高层房屋建筑结构设计分析与探讨

徐氢清

（淮安市建筑设计研究院有限公司，江苏 淮安 223001）

眼下，经济的飞速发展，促使着房屋建筑逐渐由单层、多层向高层阔步发展。但由于目前房屋建筑结构设计周期短，任务重,大多数结构设计仅是根据已确定好的平面和竖向布置,先假定好构件尺寸,通过电算来调整结构的周期、位移、刚度比等,以至于房屋建好后在经济、实用、安全方面留下遗憾。

1.高层房屋建筑结构设计中经常出现的问题剖析

1.1 地基与基础方面。在这方面经常出现的问题大多数是：高层房屋建筑基础设计由于设计周期短，设计人员对基础设计没有做到优化设计，对基础进行多方案比较设计、测算，做到即安全又经济。实际上，我们在具体施工时，地基与基础设计要做到合理，安全适用，设计人员必须依据地质勘察资料，统一考察多方面因素综合分析基础类型和上部结构。

1.2 地下室设计方面，1）在地下室抗浮设计时，经常出现抗浮地下水位高度不准。给结构带来不安全，因地质质料常常以自然地面向下多少米进行抗浮计算，而实际场地高差较大，无法准确确定水位，所以应经勘察单位确定正确的抗浮水位很重要。2）地下室裂缝控制，因计算机计算，经常会统一按0.2mm控制，这样会造成钢筋量偏高，应当迎水面按0.2mm，其它按0.3mm控制。3）地下室外墙配筋计算中有的工程，凡围墙扶壁柱的不区别扶壁柱尺寸大小，一律按双向板计算配筋，而扶壁柱按地下室结构整体电算分析配筋，又没按双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调原理，外墙竖向受力钢筋、扶壁柱配筋不足，外墙水平钢筋有富余。

1.3 高层房屋建筑中柱、梁以及基础的活荷载未按规范乘以折减系数方面。设计人员设计高层建筑时，在计算梁、柱和基础的活荷载时未按照现行设计规范活荷载乘折减系数计算其效应组合。

1.4 房屋建筑高度、高宽比超过现行规范、规程限值方面。现行的规范、规程给出的房屋最大适用高度和高宽比限值。按照现行抗震规范，高宽比虽然不是强制性条文，但是合理的高宽比对高层建筑的造价有很大的影响，因为高宽比过大（尤其在高烈度地区）将会影响建筑的位移比和剪力墙，柱，梁的配筋。一些高层建筑房屋高度超过最大适用高度规定限值，甚至个别建筑的高度和高宽比均超出规定限值。设计人员在结构设计过程中，对于房屋高度、高宽比和体型复杂程度超过现行规范、规程的高层建筑，会按超限高层建筑进行设计。同时，还有不容忽视的问题是高层建筑适用高度除与结构体系类型及抗震设防烈度有关外，还与场地类别与结构是否规则等因素有关，当位于Ⅳ类场地或结构平面与竖向布置不规则时，其最大适用高度应适当降低20%。

1.5 结构缝设置不合理，缝宽度不足方面。在实际设计过程中，对于超长建筑物而言，为减少温度变化对结构的不利影响，合理地设置伸缩缝是有必要的。有些设计人员用后浇带代替伸缩缝，其实这种做法存在一定的问题。因为后浇带仅能减少混凝土材料干缩的影响，不能解决温度变化的影响。后浇带处的混凝土封闭后，若结构再受温度变化的影响，后浇带就不能再起任何作用了。

1.6 板承受线荷载时弯矩计算方面。在高层房屋建筑中，常常在楼板上布置一些非承重隔墙，在楼板设计中设计人员会错把该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后，进行板的配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载附以板的总面积。同时，板上隔墙顶部处理常采用立砖斜砌砌顶紧上部分的楼、屋面板，这样会给上部的板增加了一个中间支承点，使其变为连续板，支承点上部出现了负弯矩，而在板的设计中又没考虑该部分的影响，致使板顶出现裂缝(尤其是大跨度板)。

2.高层房屋建筑结构设计对策

高层房屋建筑结构设计包括房屋工程结构总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。其中房屋工程分部结构的优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对以上几个方面的优化设计还包含选型、布置、受力分析、造价分析等内容，并应在满足设计规范和使用要求前提下，结合具体工程实际情况，围绕其综合经济效益的目标进行结构优化设计。下面就对高层房屋建筑结构设计的对策做一阐述。

2.1 概念设计处理实际问题。事实上，概念设计所要处理的问题比较多，但我们可以肯定的是希望通过概念设计，高层房屋建筑结构能在各种不同外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，分析如何应对高层方面建筑可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。比如：地震是最为难以预料的，破坏性也最大。所以在高层房屋建筑设计过程中应未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取有助于提高抗震能力的措施。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。

2.2 设计要考虑水平力。在低层和多层房屋建筑结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层房屋建筑设计中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化，所以对风荷载比较敏感的高层建筑，风荷载须按100年风压计算。

2.3 应用剪力墙结构体系设计。在高层房屋建筑设计中剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为围护及房间分格构件。剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量也较少。

2.4 应用筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。

2.5 减轻高层房屋建筑自重。高层房屋建筑减轻自重比多层建筑更有意义。我们从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。

本人认为，在满足建筑结构长远效益的前提下，应尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。与传统设计相比，可以充分利用计算机资源，进行多种结构形式进行结构试算、分析、比较，选择合理的结构类型，可以使建筑工程造价降低5%～30%。优化技术的实现，可以最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，并具有建筑规范所规定的安全度。同时，它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策，优化技术是实现建筑设计的"适用、安全和经济"目标的有效途径。

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