刍议高层建筑结构设计

2018-12-06高鹏

商品与质量 2018年43期

高鹏

大连先锋建筑设计咨询有限公司辽宁大连 116000

随着经济的不断发展，城市化进程越来越快，城市人口增长速度使得城市住房愈发紧张起来。然而城市用地是有限，为了解决住房紧张问题，在有效的平面面积上增加高度，于是，高层以及超高层建筑快速林立起来，并受到了越来越多的重视，同时，对于高层建筑设计的质量要求也随着建筑的高度而越来越严格。本文就高层建筑结构设计的原则进行了阐述，并就建筑结构的体系选型进行了分析。

1 高层建筑结构设计的一般原则

首先，坚持科学合理的基础方案。基础方案进行选择时，要综合考虑到根据工程实际地质条件下制定的基础设计、结构类型、荷载分布相邻建筑物影响以及施工条件等等影响因素。其中，基础设计要基于详实的地质勘察报告并备份，对于周边相邻的小型建筑在查询资料的基础上，还应进行现场实地查验，总结调查报告，给出详尽的调查结果，根据调查结果，进行结构类型选择，一般情况下同一结构单元应采取相同的类型[1]。另外，在进行基础设计时，要发挥出地基的最大潜力，必要时进行地基变形验算以保证地基基础质量。

其次，选择切实可行的最佳结构方案。对于一个设计者来说，成功的结构方案就是经济合理、其实可行的结构形式和结构体系。成功的结构方案设计必须受力明确、传力简捷，如同上文所说同一单元结构不能混用不同的结构体系，特别是在地震区，要强调平面与竖向规则。在进行结构方案选择时，要分析工程的设计要求、地理环境、材料供应以及施工条件等情况的影响，并沟通建筑、水、电、暖等部门，综合考虑所有因素进行结构选型或者说结构方案的确定，多方案比较也是常见现象，这时应该择优选用，在保证工程质量的基础上，首先考虑利润。

再次，慎用计算简图以及审核电算结果。一般来说，结构计算都是基于计算简图进行的，一旦选择失误，不单单是结构计算错误的小问题，它极容易导致结构安全事故的发生，因此，选择合适的计算简图才能确保结构计算不出错误，与此同时采取相应的构造措施保证计算简图的实用性，这样才能保证结构安全。多数实际结构的节点与计算简图有误差，因为实际结构的节点不可能全部都是刚结或者铰结点，这时，只要将设计误差控制在设计允许误差范围内就可以了。通常情况下，结构设计都采用计算机技术，但是由于不同的系统会得出不同的结果，所以要求设计师对于应用程序要全面了解，并且要求结构工程师对电算结果进行反复的校对与核查，根据实际工程情况进行结果判断，这样才能杜绝由程序与结构某处实际情况不服或者人工输入错误导致的错误计算结果，确保计算结果的准确性。另外，设计人员丰富的经验和专业的知识都是保证结果正确性的重要因素。

最后，采取相应的构造措施。在“强柱弱梁”、“强剪弱弯”以及“强压若拉”原则的基础上，要做到：注重构件的延展性能、重视薄弱部位、注重钢筋的锚固长度（特别是直线段锚固长度）以及时刻关注温度应力的影响等等。另外，在进行平面与里面的布置时要遵循均匀、对称以及规整的原则，并在地震多发区采取抗震多道防线措施，避免薄弱层出现以及正常使用极限状态的验算等等，这些都需要概念设计作指导。

2 高层建筑结构体系的选型

首先，建筑的结构在抵抗来自于水平方向和竖直方向的荷载时构件的组成形式和传力的路径就是高层建筑的结构体系。通过包括墙，柱等的竖向构件和楼盖等水平构件将竖向荷载传递到基础，利用抗侧力体系将水平荷载传递到基础。

其次，根据高层建筑的建造材料，我们可以将高层建筑结构体系分成四种，分别是钢筋混凝土结构体系、钢结构体系、钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构体系，其中，钢筋混凝土结构体系应用最为广泛。由于钢筋混凝土结构兼具钢筋与混凝土两种材料的共同特性，并且能后相辅相成，且成本较低，经久耐用，防火防潮，因此，钢筋混凝土结构成为了建筑工程结构建造中常用结构体系，但是，它的确定也较为明显，诸如自重大以及施工慢等特点。而钢结构体系则具有强度高、抗震性好、施工便捷、跨度大、应用领域广泛等等优势，但是，它的成本较高，而且防火性能差，对施工技术要求较高。钢-混凝土结构混合与组合这两种结构体系则是融合上两种结构体系的优点，但是，后两种结构体系也存在着两种材料构件连接技术不成熟，节点连接结构复杂的缺点[3]。因此，在应用这些结构体系时要结合工程实际，科学合理的选择结构体系。

最后，根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系，剪力墙结构体系，框架—剪力墙结构体系。利用柱，梁等结构体系作为高层建筑竖向承重的结构，并且承受水平荷载，这种结构侧向位移大，框架结构内力大，适于50米高度以下的建筑；通过高层建筑的墙体当作抵抗侧力和竖向承重的结构体系，就是剪力墙结构体系。这种剪力墙结构的刚度大，整体性能好，不易受水平力作用发生变形，适应于高层建筑，但是由于剪力墙的间距小，使得平面的布置不灵活，因此，在公共建筑中不宜使用；利用框架和剪力墙组合的而构成的结构形式就是框架—剪力墙结构体系，这种结构形式不但具有实用性强，布局灵活的优点，同时承受水平负载的能力更高，在高层建筑中被广泛使用。在框架—剪力墙结构体系中，需要注意考虑剪力墙的位置，设计合理的剪力墙的数量，以及满足框架的设计要求。