摘要：隨著我國(guó)人口急劇上升，土地資源稀缺問(wèn)題愈加明顯，為了提升土地利用率，開發(fā)商開始將目光投向高層建筑。近年來(lái)，復(fù)雜高層與超高層建筑得到廣泛應(yīng)用，它即滿足了城市發(fā)展的需要，也實(shí)現(xiàn)了有限土地資源的有效利用。因此，本文主要對(duì)復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討，用以提高高層建筑的合理性與科學(xué)性。
關(guān)鍵詞：復(fù)雜高層；超高層；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1引言
隨著復(fù)雜高層與超高層建筑的不斷增加，政府對(duì)高層建筑的質(zhì)量提出更高要求，尤其是建筑結(jié)構(gòu)的持久性、可靠性已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，在進(jìn)行復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合建筑物的形態(tài)特征、功能需要等進(jìn)行，為提高復(fù)雜高層與超高層建筑的安全性能做鋪墊。
2復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素
2.1重力荷載
與其他類型的建筑相比，復(fù)雜高層與超高層建筑具有特殊性，不僅建筑高度不可比擬，還需要面臨重力荷載的挑戰(zhàn)。特別是隨著建筑高度不斷攀升，地面受力與重力荷載會(huì)逐漸上升，在力的作用下墻上的軸壓力與豎向構(gòu)件柱的壓力也不斷增加，從而加大超高層建筑的困難性。其次，復(fù)雜高層與超高層建筑的水平位移也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的矛盾點(diǎn)，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①樓層越高風(fēng)效應(yīng)就越大，在風(fēng)的作用下其合力作用點(diǎn)的位置就越高，由此自然風(fēng)效應(yīng)對(duì)超高層建筑產(chǎn)生的作用效應(yīng)就更大。②在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑的結(jié)構(gòu)自重是企業(yè)必須考慮的問(wèn)題，因?yàn)樗P(guān)乎建筑物的穩(wěn)定性。而結(jié)構(gòu)自重與重心位置相關(guān)，隨著建筑樓層不斷升高其重心位置隨之升高，從而結(jié)構(gòu)自重不斷加大，成為強(qiáng)力作用下的薄弱環(huán)節(jié)，比如地震等。
2.2風(fēng)振加速度
風(fēng)力大小與建設(shè)樓層的高低相關(guān)，通常樓層越高其風(fēng)力效果越強(qiáng)，因此在超高層建筑中的風(fēng)力作用特別顯著。但是，人們對(duì)風(fēng)作用的舒適度有一定的感知，若風(fēng)振作用過(guò)強(qiáng)則會(huì)令人產(chǎn)生不適感，從而降低居住品質(zhì)。因此，如何在人體舒適度及風(fēng)振加速度之間權(quán)衡處理是復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的問(wèn)題。而控制好風(fēng)振帶來(lái)的加速度及頂層最大加速度的值是關(guān)鍵，只有將速度值控制在規(guī)定范圍內(nèi)才能降低高強(qiáng)度風(fēng)振造成的影響。此外，圍護(hù)結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)，因?yàn)槌邩菍拥慕ㄖ叨容^大，與圍護(hù)表層相垂直的風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)會(huì)不斷增加，若不適當(dāng)引導(dǎo)風(fēng)向和控制風(fēng)振加速度會(huì)影響建筑物的使用性能。
2.3地基基礎(chǔ)
復(fù)雜高層與超高層建筑的穩(wěn)定性取決于地基基礎(chǔ)的質(zhì)量。進(jìn)行地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及各類地基形態(tài)的要求，只有從實(shí)際出發(fā)，才能設(shè)計(jì)出更科學(xué)、合理的基礎(chǔ)方案。比如：在軟地基上施工時(shí)，應(yīng)采用樁箱基礎(chǔ)或樁筏基礎(chǔ)。其次，針對(duì)不同的地質(zhì)情況還要制定相應(yīng)的基礎(chǔ)措施強(qiáng)化地基強(qiáng)度。比如：深層巖基深入地下100m或以下時(shí)，企業(yè)可以采用地下連續(xù)墻鞏固地基，即采用框格式利用巖層上層的沖積土作為基礎(chǔ)支撐；當(dāng)使用較淺且年輕的巖基時(shí)，可以采用加入混凝土樁基的方式增加基礎(chǔ)支撐強(qiáng)度；假如地基條件不錯(cuò)，那么使用筏形基礎(chǔ)即可。由此可見，對(duì)不同地質(zhì)的地基進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)不同的地質(zhì)形態(tài)選擇不同的組合方案，有利于優(yōu)化地基結(jié)構(gòu)。
3復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析
