高层建筑结构设计问题研究

2020-02-14戴雪

建材与装饰 2020年17期

戴雪

（中广电广播电影电视设计研究院北京 100045）

0 前言

高层建筑需要在其建设工作正式开始之前需要考虑的情况，结合具体要求，将已有的各式设计方案进行建筑结构方案的改变，保证建筑物强度的同时还需要保证高层建筑物的使用功能和经济性具有更高的性价比，使高层建筑体系发展的更加完善，提高人们对于高层建筑的满意度，使高层建筑能够在未来的时间内获取更加广阔的发展空间。

1 高层建筑结构体系设计的基本要求

1.1 结构体系需要具有更加合理的地震作用途径

在进行对楼屋的竖向结构和盖梁进行设计时，需要令其具有的荷载垂直重力持续在最短路径传递，保证力量传递至墙与竖向柱结构的过程中，需要尽可能的房主竖向构件之间发生的处置重力承担的荷载重量超过一到二次的转换再次传递到建筑的下部结构体系内部的竖向构件中。在此过程中，需要由支撑部分、简体部分、剪力墙部分、框架部分等有机构件组成的更有效的抗侧力结构方面需要保证体系明确，保证传力更加直接，尽可能的保证贯通能够连续，一旦发生顺延竖向结构的变化，就需要保证变化状态均匀且缓慢。

1.2 结构体系需要具备一定的承载能力和对应的变形能力

因为有钢筋混凝土构成的塑性内力具有更好的重分布能力，需要在一定程度内积极消耗并主动吸收地震产生的能量。针对框架中产生的地震抗破坏机制则需进一步保证其节点不会被主动破坏，将各个处于同一水平中的柱体两端历程需做出有效延长，达到其最长值，其中，建筑的梁比柱的表现出的屈服现象还要进行多发生和早发生的过程，保证底层驻底能够满足标准，塑性方面则需要晚一些形成。在建筑的剪力墙体内，需要保证各个墙段之间的变形能力足够强，用于保证剪力墙能够发挥出更加优秀的抗震作用[1]。

1.3 结构体系需具有合理的刚度

对于高层建筑而言，其主体具有的抗侧力就够需要保持较高的刚度，能够满足相关的建筑施工规范，并且还要保证建筑整体具有的平稳性以及对应的强度延性需求，但是，因为高层建筑主体中具有的主体抗侧力体系大多不会有过高水平的刚度，用于防止空间过大、占地面积过大，对建筑作用造成影响。

2 加强高层建筑结构设计的有效措施

2.1 工程概况

以某座高塔建筑为例：1号塔一共有17层，其塔顶的总高度设计为80.5m，使用传统的框筒结构；2号塔共计6层，塔顶的总高度设计为39.2m。使用的使传统的框剪结构；建筑群的地上裙房共有3层，建筑内的地下室设计为1层，从属于1号塔使用的钢筋混凝土筑成的建筑高度。

此项项目工程自身的抗震设防类层级标准为丙类，其主要建筑场地自身的基本烈度表现为Ⅶ度左右，建筑中发生的地震加速度大约为0.1g左右，设计地震组划分成两组，建筑场地类别分为三类，根据相关建筑标准将1号塔和2号塔的抗震等级设定为二级。针对此工程，本文认为加强其结构设计的有效措施包括以下几种：

2.2 选择有利的抗震场地

选择对建筑物抗震属性更加有力的地段进行施工，需要有效的避免在不利建筑防震的地段开展建设工作[2]。在无法避开的情况下，需要采用更加合适的抗震加强手段来完善建筑抗震功能，根据现场的情况来判定地基液化等级和建筑抗震设防类别，将二者分别采取上部结构刚性以及整体性同时加强建筑地基的措施来开展全部消除或者部分消除当前地基液化沉陷现象的对应措施；处于施工场地内部的实际地基受力范围内时，往往存有比较严重的不均匀土层、场地新近填土以及软弱黏性土层时，需要使用加强上部结构、加强基础、加强地基巩固和地桩的方式；针对部分地震时可能造成地裂或者滑移现象的建筑场地，需要使用对应的稳定地基的举措。

2.3 优化平面和立面布置

（1）建筑结构相对简单性。由于建筑结构比较简单，在一般情况下均指地震作用下将会具有更加清晰或直接的作用传力途径。用来保证传力途径方面的简单情况，只有这样才会对结构自身的计算模型、建筑位移分析与作用内力[3]。进一步对建筑结构中的薄弱部位做出有效把握，所以最终的结构性抗震性能估算也会比较可靠。

（2）建筑结构的抗震水平和刚度。在一般情况下，水平地震产生的作用力是双向的，在建筑结构的正式布置阶段需要保证结构能够有效的抵抗任一方向上产生的地震作用。基于上述现象，通常使用的是建筑结构沿着平面向上两个主轴的方向最初足够有力的抗震能力和刚度。

（3）建筑结构整体性。处于高层建筑的整体结构中塔顶楼盖会对结构自身的整体性起到一定的作用，对于楼盖而言，在建筑中的作用大致和水平隔板等同，在传递并且聚集建筑惯性力传递向各个竖向结构，在此基础上对建筑体系内的子结构做出对应的要求，最后还能够承受地震作用，尤其是在竖向抗侧力方面的结构布置不够均匀时，或者是需要使用形式更加复杂的水平抗侧力子结构需要保证楼盖和抗侧力子结构可以协同作业[4]。

2.4 确保结构的延性抗震能力

在科学合理的选择建筑结构之后，还需要通过一定程度的抗震措施为建筑结构具有的实际延性抗震能力做出保障，进而为建筑结构中的大震、中震下实现抗震目标，系统防震抗震能力保证下述几方面内容：①建筑强柱弱梁。人为造成的增大柱会对量体产生较大的抗弯压力，使得钢筋混凝土构成的建筑框架处于大地震之下，梁端塑性出现较早。到达最高非线性位移时面对的塑性转动较低，完全不会发生该有的塑性铰。通过这样的方式来保证建筑框架能够具有更加平稳的塑性能耗能力和塑性耗能机构；②强剪弱弯。在处于剪切破坏的情况下基本不会产生延性，对柱端造成的剪切破坏依旧有可能造成结构的整体倒塌或者局部破坏。所以能够通过人为的方式保护结构性能不会发生剪切破坏的情况。

2.5 合理的高层建筑结构体系参数设计以及计算分析

针对形式比较复杂的建筑结构形式，需要考虑到多种地震情况下产生的变形和内力作用时，需要使用两个以上的不同类型的力学模型，就目前而言，主要使用的计算方式有以下两种：①主拉应力理论；②对应的剪摩理论，二者能够有效作用于砌块结构，在使用计算机进行计算之后，能够得出更加科学合理的计算结构，有效的提升后续的工程设计工作。对于结构设计工作而言，能够有效的控制有效质量系数等相关的数据值。对于地下室的水平位移而言，能够保证转换层处于刚度方面的需求区间之内，将有层刚度作为计算依据，充分考虑到建筑的振型数，因为高层建筑的结构性计算难以一次完成，所以需要根据实际取得的计算结果做出多次计算，保证建筑物安全性能够达到最高标准。