对高层建筑结构设计中若干问题的探讨

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摘要：随着高层建筑的快速发展，如何做好高层建筑的结构设计，解决可能出现的问题，是设计人员面临的一个重要课题。本文结合笔者多年的工作经验，对高层建筑设计中常见的问题从框架柱截面大小的选择、剪力墙连梁设计和提高结构重要部分延性三个方面作了一些简单的探讨。

关键字：高层建筑；结构设计；分析

由于社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，建设用地日趋紧张和城市规划的需要，使得城市建筑物不断向高层发展，同时高层建筑结构体系也变得越来越复杂，这就需要设计人员在进行高层建筑结构设计时依靠自己掌握的知识、根据具体情况来分析和解决可能遇到的各种问题。

一、.框架柱截面大小的选择

对于框架柱而言，轴压比越小在往复水平上荷载下的滞回曲线也会越丰满，即耗能能力越大，延性就愈好。而对于柱净高与截面高度的比值小于4的短柱，在往复水平荷载作用下其滞回曲线呈较瘦的反S形，耗能能力降低、延性较差，呈剪切破坏。

高层建筑的底部柱，由于对轴压比值有要求，因此往往会将柱截面取得很大，但是由于受到层高的限制就使得框架柱成为了短柱。在实际的结构设计时，要确定截柱面的大小要注意以下几点：一、框架柱的截面首先必须满足规范轴压比的需要，从而为结构的竖向承载力和底板的抗冲切承载力提供保障。而对于形成的短柱，则可以通过增加体积配箍率或是沿着柱身增加箍筋达到提高延性的效果；二、采用钢管混凝土柱、劲钢混凝土柱或是高强混凝土柱；三、柱的轴压比必须满足规范限制，轴压比过大则结构的延性无法得到保证，过小又会造成结构的经济技术指标较差。

在同一楼层内的各个柱的截面差异要尽可能小，保证每个柱的刚度相等。在实际的高层建筑中，有些是根据柱负荷面积来选择柱截面大小的，中柱截面较大角柱截面较小，导致在同一楼层特别是建筑底部会长短柱都存在的现象。一旦遭遇地震，很容易因构建刚度和受力大小的不同而遭到破坏。因而在高层建筑中，应该尽量的三排柱结构设计方案。

在框筒体系或是框架体系中，角柱的受力应该比别的柱差。这主要是因为：一、在双向刚接框架中，由于受到重力荷载作用，角柱已经处在双向受弯状态；二、在高层建筑中，由于水平荷载会引起较大的倾覆力矩，当框架整体弯曲时，角柱会承受较大的附加轴力。三、建筑结构的刚心和质心是不可能达到完全的重合的，在结构的扭转振动过程中，角柱会产生相对较大的侧移。因此，为了防止角柱遭遇扭转变形或是弯压变形吗，柱截面不宜过小，同时还要加密箍筋，起到增加受压区混凝土约束的作用。

二、.剪力墙连梁设计

在高层建筑结构设计中，与剪力墙相连并且允许开裂可作刚度折减的梁称作连梁。在剪力墙结构中，诸多的因素会制约连梁的设计，相连墙肢刚度和连梁跨高比等因素也会影响连梁的内力和结构抗侧力刚度。联系墙肢的连梁，不仅会影响剪力墙的受力，而且其本身的受力条件也比较复杂。一旦连梁遭到了破坏，会造成连肢墙的各墙肢之间失去约束，变成几个单独受力的墙体，会加大整片剪力墙的水平位移，降低剪力墙的承载力。相关的试验表明，连梁设计在连肢墙中是非常重要的，连梁的破坏最终会导致剪力墙承载能力的丧失。

按照《建筑抗震设计规范》的要求，最好选用跨高比较大的连梁，按常规设计方法配筋，进行截面抗剪设计，减少其剪切破坏，保证连梁的延性。一般来说，连梁较大的剪切变形会导致斜裂缝，这些斜裂缝在反复荷载作用下会变成沿梁跨的对角线状，使连梁的抗剪能力减弱。为了避免剪切破坏，连梁需具有足够数量的抗剪箍筋和截面尺寸。

如果连梁跨高比较小而刚度较大，吸收的地震力比较多，就会造成连梁超筋，连梁的约束弯矩和剪力过大，导致连梁抗剪能力无法满足规范对连梁剪压比的限值，连梁遭遇脆性破坏。在剪力墙结构设计中，必须坚持的原则就是强墙弱连梁，对连梁的刚度要进行折减，降低其抗弯能力。如果折减后，连梁的抗剪能力仍然无法满足剪压比限制时，可以采取调整剪力墙墙肢内力、设置斜撑、双连梁等措施解决问题。

三、重点提高结构重要部位的延性

为了提高高层建筑的抗震能力和抗倒塌能力，在结构设计时应该尽可能的提高所有构件的延展性。但是在具体操作中，想要完全做到这一点是不切实际的。因而，通常会选择提高结构中重要构件或是某些构件中的一些关键部位的延性。

在竖向结构对于刚度沿高度均匀分布、结构比较简单的高层建筑，在提高延性时主要侧重于底部构件；对于底盘较大的高层建筑，在结构设计时应该着重提高主楼和裙楼屋面相衔接处构件的延性；对框支结构则要重点加强底部几层或是底层框架的延性；而对于那些不规则立面的高层建筑，要注意提高形体突变处构件的延性。

在结构平面位置上，应该注意建筑周边转角处、平面突变处和复杂平面各翼相接处构件的延性；对偏心结构，则主要是加大建筑物周边特别是刚度较差一侧构件的延性；对那些有多道抗震防线抗侧力构件，在结构设计时要着重加大第一道防线构件的延性。

随着高层建筑的快速发展，在高层建筑的结构设计中都可能会遇见各种问题。这就需要工程设计人员不断的提高自身的知识和业务能力，结合高层建筑工程的具体状况，对结构设计中的各项问题进行合理分析和科学判断，并运用恰当的方法进行处理和完善，保证高层建筑结构的设计质量。

参考文献：

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[3] 苏英. 高层建筑结构设计的几个问题[J]. 科技信息(学术研究), 2007, (16)