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高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題論文
摘要：改革開(kāi)放三十年以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，全國(guó)大中型城市的多高層建筑迅速增多，隨著高層建筑的建筑高度的不斷增加，建筑類(lèi)型與功能的愈來(lái)愈復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系的更加多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來(lái)越成為建筑結(jié)構(gòu)工程師的重要工作內(nèi)容。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個(gè)問(wèn)題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的一系列需要注意的方面：抗震設(shè)計(jì)的多高層建筑，當(dāng)?shù)叵率翼攲幼鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用，地下一層以下結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)。1、4短肢剪力墻的設(shè)置問(wèn)題。地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，不僅僅由于該階段設(shè)計(jì)過(guò)程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，同時(shí)，也是因?yàn)榈鼗A(chǔ)也是整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素，因此，在這一階段，所出現(xiàn)的問(wèn)題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無(wú)法估量的損失。
關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，短肢剪力墻，地基與基礎(chǔ)
改革開(kāi)放三十年以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，全國(guó)大中型城市的多高層建筑迅速增多，隨著高層建筑的建筑高度的不斷增加，建筑類(lèi)型與功能的愈來(lái)愈復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系的更加多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來(lái)越成為建筑結(jié)構(gòu)工程師的重要工作內(nèi)容。
1、結(jié)構(gòu)選型
對(duì)于高層結(jié)構(gòu)而言，在工程設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)選型階段，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
1、1合理選擇結(jié)構(gòu)體系。高層建筑結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)力求簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱(chēng)，避免應(yīng)力集中的凹角和狹長(zhǎng)的縮頸部位；避免在凹角和端部設(shè)置樓電梯間；避免樓電梯間位置偏置，以免產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的影響。豎向體型盡量避免外挑，內(nèi)收也不宜過(guò)多，力求剛度均勻漸變，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中�！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》在結(jié)構(gòu)的規(guī)則性方面也規(guī)定了相應(yīng)的條文，例如：平面規(guī)則性信息、豎向規(guī)則性信息等，而且，新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。論文發(fā)表�！币虼�，結(jié)構(gòu)工程師在遵循規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)和建筑工程師溝通，以避免在后期設(shè)計(jì)中帶來(lái)麻煩。論文發(fā)表。
1、2房屋的適用高度和高寬比。在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制，除了將原來(lái)的限制高度設(shè)定為A級(jí)高度的建筑外，增加了B級(jí)高度的建筑，因此，必須對(duì)結(jié)構(gòu)的該項(xiàng)控制因素嚴(yán)格注意，一旦結(jié)構(gòu)為B級(jí)高度建筑甚或超過(guò)了B級(jí)高度，其設(shè)計(jì)方法和處理措施將有較大的變化。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)過(guò)由于忽略該問(wèn)題，導(dǎo)致施工圖審查時(shí)沒(méi)有通過(guò)，必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)的情況，對(duì)工程工期、造價(jià)等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。高層建筑的高寬比，是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀(guān)控制。A、B級(jí)高度高層建筑建筑的高寬比限值也相應(yīng)不同。但在復(fù)雜體型的高層建筑中，如何計(jì)算高寬比是一個(gè)比較難以確定的問(wèn)題。一般可按所考慮方向的最小投影寬度來(lái)計(jì)算，對(duì)于突出建筑物的很小的的局部結(jié)構(gòu)，比如樓電梯間等，一般不應(yīng)包括在計(jì)算寬度內(nèi)。對(duì)于帶有裙房的高層建筑，當(dāng)裙房的面積和剛度相對(duì)于其上部塔樓的面積和剛度較大時(shí)，計(jì)算高寬比的房屋高度和寬度可按裙房以上部分考慮。
1、3嵌固端的設(shè)置問(wèn)題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個(gè)問(wèn)題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的一系列需要注意的方面：抗震設(shè)計(jì)的多高層建筑，當(dāng)?shù)叵率翼攲幼鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用，地下一層以下結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)。地下室中超出上部主樓范圍且無(wú)地上結(jié)構(gòu)的部分，其抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)。對(duì)于9度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)。地下室的現(xiàn)澆頂板厚度不宜小于180mm，且不宜有較大洞口。地下室柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積除應(yīng)符合計(jì)算要求外，不應(yīng)少于地上一層對(duì)應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1、1倍（地下室柱子多出的縱向鋼筋不應(yīng)向上延伸，而應(yīng)錨固于地下室頂板的框架梁內(nèi)），地下室剪力墻的配筋不應(yīng)少于地上一層剪力墻的配筋。對(duì)于邊柱和角柱，由于只有一面有梁，為滿(mǎn)足該梁端截面實(shí)際彎矩承載力不宜小于柱下端實(shí)際承載力的要求，可采用增大梁截面，或不增大梁截面而增加梁配筋的方法。這些問(wèn)題在設(shè)計(jì)中都應(yīng)注意，忽略其中任何一個(gè)方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。
