關(guān)于高層建筑與高層建筑設(shè)計相關(guān)問題的探討

姜中堂 廖寶輝

摘 要：隨著我國高層建筑技術(shù)的迅速發(fā)展，高層建筑已經(jīng)成為我國城市空間中不可缺少的元素。本文作者結(jié)合多年從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)驗，主要就高層建筑及高層建筑設(shè)計相關(guān)問題進行了一些簡單探討，希望能對相關(guān)從業(yè)人員有一些幫助。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；布置原則；控制參數(shù)

中圖分類號：TU2文獻標識碼：A

1 引言

1.1高層建筑的定義

超過一定層數(shù)或高度的建筑將成為高層建筑。高層建筑的起點高度或?qū)訑?shù)，各國規(guī)定不一，且多無絕對、嚴格的標準。

（1）?我國對高層定義?。在我國，舊規(guī)范規(guī)定：8層以上的建筑都被稱為高層建筑，而目前，接近20層的稱為中高層，30層左右接近100m稱為高層建筑，而50層左右200m以上稱為超高層。在新《高規(guī)》即《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3－2002）里規(guī)定：10層及10層以上或高度超過28m的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)稱為高層建筑結(jié)構(gòu)。當建筑高度超過100m時，稱為超高層建筑。我國的房屋一般8層以上就需要設(shè)置電梯，對10層以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火規(guī)范，因此我國的《民用建筑設(shè)計通則》（GB 50352—2005）、《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50045-95）將10層及10層以上的住宅建筑和高度超過24m的公共建筑和綜合性建筑劃稱為高層建筑。（2）?國外對高層定義。在美國，24.6m或7層以上視為高層建筑；在日本，31m或8層及以上視為高層建筑；在英國，把等于或大于24.3m得建筑視為高層建筑。

1.2高層建筑的發(fā)展

1885年出現(xiàn)第一幢高層建筑-----芝加哥家庭保險大樓，框架結(jié)構(gòu)，10層55M。到1989年，全世界10幢超過300M的高層建筑中，美國有9幢。英、法兩國高層建筑占城市建筑的40%左右。據(jù)國外有關(guān)資料介紹，9--10層的建筑比5層的節(jié)約占地23—28%，16—17層的建筑比5層的節(jié)約用地32—49%。

由于高層建筑的受力和變形狀態(tài)十分復(fù)雜，因此其設(shè)計與施工需要考慮的因素很多，涉及許多學科和部門，而且隨著層數(shù)和高度的逐漸增加，它的建筑難度也越來越大。高層建筑的高度競爭，實際是整個建筑科學技術(shù)和人才的競爭，它不僅反應(yīng)一個國家科學技術(shù)水平，而且也反應(yīng)一個國家精神文明、物質(zhì)文明和經(jīng)濟發(fā)展程度和水平。與此同時，高層建筑的高度競爭，必將不斷推動和促進整個建筑科學、建筑材料和設(shè)備的發(fā)展，改變傳統(tǒng)的設(shè)計概念、計算理論和施工方法，從而使現(xiàn)代高層建筑日臻完善，適應(yīng)世界城市化的發(fā)展，滿足人們的需求?，F(xiàn)在，高層建筑的發(fā)展已成為歷史的必然和時代的潮流。

1.3我國高層建筑的特點

（1）層數(shù)增多，高度加大。

（2）結(jié)構(gòu)體系日益多樣化。 懸挑結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)。

（3）平面布置與豎向體型更加復(fù)雜。常用不對稱、曲線型平面(城市規(guī)劃、建筑功能的要求，計算機的廣泛應(yīng)用)。在豎向布置上，一方面豎向體型趨于多變，階梯形內(nèi)收、上部樓層外挑

2 高層建筑結(jié)構(gòu)體系簡介

目前，高層建筑基本上都是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)等，其中在高層住宅建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)使用較多。

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，作為豎向承重和抵抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通常采用平面布置形式，由于剪力墻受豎向荷載和水平荷載共同作用，剪力墻應(yīng)雙向或多向布置。由于該結(jié)構(gòu)全部由剪力墻組成，其剛度比框架剪力墻結(jié)構(gòu)更好，常用于 40 層以下的高層住宅建筑等。該結(jié)構(gòu)高寬比不宜大于6，其高度應(yīng)考慮抗震要求。

2.2 框架剪力墻結(jié)構(gòu)

框架剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻組合而成的結(jié)構(gòu)體系。其中剪力墻承受絕大部分水平荷載，框架承受豎向荷載，兩者共同受力，合理分工。剪力墻應(yīng)均勻布置在建筑物的周邊、電梯間、平面形狀變化較大和豎向荷載較大等部位。由于該結(jié)構(gòu)以框架結(jié)構(gòu)為主，剪力墻為輔助，因此，該結(jié)構(gòu)體系適用于 25 層以下的建筑，最高不宜大于 30 層。

