關于高層建筑結構設計常見問題分析

摘#8195;要 針對目前我國高層建筑結構設計中存在的一些問題，筆者結合自己親身經歷的多個工程設計為例，對我國高層建筑結構設計中的此類常見問題做了分析，旨在與同行交流。

關鍵詞 高層建筑；結構設計；常見問題；分析

中圖分類號 TU 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0152-01

面對日益緊張的土地資源，高層建筑在城市里如春筍般一夜之間拔地而起，高層建筑結構設計的合理與否，決定著高層建筑的性能，這就需要高層建筑結構設計人員不斷提升自身的設計能力和水平。

1 高層建筑結構設計概述

由于高層建筑具有層數多、高度高的特點，隨著層數的增多，設計過程中主要控制好豎向的結構體系。這是由于垂直荷載越大就需要越大的墻和柱，且側向力造成的剪切變形和傾覆力矩就會越大。就側向荷載與豎向荷載相比而言，前者對建筑物的效應并不是線性增加，而是隨高度增高而增大。比如在一切條件相同的情況下，同時受到風荷載的作用，建筑物用地基底所手的傾覆力矩通常與建筑物高度的兩次方成正比例關系而建筑物頂部的側向位移與建筑物高度的四次方成正比例關系，其地震作用效用更為明顯。高層建筑不僅要抗剪，還要注重還應注重整體抗彎及抵抗變形。因此，高層建筑與低層建筑的結構受力性能有著很大的差異。

2 高層建筑結構設計中的常見問題分析

2.1 高層建筑結構選型設計階段

結構工程師在選型設計階段應注意以下幾個方面。

1）結構規(guī)則性方面。新舊規(guī)范在結構規(guī)則性方面的內容有了很大的變動，新規(guī)范在結構規(guī)則性方面增加了很多限制條件，比如平面規(guī)則性、嵌固端上下層剛度比等信息，并明確指出建筑不得采取嚴重不規(guī)則的建筑設計方案。基于此，作為結構工程師必須遵守新規(guī)范中的限制條件，還應注意避免后期的施工圖設計工作出現被動。

2）結構超高方面。現行的抗震規(guī)范和高規(guī)中，就結構總高度有著嚴格的限制，特別是新規(guī)范中就以往超高方面的問題，不僅把原有限制高度設為A級高度建筑，還增添了B級高度建筑。所有，就結構的此項控制因素必須嚴格注意，只要結構是B級甚至超過了B級高度建筑，則意味著設計方法與處理措施都會發(fā)生很大的變化。而在實際結構設計過程中，經常出現因結構類型變更而忽略了這一問題，導致施工圖難以通過審查，要么重新設計要么開專家辯證會議，這些對工程的造價和工期等具有巨大的影響。

3）設置嵌固端方面。高層建筑通常都有兩層或兩層以上的人防和地下室，人防頂板和地下室頂板都有可能是嵌固端的設置點。而就這個問題，結構設計師通常疏忽了嵌固端設置而帶來的一些需要注意的問題，比如，嵌固端的樓板設計問題，嵌固端上下層的剛度比限制、嵌固端上下層的抗震等級是否一致性，此外，還有在進行建筑結構整體計算時如何設置嵌固端、抗震縫以及嵌固端位置如何協調等多方面的問題，若忽略任意一方面的問題都將給后期工作帶來安全隱患。

4）設置短肢剪力墻方面。在新規(guī)范內容中，就短肢剪力墻定義為墻肢截面高厚比5～8的墻，并結合實際經驗和實驗資料，在高層建筑中應用短肢剪力增添了很多限制，因此，肢剪力墻比普通剪力墻抗震等級要提高一級，這樣會導致建筑成本提高，但短肢剪力墻對使用上有很大的便利?；诖耍诟邔咏ㄖY構設計中，作為結構工程師對于短肢剪力墻結構體系也不能全部否定，應該有所比較的選擇，看主要注重哪一方面，再來選擇結構體系。

