有关高层建筑结构设计的浅谈

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摘要：本文论述了我国高层民用建筑结构设计现状，然后针对高层建筑结构设计原则做了简明分析，并提出了相应的建议和对策。

关键词：高层；住宅建筑；结构设计；问题

中图分类号：TU208文献标识码：A

一、当前我国高层建筑结构设计现状分析

以住宅建筑来看，由于建筑高度不断攀升，从经济适用性和应用普及来看，近几年来，与大多高层商业建筑采用钢结构不同的是：高层住宅建筑结构主体更多采用钢-混结构进行高层建筑的建造和设计。而近几年针对民用高层建筑采用主体结构的是以钢结构还是钢-混结构为主攻方向的争议就没有停止过。推崇钢结构为主攻方向的一部分学者认为：在当前住宅产业化趋势之下推行钢结构具有：材料强度高、自重轻、施工速度快、防潮、抗震性能好，便于安装和拆卸（便于实施产业化住宅实施以及二次优化设计） ，但钢结构存在防火和腐蚀的典型问题，而作为民用建筑住宅的成本来看，钢结构的经济成本较高。

随着近年我国房地产业发展以及国家对抗震等硬性指标的规范，以往砖混结构的住宅正在逐渐被钢-混结构所替代，虽然钢-混结构较之砖混结构成本会高出很多，但在抗震等规范指标下与钢结构主体比较成本要低出许多。这也是近年来我国民用高层住宅建筑多采用钢-混住宅结构的因素之一。

二、高层住宅建筑结构的设计原则

1.结构坚固、耐久

除按荷载大小及结构要求确定构件的基本断而尺寸外，对阳台、楼梯栏杆、顶棚、门窗与墙体的连结等构造设计，都必须保证建筑物构、配件在使用时的安全。

2.应用先进技术

在进行建筑构造设计时、应大力改进传统的建筑方式，从材料、结构、施工等方面引入先进技术、并注意因地制宜。

3.合理降低造价

各种构造设计，均要注重整体建筑物的经济、社会和环境的三个效益，即综合效益。在经济上注意节约建筑造价，降低材料的能源消耗，又要有利于降低经常运行、维修和管理的费用。还须保证工程质量，不能单纯追求效益而偷工减料，降低质量标准，应做到合理降低造价。

4.注意美观大方

建筑物的形象除了取决于建筑设计中的体型组合和立面处理外，一些建筑细部的构造设计对整体美观也有很大影响。例如栏杆的型式、阳台的凸凹、室内外的细部装修，各种转角、收头、交接处的接头设计.都应合理处理.并相互协调，注意美观大方。

三、影响高层民用建筑结构设计的主要因素

1.外力作用的影响

作用在建筑物上的各种外力统称为荷载。荷载可分为恒荷载（如结构自重）和活荷载（如人群、家具、风雪及地震荷载）两类。荷载的大小是建筑结构设计的主要依据。也是结构选型及构造设计的重要基础，起着决定构件尺度、用料多少的重要作用。风载是高层建筑水平荷载的主要因素，风力随着地面的不同高度而变化，在沿江沿海地区，风力影响更大，设计时必须遵照有关设计规范执行。

地震荷载也是主要荷载。地基土的纵波使建筑物产生上下颤动；横波使建筑物产生前后或左右的水平方向的晃动。但这三个方向的运动并不同时产生，其中横波的振动往往超过风力的作用，所以地震力产生的横波是建筑物的主要侧向荷载。地震的大小用震级表示，震级的高低是根据地震时释放能量的多少来划分的，释放能量愈多，地震越大，震级也愈高。故震级是地震的大小指标。

在进行建筑物抗震设计时，是以该地区所定地震烈度为依据，地震烈度是指地震引起的地面震动及其影响的强弱程度。

2.气候条件的影响

我国各地区地理位置及环境不同，从炎热的南方到寒冷的北方，气候条件有许多差异。太阳的辐射热、自然界的风、雨、雷、霜、地下水等构成了影响建筑物的多种因素。有的构、配件因热胀冷缩而开裂；有的部位出现渗漏水现象；有的因室内过冷或过热而妨碍工作等等.放在进行构造设计时，应该针对建筑物所受影响的性质与程度，对各有关构、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保温、隔热、设伸缩缝、设隔蒸汽层等等。以防患于未然。