3高層建筑各部位設(shè)計要點

3.1梁柱受力主筋位置的設(shè)計 一是節(jié)點設(shè)計原則：框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則是“強剪弱彎、強柱弱梁”，首先保證框架受力主筋的位置。 二是解決方法：（1）框架梁主筋在框架柱內(nèi)側(cè)通過。（2）為保證框架梁的截面尺寸，在框架梁靠近柱側(cè)四角增加4根鋼筋作為架立鋼筋。

3.2墻梁節(jié)點鋼筋設(shè)計

一是節(jié)點設(shè)計的原則。根據(jù)固定端框架梁的彎距形式，框架梁在支座位置上鐵受拉，下鐵受壓；墻體暗梁或過梁受扭，盡量保證暗梁或連梁箍筋的完整性。

二是解決方法：（1）過梁下鐵設(shè)置不超過六根主筋分為兩排布置，框架梁下鐵布置在過梁下鐵第一排和第二排鋼筋之間且框架梁的接頭位置全部位于支座附近，接頭按照50%的比例錯開。（2）框架梁上鐵直接擱置在過梁上鐵上，保證框架梁主筋的錨固長度滿足規(guī)范要求。根據(jù)GB50204-2000規(guī)范中規(guī)定，過梁的箍筋尺寸取負誤差，框架梁箍筋的尺寸取正誤差，從而保證過梁和框架梁保護層厚度。（3）將過梁或暗梁截面降低或減小5cm，框架梁上鐵直接錨固在過梁上，保證框架梁及樓板鋼筋的保護層的厚度。 3.3主梁論文秘籍網(wǎng)

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和次梁節(jié)點注意的問題 在框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，主梁和次梁的節(jié)點非常重要，主次梁鋼筋的設(shè)計位置就成為我們關(guān)注的焦點。根據(jù)常規(guī)做法，次梁上鐵鋼筋在主梁鋼筋之上，板筋在次梁主筋之上，如果主次梁節(jié)點鋼筋設(shè)計不合理，就會造成板筋或次梁上鐵鋼筋保護層厚度過小，不利于結(jié)構(gòu)的抗震。 3.4高層建筑結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計

高層建筑的防火設(shè)計，必須遵循“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的消防工作方針，針對高層建筑發(fā)生火災(zāi)的特點，立足自防自救，采用可靠的防火措施，做到安全適用、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理。

4高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制參數(shù)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中各控制參數(shù)的選取直接影響結(jié)構(gòu)的安全性、合理性等。因此。合理的選取各控制參數(shù)，有助于提高結(jié)構(gòu)整體控制的效率，也有助于使結(jié)構(gòu)設(shè)計更加安全、經(jīng)濟合理。

4.1 軸壓比

限制結(jié)構(gòu)的軸壓比，以保證結(jié)構(gòu)的延性要求。當不滿足規(guī)范要求時可以通過增大該墻、柱截面或提高該樓層墻、柱混凝土強度的辦法調(diào)整。

4.2 剪重比

限制各樓層的最小水平地震剪力，確保周期較長的結(jié)構(gòu)的安全。當偏小且與規(guī)范限值相差較大時，可通過增強豎向構(gòu)件，加強墻、柱等豎向構(gòu)件的剛度的辦法調(diào)整。 4.3 剛重比：規(guī)范上限主要用于確定重力荷載在水平作用位移效應(yīng)引起的二階效應(yīng)是否可以忽略不計。當不滿足規(guī)范下限要求時，可以通過調(diào)整增強豎向構(gòu)件，加強墻、柱等豎向構(gòu)件的剛度的辦法調(diào)整。

4.4 層間位移角

限制結(jié)構(gòu)在正常使用條件下的水平位移，確保高層結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求。當不滿足規(guī)范要求時，只能通過調(diào)整增強豎向構(gòu)件，加強墻、柱等豎向構(gòu)件的剛度的辦法調(diào)整。

4.5 層間位移比

限制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性，以避免產(chǎn)生過大的偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。當不滿足規(guī)范要求時，可以改變結(jié)構(gòu)平面布置，減小結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心的偏心距達到規(guī)范要求。

4.6 周期比

限制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱，使結(jié)構(gòu)具有必要的抗扭剛度，減小扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。當不滿足規(guī)范要求時，只能通過調(diào)整改變結(jié)構(gòu)布置，提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。

4.7 剛度比

主要為限制結(jié)構(gòu)豎向布置的不規(guī)則性，避免結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變，形成薄弱層。當不滿足規(guī)范要求時，可以適當加強本層墻、柱和梁的剛度，或適當削弱上部相關(guān)樓層墻、柱和梁的剛度以滿足要求。

5 結(jié)束語

本文筆者結(jié)合多年從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作經(jīng)驗，通過對高層建筑的定義、發(fā)展、結(jié)構(gòu)體系以及設(shè)計內(nèi)容等方面的介紹，引申出了高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中一些控制參數(shù)的使用，如軸壓比、位移比、剛度比等的作用及調(diào)整方法。同時，在高層建筑各部位設(shè)要點中指出了在設(shè)計中應(yīng)注意的一些問題并提出了相應(yīng)措施，可為相關(guān)人員參考。