好高層建筑地下室基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)高層建筑工程的順利實(shí)施有著重要的意義。高層建筑地下室基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是高層建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，因?yàn)楫?dāng)建筑物的地上部分較高時(shí)，加深其的地下結(jié)構(gòu)能夠有效地調(diào)節(jié)建筑物的重心，確保建筑物的使用安全。

　　2、高層建筑地下室基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求

　　基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作為一個(gè)體系，要具有足夠的穩(wěn)定性和變形性兩種極限狀態(tài)，即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。對(duì)基坑支護(hù)來說，所謂承載能力極限狀態(tài)就是支護(hù)來自于結(jié)構(gòu)破壞、傾倒、滑動(dòng)或周邊環(huán)境的破壞而出現(xiàn)較大范圍的失穩(wěn)。因此，基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)相對(duì)于承載力極限狀態(tài)來說要有足夠的安全系數(shù)，使支護(hù)不至于產(chǎn)生失穩(wěn)，并且要在保證不出現(xiàn)失穩(wěn)的條件下控制位移量，從而不影響周圍建筑物的安全使用。

　　支護(hù)結(jié)構(gòu)位移控制一般以水平位移為主，并且水平位移的控制與周邊環(huán)境要求有關(guān)，這就是所謂的基坑安全等級(jí)的劃分。如果基坑周邊有比較重要的構(gòu)筑物需要保護(hù)時(shí)，應(yīng)控制小變形，這就是通常所說的一級(jí)基坑的位移要求；如果周邊空曠、沒有筑物需保護(hù)，這時(shí)位移量可大一些，理論上來講只要保證穩(wěn)定即可，即三級(jí)基坑的位移要求；介于二者之間的是二級(jí)基坑的位移要求。

　　對(duì)于一級(jí)基坑的最大水平位移，一般宜不大于30mm，對(duì)于較深的基坑，應(yīng)小于0.3％H，H為基坑開挖深度。對(duì)于一般的基坑，其最大水平位移也宜不大于50mm。一般最大水平位移在30mm內(nèi)地面不致有明顯的裂縫，當(dāng)最大水平位移在40-50mm內(nèi)會(huì)有可見的地面裂縫，因此，一般的基坑最大水平位移應(yīng)控制不大于50mm為宜，否則會(huì)產(chǎn)生較明顯的地面裂縫和沉降，感觀上會(huì)產(chǎn)生不安全的感覺。①

　　四、結(jié)束語

　　隨著高層建筑物的進(jìn)一步發(fā)展，高層建筑的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)類型、材料選擇等方面都將日趨復(fù)雜化、多元化，為了不斷提高高層建筑物的建筑質(zhì)量，體現(xiàn)其魅力，追求新的結(jié)構(gòu)形式和類型將永遠(yuǎn)是土木工程師們的目標(biāo)和方向

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]、陳松.淺談深基坑支護(hù)施工監(jiān)理[J].沿海企業(yè)與科技，2006，（8）