试析高层建筑结构设计的若干问题

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摘 要：随着建筑事业的发展，高层建筑越来越多，而建筑层次和复杂程度的增加，给结构设计提出的要求也越来越高。这就要求我们设计人员认真地学习规范，研究现行高层建筑结构设计中值得注意的问题，通过理论知识的提升，有效地把握住工程结构设计的要点，努力做到让结构更安全、更合理。

关键词：高层建筑；结构设计；原则；控制参数

中图分类号：TU208文献标识码： A

1 高层建筑结构的主要特征

高层建筑结构不仅要承受由于外界环境的风力产生的水平方向的压力，同时还要承受在垂直方向的重力荷载，同时对于地震的抵抗能力也有要求。一般的低层建筑结构受到水平方向上的影响程度比较低.但是对于那些高层建筑，外界风力产生的水平方向的荷载和地震的影响则是其受到的主要影响因素。另外，随着建筑物的高度不断增加，高层建筑的水平位移也不断增大。但是对于高层建筑来说，如果存在过大的侧移，不但会影响到居住舒适度，同时使得建筑物的安全性受到影响。

2高层建筑的结构体系可以按以下分类

2.1框架结构体系――因其抗侧刚度较小，多用于中、小高层办公建筑。

2.2剪力墙结构体系――由于其通过建筑墙体承担竖向和侧向荷载，抗侧刚度远大于框架结构，故常用于高层住宅和高层公寓。

2.3框架 - 剪力墙结构体系――其抗侧刚度介于二者之间，且具有二者的优点，使用范围极广。

2.4框架 - 剪力桁架结构体系――常见于钢结构高层建筑，主要由后者承担侧向荷载。

2.5框架 - 核芯筒结构体系――由建筑内部剪力墙组成的核芯筒和外部框架组合而成，外框架承担竖向荷载，核芯筒承担侧向荷载。

2.6筒中筒结构体系――由钢筋混凝土内外筒体组成共同承担竖向和侧向荷载。

此外，还有斜交网格结构体系!成束筒结构体系、内填支撑筒结构体系、对角支撑筒体结构体系、空间桁架结构体系、内部对角支撑桁架结构体系、巨型框架结构体系等。众多的结构体系可供结构工程师选择，选取一种或几种体系作为备选，是概念设计时应该确定的。在初步设计时，通过精心的结构计算和技术经济比较选定最经济合理的结构体系。

3 高层结构设计的控制参数

基本选定结构方案后，紧接着就是高层结构设计的核心部分――结构计算。首先，根据所选取的结构体系，选用准确的结构模型和选取正确的结构设计软件。其次，结构计算开始前，设计人员先要根据规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述，以及根据工程的实际情况，对结构参数和特殊构件进行正确设置。

3.1结构参数（部分）的确定

混凝土容重宜取 27~30。结构构件梁、柱、剪力墙等考虑粉刷或装饰面层后的容重应大于 25kNm3，如考虑20 厚砂浆粉刷，当柱截面为 400×400 时，γ= （4402-4002）×20/4002+25=4.2+25=29.2，当柱截面为时600×600，γ=（6402-6002）×20/6002+25=2.7555+25=27.8，如柱截面1000×1000，γ=（10402-10002）×20/10002+25=1.632+25=26.632，梁 250×500（板厚按 100mm 计）：γ=（290+420-250×400）×20/ （250+500）+25 =3.488+25=28.5，梁 300×800 （板厚按100mm 计）：γ=（340×720-300×700）×20（300×800）+25=2.9+25=27.9，剪力墙厚200：γ=40×20/200+25=4+25=29，剪力墙厚 300：γ=40×20/300+25=2.67+25=27.67，可见，梁、柱、剪力墙截面尺寸越小容重越大，如贴面砖、花岗石，容重还要加大，设计人员应综合考虑工程梁、柱、剪力墙的截面尺寸大小及面层材料，确定一个较合适的混凝土容重值。

3.2高层结构设计中各控制参数的选取直接影响结构的安全性、合理性等。因此，合理的选取各控制参数，有助于提高结构整体控制的效率，也有助于使结构设计更加安全、经济合理。

