高層建筑的結(jié)構(gòu)特點分析與建議

　　【關(guān)鍵詞】高層建筑，結(jié)構(gòu)，特點，設(shè)計，注意點

　　中國是一個多人口的國度，隨著城市人口的不斷增加和社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，建設(shè)用地正日趨的緊張，這些因素促使高層建筑的快速發(fā)展成為必然的選擇與趨勢。目前，我國高層建筑特別是超高層建筑可謂突飛猛進,其建設(shè)速度和建造數(shù)量在世界建筑史上都是少有的。同時，由于建筑功能也在不斷的呈現(xiàn)出多樣化，傳統(tǒng)的高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念也在發(fā)生重大的變革。

　　1高層建筑的結(jié)構(gòu)形式

　　1.1簡體形式。一般情況下，我們把采用簡體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)稱為簡體形式,其主要包括單簡體、簡體－框架、筒中筒、多束筒等多種形式�？崭雇埠蛯嵏雇彩呛嗴w的兩種類型�？崭雇彩怯擅芘胖�和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件，實腹筒則是由平面或曲面圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體。

　　1.2剪力墻形式。在受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時,就形成了剪力墻形式。剪力墻形式是是一種良好的結(jié)構(gòu)形式,其強度和剛度都比較高,有一定的延性,傳力直接均勻,整體性好,抗倒塌能力強。剪力墻形式屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型，單片剪力墻能承受全部的垂直荷載和水平力。

　　1.3框架－剪力墻形式�？蚣芤患袅�墻形式是在框架體系的強度和剛度不能滿足要求,需要在建筑平面的適當位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架的情況下形成的。在該形式中,框架主要是承受垂直荷載,剪力墻主要是承受水平剪力,框架-剪力墻體系的位移曲線是呈彎剪型。在承受水平力時,框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作。一方面，剪力墻增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,使建筑物的水平位移減小，另一方面，框架承受的水平剪力明顯降低,并且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻。

　　2高層建筑結(jié)構(gòu)形式的特點

　　隨著設(shè)計理念的不斷提升和建設(shè)的實際需要，高層建筑的結(jié)構(gòu)形式可謂是豐富多彩的，但是拋開美麗的外衣，高層建筑的結(jié)構(gòu)形式主要有如下兩點：

　　2.1結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜化、多樣化

　　從上一點分析可以得知，傳統(tǒng)的高層結(jié)構(gòu)形式以簡體結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)主，現(xiàn)如今，為了滿足不斷提升的建筑功能要求，就必須在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式做一定的創(chuàng)新嘗試。諸如使用多種結(jié)構(gòu)形式相結(jié)合，或者在常用結(jié)構(gòu)形式上補充其他結(jié)構(gòu)。

　　2.2節(jié)點的形式和構(gòu)造趨于復(fù)雜

　　由于高層建筑的結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜多樣性，這就使得不同構(gòu)件的連接節(jié)點也變得復(fù)雜多樣。節(jié)點的類型是由構(gòu)件的形式以及構(gòu)件的連接方式?jīng)Q定的，節(jié)點設(shè)計可以說已經(jīng)成為了高層結(jié)構(gòu)特別是鋼結(jié)構(gòu)高層結(jié)構(gòu)安全的控制因素，不同的節(jié)點受力方式在一定程度上會影響到結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。

　　3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

　　3.1水平荷載是決定因素。

　　首先，對具有一定高度的高層建筑來說,雖然，豎向荷載大體上是定值,但是作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用,其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而發(fā)生較大幅度變化的。其次，水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力,卻與樓房高度的兩次方成正比，但是，樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與樓房高度的一次方成正比。

　　3.2不可忽視軸向變形。

　　在豎向荷載作用下,邊、角柱壓縮變形相對較小，而中柱承擔(dān)的樓板面積大,軸向力大,壓縮變形大。在高層建筑中,柱中較大的軸向變形是由于豎向荷載數(shù)值大而引起的,并且還會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響,造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小,跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大。同時，由于這一作用還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響,因此，在實際的操作中，要根據(jù)軸向變形計算值,對下料長度進行調(diào)整。

　　3.3把側(cè)移作為控制指標。

　　隨著樓房高度的增加,水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大,因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。因此，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為目前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。