1、4短肢剪力墻的設(shè)置問(wèn)題。短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻。近年興起的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，雖然有利于住宅建筑布置，也可減輕結(jié)構(gòu)自重，但在高層住宅中，剪力墻肢不宜太短，因?yàn)槎讨袅Φ目拐鹦阅茌^差，地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多，為安全起見(jiàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)，并且《高規(guī)》中對(duì)短肢剪力墻的最大適用高度、抗震等級(jí)、底部加強(qiáng)部位、縱向鋼筋總配筋率等增加了很多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻。
2、地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，不僅僅由于該階段設(shè)計(jì)過(guò)程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，同時(shí)，也是因?yàn)榈鼗A(chǔ)也是整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素，因此，在這一階段，所出現(xiàn)的問(wèn)題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無(wú)法估量的損失。
高層建筑的基礎(chǔ)應(yīng)選用整體性好，滿(mǎn)足地基承載力和建筑物容許變形的要求，并能調(diào)節(jié)不均勻沉降的基礎(chǔ)形式。高層建筑宜設(shè)置地下室以減小地基的附加應(yīng)力和沉降量，有利于滿(mǎn)足天然地基的承載力和上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。此外，在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意地方性規(guī)范的重要性。論文發(fā)表。由于我國(guó)占地面積較廣，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，僅一本《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》無(wú)法對(duì)全國(guó)各地的地基基礎(chǔ)都進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定，因此，作為建立在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之下的地方標(biāo)準(zhǔn)，地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類(lèi)型和設(shè)計(jì)處理方法等一些成熟的經(jīng)驗(yàn)描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確，所以，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對(duì)地方規(guī)范進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)。
3、結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算
在結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算階段，如何準(zhǔn)確，高效地對(duì)工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理，是決定工程設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。由于新規(guī)范的推出對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算和分析部分相當(dāng)多的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，因此，結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)該相應(yīng)地對(duì)這一階段比較常見(jiàn)的問(wèn)題有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。
3、1結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇。目前比較通用的計(jì)算軟件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各軟件在采用的計(jì)算模型上存在著一定的差異，因此導(dǎo)致了各軟件的計(jì)算結(jié)果有或大或小的不同。所以，在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析時(shí)必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型和計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算軟件，并從不同軟件相差較大的計(jì)算結(jié)果中，判斷哪個(gè)是合理的、哪個(gè)是可以作為參考的，哪個(gè)又是意義不大的，這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)工作中首要的工作。否則，如果選擇了不合適的計(jì)算軟件，不但會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力，而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。
3、2是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對(duì)自振周期的影響。該部分內(nèi)容實(shí)際上在新老規(guī)范中都有提及，只是，在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實(shí)測(cè)周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算自振周期折減系數(shù)。
3、3振型數(shù)目是否足夠。在新規(guī)范中增加了一個(gè)振型參與系數(shù)的概念，并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計(jì)中，并未提出振型參與系數(shù)的概念，或即使有該概念，該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求，因此，在計(jì)算分析階段必須對(duì)計(jì)算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷，并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。
3、4多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開(kāi)計(jì)算。一段時(shí)間以來(lái)，大底盤(pán)，多塔樓的高層建筑類(lèi)型大量涌現(xiàn)，而在計(jì)算分析該類(lèi)型高層建筑時(shí)，是將結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體并按多塔類(lèi)型進(jìn)行計(jì)算，還是將結(jié)構(gòu)人為地分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算，是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問(wèn)題。如果多塔間剛度相差較大，就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿(mǎn)足要求，但是對(duì)某一座塔樓的地震力計(jì)算誤差仍然有可能較大，從而便結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。
4、結(jié)束語(yǔ)
總之，鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，在這過(guò)程中任何遺漏或錯(cuò)誤都有可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成安全隱患。這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在工作中嚴(yán)格要求自己，不斷學(xué)習(xí)新規(guī)范，力求掌握更為合理的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。
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