高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析
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［摘要］高層建筑不斷增多，建筑的難度也在增加，這對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員是非常大的挑戰(zhàn)。高層建筑與多層建筑在建筑結(jié)構(gòu)方面是有著明顯區(qū)別的，比如結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性以及構(gòu)件截面的設(shè)計(jì)等，這些都是非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)內(nèi)容。因此在如今高層建筑成為主流的情況下，需要對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的分析，本文分析的是高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)有哪些設(shè)計(jì)的要點(diǎn)以及注意事項(xiàng)，希望對(duì)高層建筑建設(shè)的發(fā)展是有所促進(jìn)的。
［關(guān)鍵詞］高層建筑；混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與要點(diǎn)
1.1高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
與多層不同，高層的建筑高度更大，層數(shù)更多，高層的抗震設(shè)計(jì)、構(gòu)件承載力以及抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，這些都是與多層不同。在高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要具備非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且保持清晰的概念。對(duì)宏觀以及微觀的全面把控，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路更加合理[1]。結(jié)構(gòu)側(cè)向力：多層的水平地震以及風(fēng)荷載作用更小一些，所以不是主要進(jìn)行控制的荷載。而高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，側(cè)向水平力就會(huì)因?yàn)楦叨仍黾佑忻黠@的增大。結(jié)構(gòu)延性：高層高度的增加，需要極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)延性，對(duì)地震的作用進(jìn)行抵抗以及消耗。這樣高層的結(jié)構(gòu)就會(huì)在地震情況下也有不錯(cuò)的變形能力[2]?？梢詾槿藛T的逃生提供更多的機(jī)會(huì)。結(jié)構(gòu)剛度：結(jié)構(gòu)高度增大，層數(shù)增加，就會(huì)導(dǎo)致本身的質(zhì)量增大，結(jié)構(gòu)受到的水平作用力就會(huì)變大，側(cè)向位移與受到的水平作用力是線(xiàn)性關(guān)系，因此高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，豎向構(gòu)件要把保持合理的位置以及數(shù)量，讓結(jié)構(gòu)具備更加科學(xué)的抗側(cè)力剛度，降低側(cè)向位移并滿(mǎn)足極限狀態(tài)下的使用要求。
1.2高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)
首先是高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要重視概念的設(shè)計(jì)。由于以往的培養(yǎng)方式，讓結(jié)構(gòu)工程師對(duì)總體的方案關(guān)注不夠，考慮的僅僅是細(xì)節(jié)的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是規(guī)范以及計(jì)算，進(jìn)行強(qiáng)度以及變形計(jì)算，但是對(duì)概念設(shè)計(jì)是有所忽視的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的地位還是非常關(guān)鍵的，對(duì)后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及造價(jià)控制都是有直接的影響。因此設(shè)計(jì)人員需要重視概念設(shè)計(jì)，從總體的角度展開(kāi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行宏觀上的方向把控，并明確自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定好理想的承載力、延性以及剛度的目標(biāo)，從而進(jìn)行方案的部署。對(duì)整體的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，完成整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其次是高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要注重剛?cè)峤Y(jié)合。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不僅僅是追求整體的剛度來(lái)提升對(duì)地震的抵抗作用，這樣就會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)，對(duì)結(jié)構(gòu)也會(huì)造成非常大的傷害。良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮到結(jié)構(gòu)的承載力以及剛度，對(duì)風(fēng)荷載以及地震力進(jìn)行抵抗，在多遇地震的情況下，結(jié)構(gòu)是在彈性工作下，第一防線(xiàn)屈服以后，結(jié)構(gòu)還是有不錯(cuò)的變形能力以及延性，對(duì)地震作用進(jìn)行消耗，結(jié)合實(shí)際的需求，設(shè)置多道防線(xiàn)。