　　3.4結(jié)構(gòu)抗震性與延性。“小震不壞、大震不倒”是高層建筑抗震設(shè)計所要遵循的基本原則。高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計,在考慮到常規(guī)設(shè)計中的豎向荷載、風(fēng)荷載外,還必須考慮到地震載荷。為了使結(jié)構(gòu)在地震中避免整體性倒塌,就特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧﹣肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

　　3.5減輕高層建筑的自重

　　如果高層建筑重量大了,不僅會造成作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大了,而且還會由于重心高，地震作用傾覆力矩大的緣故從而對豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力,從而造成附加彎矩更大。由于地震效應(yīng)與建筑的重量成正比,減輕房屋自重也是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的好辦法。減輕房屋自重是能夠在同樣地基或樁基下能在不增加基礎(chǔ)造價和處理措施的情況下,可以多建層數(shù),這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟效益。

　　4高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題

　　4.1地基與基礎(chǔ)設(shè)計

　　地基基礎(chǔ)是整個工程造價的決定性因素，該階段設(shè)計過程的好壞將會直接影響到后期設(shè)計工作的進行，而且出現(xiàn)在這一階段的問題,有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。所以，結(jié)構(gòu)工程師一直是比較重視地基與基礎(chǔ)的設(shè)計。但是，由于我國占地面積較廣,地質(zhì)條件相當復(fù)雜,在地基基礎(chǔ)設(shè)計中界定一定的標準，實施一定的規(guī)范也是有難度的。現(xiàn)行的《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》無法對全國各地的地基基礎(chǔ)做詳細的描述和規(guī)定,因此,在國家標準之下還需建立能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗�基礎(chǔ)類型和設(shè)計處理方法等一些成熟的經(jīng)驗描述和規(guī)定得更為詳細和準確的地方標準，從而盡量避免因地基問題二造成的對整個結(jié)構(gòu)設(shè)計或后期設(shè)計工作產(chǎn)生較大影響的問題出現(xiàn)。

　　4.2高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能

　　建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定是非常重要的，在一個建筑物方案設(shè)計之初，建筑師著重考慮的是它的空間組成特點，而并非是其詳細的結(jié)構(gòu)。因為建筑物的結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，況且結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，所以建筑設(shè)計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系。鑒于以上原因，建筑設(shè)計師在建筑設(shè)計方案的起始階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布給出總體的規(guī)劃和設(shè)想。

　　4.3提倡節(jié)約

　　目前，國家提倡的是建立節(jié)約型的發(fā)展社會，實行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。同樣，在建筑工程中，我們也要遵循這一原則。按照我國規(guī)范標準建設(shè)的大樓還是能進入國際市場的，外國大企業(yè)在北京買按我國規(guī)范設(shè)計的大樓就是很好的證明。但是，從實際狀況來看，由于一些原材料和技術(shù)方面的原因，目前我國規(guī)范中的構(gòu)造要求,并非都比外國低，有的已經(jīng)超過。鑒于目前客觀形勢的,國家經(jīng)濟實力增強和住宅制度改革現(xiàn)狀等諸多方面的因素,我們可以將現(xiàn)行設(shè)計可靠度水平適當提高一點,這樣投入也不大,但對國家總體和長遠利益有利。

　　結(jié)束語

　　在未來的10年或者20年間，高層建筑仍是建筑發(fā)展的主導(dǎo)趨勢，樣式會更加的豐富多彩，當然對于高層建筑設(shè)計方面的要求也會越來越高。作為我們建筑結(jié)構(gòu)房間的設(shè)計人員，一定要保持與時俱進，不斷更新設(shè)計理念來參與更多的設(shè)計，更好的滿足群眾與國家的需求。

　　【參考書目】

　　1. 中國建筑科學(xué)研究院建筑結(jié)構(gòu)研究所編，，《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》，清華出版社，1985年版。

　　2. 美國高層建筑和城市環(huán)境協(xié)會變編著，《高層建筑設(shè)計》，中國建筑工業(yè)出版社，1997年版。

　　3. 冒亞龍著，《高層建筑的美學(xué)價值與藝術(shù)表現(xiàn)》，東南大學(xué)出版社，2008年版。

　　4. 梅洪元，梁靜編著，《高層建筑與城市》，中國建筑工業(yè)出版社，2009年版。