3.各种人为因素的影响

人们在生产和生活活动中，往往遇到火灾、爆炸、机械振动、化学腐蚀、噪声等人为因素的影响。故在进行建筑构造设计时，必须针对这些影响因素，采取相应的防火、防爆、防振、防腐、隔声等构造措施，以防止建筑物遭受不应有的损失。

四、高层民用建筑结构设计中的主要问题分析

1.框架柱剪力调整

受力需要：框剪结构在小震作用下弹性计算变形协调所得的框架柱剪力较小大震作用下剪力墙筒体及连梁出现裂缝后刚度退化框架柱剪力将大大增加。抗震需要：提高结构二道防线的抗震能力。问题：是否需满足节点力系平衡――调整相连框架梁梁端剪力弯矩。

分析： （1）框架柱偏压，轴压比控制，配筋一般由构造控制，剪力调整――柱承载能力未能得到有效提高； （2）框架梁纯弯，梁端弯矩调整，配筋成比例调整，增大剪力调整――梁承载能力得到明显提高； （3）实际结构承载能力向强梁弱柱方向发展，不利于整体结构强柱弱梁延性抗震； （4）台湾、日本、美国震害表明，整浇楼盖的钢筋混凝土结构的竖向构件墙柱破坏严重，楼盖梁板一般未出现破坏。

建议和对策：

（1）小震作用下柱剪力调整十分必要； （2）不必拘泥于地震作用下框架节点力系平衡； （3）不必调整相连框架梁梁端弯矩剪力。

2.框架柱轴压比控制

抗震受力延性需要：避免大震作用下框架柱压屈脆性破坏。现行规范框架柱轴压比限值(抗震规范6.3.6条或高规6.4.2条)：

分析：地震作用下，中柱所受轴力较小，边柱、角柱所受轴力较大，尤其角柱迭加斜向扭转作用所受轴力最大。建议和对策：框架中边、角柱轴压比控制宜参照1984年高层建筑结构学组《高层建筑结构设计建议》区别对待适当调整，中柱适当放松，边柱不变，角柱适当从严。建议框架柱轴压比限值：

3.框支框架倾覆弯矩控制

背景：现行规范规定框剪结构，控制框架结构承受倾覆弯矩≤50%整体结构倾覆弯矩。现行规范尚未提及框支框架结构承受倾覆弯矩的控制。美国、日本、台湾震害表明带转换层结构主要破坏形态为大震[5]。作用下筒体剪力墙连梁开裂后，框支柱承受轴力过大，压屈破坏。建议及对策：对带转换层高层建筑结构，增加地震作用下框支柱轴力。水平量化控制――控制框支框架结构承受倾覆弯矩≤50%整体结构倾覆弯矩。效果：有利于落地墙，筒体加强。有利于减轻框支柱受力，提高结构抗震，抗倒塌能力。

4.地基基础设计

地基基础设计控制的要素：控制长期重力荷载作用下地基基础的变形及其差异变形；满足重力荷载水平荷载组合作用下地基基础承载能力要求。建议和对策：强化中央区，弱化边缘区。减小重力荷载作用下地基基础最大沉降及盘式差异。沉降斜率，改善结构工作性能，提高结构安全度。经济合理。

5.结构扭转变形控制

计算原则：采用材料弹性，楼盖刚性的计算假定。采用水平地震作用下楼盖角点竖向构件水平层间位移。建议和对策：宜用第1振型，不宜用振型组合。双向作用宜参考IBC采用另向效应的30%计，不宜采用均方根法。

五、总结

针对高层民用建筑结构的设计原则以及影响高层民用建筑结构设计的主要因素进行了具体的分析，从而对影响民用建筑结构设计的这些具体问题进行了有效的控制和施工中进行结构设计的一些建议，以期能为更多同业者提供一些参考和帮助。