3.1嚴(yán)格選擇合理的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系
建筑高度不同所采用的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系各不相同。在進(jìn)行復(fù)雜高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)時(shí)，鑒于每層所使用的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系不同，所產(chǎn)生的作用也不同，因此在布置抗側(cè)力構(gòu)件時(shí)要根據(jù)不同的作用科學(xué)部署。其次，合理的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系能夠有效的將各個(gè)結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件融合在一起，使其成為一個(gè)整體。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，企業(yè)要注重結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的整體性�？梢圆捎每蚣苤昂诵耐步M合的形式通過(guò)伸臂桁架連接起來(lái)；或者使用巨型斜撐、環(huán)帶桁架將組合連接在一起，形成一個(gè)大型框架。用以提高復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與整體性。
3.2控制混凝土柱鋼骨含鋼率
目前我國(guó)相關(guān)的技術(shù)規(guī)程、設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定各不相同，所以企業(yè)在設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)根據(jù)建筑物的構(gòu)造來(lái)確定鋼骨含鋼率。雖然相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺乏統(tǒng)一性，但無(wú)論執(zhí)行哪項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，框柱中鋼骨的含鋼率不得低于4%是強(qiáng)制性。所以在進(jìn)行混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)柱箍、縱筋外，還要合理設(shè)置型鋼截面，且含鋼率不得低于4%。
3.3鋼筋混凝土核心筒中型鋼柱的設(shè)置
在鋼筋混凝土核心筒設(shè)置型鋼柱的目的在于提高混凝土外框柱與筒體墻的重力荷載。尤其在強(qiáng)風(fēng)、地震的作用下，筒體外墻需要承擔(dān)的豎向荷載相當(dāng)于近一半樓層面積的負(fù)荷，而鋼筋混凝土核心筒的水平剪力達(dá)到85%以上，若不作強(qiáng)化處理，極易造成建筑傾斜、變形、坍塌等危害。而在鋼筋混凝土核心筒設(shè)置型鋼柱可以防止外框柱豎向變形及確保它們的延性。同時(shí)，設(shè)置型鋼柱的剪力墻即使出現(xiàn)開裂對(duì)承載力影響不大。其次，在鋼筋混凝土核心筒設(shè)置型鋼柱還可以起到抗震設(shè)防的作用。在地震頻發(fā)區(qū)，強(qiáng)震和多發(fā)震感會(huì)使彎矩和剪力急劇上升，而設(shè)置型鋼柱有助于加強(qiáng)剪力墻底部的抗震能力。
3.4提高抗側(cè)剛度
想要提高復(fù)雜高層與超高層建筑的抗側(cè)強(qiáng)度，就要提高鋼筋混凝土核心筒體的剛度。因?yàn)楹诵耐搀w是整個(gè)結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)構(gòu)件，所以筒體墻、外側(cè)墻厚的抗側(cè)剛度關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。其次，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還要保證外框柱截面的設(shè)計(jì)符合軸壓比及承載力的要求。在施工過(guò)程中，常常出現(xiàn)混合結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的框架核心筒、筒中筒的抗側(cè)剛度無(wú)法滿足施工要求，比如層間位移。這時(shí)就需要采用桁架的方式將核心筒和外框筒連接起來(lái)，形成加強(qiáng)層從而使整個(gè)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)風(fēng)度與抗側(cè)剛度迅速提高，滿足施工方面的要求。常用的桁架方式有：在外框、外框筒周圍設(shè)置水平伸臂桁架或環(huán)狀桁架，但水平伸臂桁架要同時(shí)進(jìn)行。同時(shí)，當(dāng)水平伸臂桁架設(shè)置在筒體剪力墻與外框柱之間時(shí)，要注意桁架位置的筒體外框柱和墻定位是否相互對(duì)應(yīng)，且內(nèi)筒體墻的重心和剛心必須與桁架平面重合，只有這樣才能提高整個(gè)結(jié)構(gòu)整體的抗側(cè)剛度。
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