2高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)
2.1高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
高層的結(jié)構(gòu)層數(shù)比較多，荷載也比較大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要高度重視基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。高層的基礎(chǔ)選型，要結(jié)合地質(zhì)條件，因地制宜選取合適的基礎(chǔ)形式。高層剪力墻的上部荷載是比較大的，多數(shù)是選擇樁基礎(chǔ)以及筏板基礎(chǔ)?；A(chǔ)的設(shè)計(jì)不僅要考慮到承載力的問(wèn)題，地基沉降也是要進(jìn)行驗(yàn)算的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要選擇地質(zhì)情況比較好的土層，來(lái)作為基礎(chǔ)的持力層，選擇一些剛度好的基礎(chǔ)，減少對(duì)建筑沉降量，讓工程要求得到基本的滿(mǎn)足。因?yàn)楦邔邮艿揭欢ǖ乃胶奢d，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)傾覆，因此基礎(chǔ)的埋深要達(dá)到要求，不能過(guò)淺，這是很多設(shè)計(jì)人員非常容易忽視的問(wèn)題，會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。
2.2選擇合適的結(jié)構(gòu)嵌固端
嵌固端位置的選擇，對(duì)結(jié)構(gòu)指標(biāo)以及內(nèi)里配筋會(huì)有直接的影響，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及計(jì)算中，要結(jié)合土體的實(shí)際約束以及上下層的剛度，對(duì)嵌固端的實(shí)際位置進(jìn)行確定，讓計(jì)算模型更加符合現(xiàn)實(shí)的情況。
2.3優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)的方案布置
對(duì)整體結(jié)構(gòu)的布置進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)抗側(cè)力構(gòu)件的尺寸、平面位置進(jìn)行合理的布置，并防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)偏心以及扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，最大程度上讓構(gòu)件承載力以及抗震延性得到充分的發(fā)揮，不要出現(xiàn)一些構(gòu)件的承載力接近極限的狀態(tài)，一些構(gòu)件則是沒(méi)有將自身的承載力發(fā)揮出來(lái)的現(xiàn)象。剪力墻布置要注意采取周邊、對(duì)稱(chēng)的原則，豎向連續(xù)，防止出現(xiàn)剛度以及承載力突變。
2.4把握好整體結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)
需要將結(jié)構(gòu)耗能的能力進(jìn)行充分的發(fā)揮，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)瞬時(shí)以及脆性的破壞，在遇到地震以及極強(qiáng)風(fēng)荷載的情況下，高層的高度原因，需要結(jié)構(gòu)具備極強(qiáng)的抗側(cè)強(qiáng)度以及延性，對(duì)水平荷載抵抗抵消。允許結(jié)構(gòu)的一些構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸，可以對(duì)地震的能量進(jìn)行不斷的消耗。防止一些重要的構(gòu)件被破壞，造成不良的后果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要把握好一些關(guān)鍵構(gòu)件的延性設(shè)計(jì)，比如傳遞水平力的構(gòu)件以及抗側(cè)力構(gòu)件，要注意結(jié)構(gòu)延性的整體設(shè)計(jì)，在地震下可以讓結(jié)構(gòu)保持安全，并減少造價(jià)。
2.5其他注意事項(xiàng)
結(jié)構(gòu)傳力的路徑，需要盡可能簡(jiǎn)單和直接，要避免結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌。同時(shí)結(jié)構(gòu)的剛心和質(zhì)心接近，避免結(jié)構(gòu)在地震力以及風(fēng)荷載的沖擊下扭曲、結(jié)構(gòu)豎向的抗側(cè)力構(gòu)件，要保持連續(xù)性，防止剛度出現(xiàn)突變，造成薄弱層。
3結(jié)論
總之，高層建筑已經(jīng)是國(guó)內(nèi)建筑業(yè)如今的主流，高層與多層建筑是截然不同的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有著更加復(fù)雜的要求，諸多的方法以及技術(shù)是需要進(jìn)行改進(jìn)的，不斷有新技術(shù)以及新材料出現(xiàn)并被應(yīng)用到建筑領(lǐng)域，高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是會(huì)達(dá)到更高的層面上，設(shè)計(jì)人員一定要加強(qiáng)自身的專(zhuān)業(yè)能力。
參考文獻(xiàn)
[1]馮亮秋.混凝土斜腹桁架轉(zhuǎn)換體系在大跨度高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建筑科學(xué)，2018，34（11）：146-149.
[2]徐鵬翔.鋁合金模板深化設(shè)計(jì)在高層住宅工程中的應(yīng)用——以世茂希爾頓住宅為例[J].建筑與文化，2018（11）：184-185.
作者：譚榮偉 單位：廣西華業(yè)建筑工程有限責(zé)任公司