（1）轴压比

限制结构的轴压比，以保证结构的延性要求。当不满足规范要求时可以通过增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度的办法调整。

（2）剪重比

限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全。当偏小且与规范限值相差较大时，可通过增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。

（3）刚重比

规范上限主要用于确定重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应是否可以忽略不计。当不满足规范下限要求时，可以通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。

（4）层间位移角

限制结构在正常使用条件下的水平位移，确保高层结构应具备的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。当不满足规范要求时，只能通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。

（5）层间位移比

限制结构平面布置的不规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。当不满足规范要求时，可以改变结构平面布置，减小结构刚心与质心的偏心距达到规范要求。

（6）周期比

限制结构的抗扭刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结构产生的不利影响。当不满足规范要求时，只能通过调整改变结构布置，提高结构的抗扭刚度。

（7）刚度比

主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层。当不满足规范要求时，可以适当加强本层墙、柱和梁的刚度，或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度以满足要求。

4高层建筑结构设计的基本原则

4.1 选择合理的基础方案

对于高层建筑来说，其结构基础设计是按照高层建筑的地质条件选择合理的基础设计。设计人员应综合分析高层建筑的结构类型和荷载分布情况。还要考虑具体的施工条件以及相邻的建筑物的影响作用等各种因素，在综合分析的基础上选择科学合理的基础方案。

4.2 选择合理的计算简图

高层建筑结构是在计算其简图基础上进行的结构设计的计算。一旦选择不合理的计算简图，则就很容易造成由于结构不合理而引发一些安全事故。因此,高层建筑结构设计安全保证的前提条件就是选择合理的计算简图。

4.3 选择合适的计算工具

随着现代科技的不断进步，计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。因此，建筑设计工作对于计算结果也有了更高精度的要求。

目前，市场上存在着各种各样的计算软件，采用不同的软件可能会得到不同的结果。因此，建筑结构设计人员需要在全面地了解此类辅助软件的使用范围和条件的前提下，选择合适的辅助软件进行计算工作。

4.4 采取相应的构造措施

高层建筑的结构设计应始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉原则”。应强薄弱部位，注意钢筋的锚固长度和构件的延性性能等因素的影响。

4.5 选择合理的设计方案

一个合理的结构设计方案一定是满足经济性的要求，同时还要满足结构体系和结构形式的要求。一般来说，结构体系的要求是传力简单，受力明确。

5高层建筑结构设计过程中应注意的问题

5.1高度问题

对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。

5.2材料的选用和结构体系问题

由于结构以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。

5.3轴压比与短柱问题

在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小，则结构的延性就差，当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。

5.4在某些烈度区采用较低的抗震措施与构造措施

现在许多专家学者提出，现行的建筑结构设计安全度己不能适应国情的需要，认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。

5.5嵌固端的设置问题

由于高层建筑一般都带有两层或两层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面：抗震设计的多高层建筑，当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。地下室中超出上部主楼范围且无地上结构的部分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。

5.6短肢剪力墙的设置问题

短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙。近年兴起的短肢剪力墙结构，虽然有利于住宅建筑布置，也可减轻结构自重，但在高层住宅中，剪力墙肢不宜太短，因为短肢剪力墙的抗震性能较差，地震区应用经验不多，为安全起见，高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。

6 结束语

总而言之，高层建筑的结构设计是个全面、系统的工作，它需要扎实的理论知识功底、严肃认真负责的工作态度和灵活创新的思维。同时还要密切配合其它专业的设计工作，在工作中做到事无巨细，善于总结和反思工作中的经验教训。

参考文献：

[1]王续晶. 高层建筑结构设计问题探讨[J]. 价值工程. 2011.

[2]肖燕武. 浅谈建筑结构设计的安全度[J]. 科技创新导报. 2007.

[3]惠渊峰. 浅议建筑结构设计中应注意的问题[J]. 经营管理者.2011.

[4]于险峰.高层建筑结构设计特点及其体系[J].建筑技术.2009.

[5]赵西安.现代高层建筑结构设计[M].科学出版社.2008.