關于高層建筑結構設計要點

趙香果

【摘 要】隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國設計規(guī)范中規(guī)定的設計標準在有些方面值得商榷。通過工程界無數(shù)人員的長期摸索和不懈努力，建筑工程的結構設計方法已經(jīng)逐漸走向了成熟，尤其是在將概率論成功引入之后，建筑工程結構可靠度設計也取得了質的變化和突破性的進展。文章對建筑工程結構可靠度設計的方法進行探討，供同行參考。本文介紹了高層建筑結構設計特點，并簡要闡述了高層建筑結構體系特點及幾種體系相對應的分析方法，僅供參考。

【關鍵詞】高層建筑；結構設計；要點

引言

現(xiàn)代建筑的結構設計工作的效率與質量要求越來越嚴格，出現(xiàn)了高度越來越高、層數(shù)越來越多、結構體系越來越復雜的新特點。建筑結構的設計應對各方面的因素與條件進行綜合考慮，應用先進的設計理論、模式與方法，對設計方案不斷完善，從而提供給工程項目建設必須的技術文件，好的結構設計方案不但要兼具經(jīng)濟性、可行性和合理性等特征而且要具有相當?shù)囊?guī)范標準與技術準繩的要求，專業(yè)的設計人員必須加強理論知識的研究與專業(yè)知識的學習，這樣才能全面提升和有效促進建筑結構設計的質量。

一、高層建筑結構設計的意義及依據(jù)

1概念設計的意義

高層建筑能做到結構功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進的設計.發(fā)揮結構的功能并取得與經(jīng)濟性的協(xié)調，更好地解決構造處理，用概念設計來判斷計算設計的合理性。

2概念設計的依據(jù)

高層建筑結構總體系與各分體系的工作原理和力學性質，設計和構造處理原則，計算程序的力學模型和功能，吸取或不斷積累的實踐經(jīng)驗。

二、高層建筑結構設計體系

1結構的規(guī)則性問題

新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動，新規(guī)范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案”。因此，結構工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。

2結構的超高問題

在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對結構的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設計中，出現(xiàn)過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當巨大。

3嵌固端的設置問題

由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了自嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協(xié)調等等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

4短肢剪力墻的設置問題

在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。

三、高層建筑結構設計要點

1地基與基礎設計

高層建筑結構中地基是建設施工的基礎。建筑設計師在進行高層建筑結構設計的過程中要對建筑地基進行全面了解，要對建筑結構和建筑環(huán)境進行全面分析，確保將環(huán)境和施工有效結合在一起，提高設計的可實行性。我國的建筑環(huán)境差異較大，地質情況各不相同，因此在進行設計的過程中設計人員要對地質狀況進行深入研究，確保施工順利進行。設計人員要首先對地質水位進行勘探，對地質數(shù)據(jù)、上層結構類型、使用功能、施工條件進行綜合考慮。其次要對周圍建筑環(huán)境安全進行研究，觀察建筑物沉降或傾斜狀況。最后要對建筑物設置位置及標高進行了解，對建筑施工科學性進行分析，確保施工順利進行。

2水平荷載問題

施工的過程中影響建筑質量的因素主要有：垂直荷載、風力產(chǎn)生的水平荷載、地震抵抗力等。水平荷載對建筑質量起決定性作用。水平荷載是建筑結構設計的主要控制因素，其在樓房自重及樓面自重等方面具有非常好的結構控制效果，可以對樓房結構進行傾覆，加強建筑豎構件的作用力。設計人員要對水平荷載的大小和方向進行分析，對水平荷載可能導致的高層建筑結構問題進行預防和控制，加強對建筑結構的強化效果，減少水平荷載造成的建筑結構問題。

3結構側移問題

側移問題是當前高層建筑設計中的關鍵影響因素。在高層建筑結構中，水平荷載作用可以導致高層結構向側面變形，導致建筑結構出現(xiàn)側移。因此，設計人員要對結構強度進行有效控制，加強對風荷載作用力產(chǎn)生的內(nèi)力抵抗效果，要對內(nèi)側的剛度進行強化，確保在水平荷載下產(chǎn)生的側移在一定的范圍內(nèi)，降低可能出現(xiàn)的側移問題，提高高層建筑的使用安全性。設計人員要對高層建筑的側移進行定時監(jiān)測，對超出側移范圍的高層建筑及時進行處理，降低可能出現(xiàn)的建筑質量問題和安全問題。

4結構延性問題

高層建筑結構具有較好柔和性，在地震作用下可以形成更大的形變。為了提高高層建筑結構的抗震作用，設計人員要對建筑結構塑性形變進行強化，保證高層建筑在進行塑性形變的過程中仍具有較強的抵抗變形能力。要在進行高層建筑結構設計的過程中對高層建筑結構進行合理強度強化，對高層建筑邊角、高層建筑底座等部分進行合理處理，保證高層建筑結構具有足夠的延性，加強高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。

5結構選型問題

高層建筑結構施工工藝在一定程度上不僅會影響到建筑施工材料的消耗，還在很大程度上影響到工期和質量。因此在進行高層建筑結構選型的過程中，設計人員要對建筑結構體系進行全面控制，對建筑結構工藝進行合理選取。

在進行選型的過程中，設計人員要對高層建筑結構平面及立面進行控制，保證將建筑結構的幾何中心、剛度中心、結構中心有效匯于一點，提高單獨結構的控制效果。要注意將建筑結構力學分析進行完善，保證建筑施工的受力效益和受力特性，對高層建筑結構選型概念階段進行設計，保證建筑施工的經(jīng)濟效益。設計人員要對選型環(huán)境、工藝、施工效果等因素進行全面考慮，提高建筑結構的綜合效益，降低可能出現(xiàn)的工程資源消耗和工程資源浪費現(xiàn)象。

6抗震及連梁問題

在進行抗震設計的過程中，高層建筑一般不采取單純框架結構體系，常選取框架一剪力墻、剪力墻、筒體結構等完成對自身結構的加固和抗震。這種方法可以有效提高對地震的抵抗效果，加強建筑結構的經(jīng)濟性。除此之外，高層建筑在進行內(nèi)力和位移計算的過程中還常使用彈性剛度。彈性剛度可以有效對連梁超筋或截面控制超過剪壓比的連梁剛度進行控制，提高連梁的效果。

在框架-剪力墻結構中，設計人員可以對連梁的剛度進行降低，對剛度系數(shù)進行折減。當折減后建筑結構仍不能滿足設計的需要和要求，設計人員可以適當對連梁進行內(nèi)調幅，但是在實際調幅過程中要保證調幅力度低于20%。

結語

鋼筋混凝土高層建筑結構設汁是一個長期、復雜甚至循環(huán)往復的過程，任何在這個過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全因素。所以把每個重要問題都考慮全面了，才能保證結構設計的安全。

參考文獻：

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