2.2 高層建筑地基基礎設計階段

地基基礎設計階段成果的好壞直接對后期設計工作有著重大的影響，更是工程造價的決定性因素。所以在地基基礎設計階段，所出現問題將會更加嚴重甚至損失無法估量。由于我國地域遼闊，地質條件及其復雜，我國的相關地基基礎設計標準難以符合每個地區(qū)的需要，因此，應注意一些地方性的地基基礎設計規(guī)范問題，這樣不僅能搜羅多個地方的地基基礎類型與設計處理手段等成熟經驗規(guī)定和描述的更為詳盡。因此，在高層建筑地基基礎設計階段，一定要深入學習地方性的規(guī)范，從而避免給整個建筑結構設計以及后期設計工作造成重大影響。

2.3 高層建筑結構計算和分析階段

在高層建筑結構計算和分析階段，只有準確高效的分析工程內力，并結合規(guī)范要求進行處理與設計，才能確保工程設計質量。新規(guī)范就高層建筑結構計算和分析方面的內容進行了大量的調整和改進，基于此，筆者建議，作為結構工程師應注意以下幾方面問題。

1）如何選擇結構整體計算軟件。當前，結構整體計算軟件通常有TAT、SATWE、TBSA、SAP、ETABS等軟件。然而，這些軟件在計算模型采用時存在一些差距，從而造成各計算軟件的結構有著不大不小的區(qū)別。因此，在選擇結構整體計算軟件時，應結合結構類型及計算軟件模型的特點進行分析，選擇切實可行的計算軟件，并根據不同的計算軟件的計算結果，判定該軟件的合理性、參考性或沒有任何實際價值的，這些都是結構工程師必須進行的首要設計工作。一旦選擇的軟件不合理，不僅會造成大量的時間和精力的浪費，還給結構帶來了重大安全隱患。因此，只有選好結構整體計算軟件，才能基本保障建筑結構的安全。

2）考慮地震力是否需要放大以及建筑隔墻給自振周期帶來的影響。在新舊規(guī)范內容中，就地震力是否需要放大以及建筑隔墻給自振周期帶來的影響都有提及。不同的是在新規(guī)范結合大量工程的實際測量周期，并就多種結構體系下的高層建筑結構的自振周期折減系數也有了明確的指出。

3）考慮振型數目足夠與否。在新規(guī)范內容，新增了振型參與系數這一新概念，并對其參數有了明確的限值。而在舊的規(guī)范內容中，并為提及振型參與系數這一概念，即使有這一概念，也沒有就其參數設置限值，即使設置了也難以符合新規(guī)范的設計要求。基于此，在高層建筑結構計算和分析階段，必須針對計算結果中這一參數的結果進行準確判斷，并決定振型數目的取值是否需要調整。

4）考慮是否分開計算多塔間地震周期相互干擾、近年來，我國涌現了很多底盤大、塔樓多的新型高層建筑類型。作為建筑結構層工程師，必須分析是把結構作為整體并根據多塔類型計算，還是把結構人為的分開而計算。假如多塔之間的剛度相差很大，就容易導致即使振型參與系數達標，但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大，從而給結構帶來安全隱患。

5）考慮如何做好非結構構件的計算與設計。在高層建筑結構設計過程中，通常存在很多因為建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。針對這一部分內容，特別是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大。因此，必須嚴格根據新規(guī)范中增加的非結構構件的計算處理措施而進行設計。

3 結束語

綜上所述，在高層建筑結構設計工作中，結構工程師不但要注重結構計算的精確性，還要注重高層建筑結構方案的具體情況，選擇合理的結構設計方案，并結合實際情況，認真處理好設計過程中出現的問題。

參考文獻

[1]謝琳琳.關于高層建筑結構選型決策的研究[D].重慶:重慶大學，2001.

[2]鐘國華.高層建筑結構設計及某工程結構選型探討[D].重慶:重慶大學，2006.