关于高层建筑结构设计问题探讨

孙强 王智勇

摘要：目前，我国的经济水平不断提高，人民的生活水平也随之不断提高。钢筋混凝土高层建筑发展模式也因建筑师以及业主的创新思维而得到推广，从而被广泛使用。高层建筑结构设计与以往一般的建筑设计并不一样，它对建筑师以及设计人员提出了更高的设计要求，因此，本文根据高层建筑结构设计中所应当注意的几点问题进行探讨。

关键词：高层建筑；结构设计

一、高层建筑结构设计方面的原则

1、选用适当的计算简结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

2、选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。

3、合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。

4、正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。

5、采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。

二、、高层建筑结构设计具有的特点

高层建筑结构设计与低层建筑结构相比较，结构设计在个建筑结构设计中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等各个方面的问题。其主要特点有：

（1）水平力是设计重要因素

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载力控制着整个建筑的结构设计。而在高层建筑中，虽然竖向荷载仍对结构设计有很重要影响，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，只与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构所产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，却是与建筑高度的两次方成正比。显然，竖向荷载就没有水平荷载的影响大。此外，对有一定高度建筑来说，竖向荷载一般都是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性变化而会产生较大的变化。所以，水平力是设计的重要因素。

（2）结构延性成为了关键因素

与低层或多层建筑不同，结构延性已成为高层结构设计中的关键因

素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度的4次方成正比。此外，目前高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现，侧向位移也迅速增大。

（3）对抗震设计的要求更高

现在的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须的就是要使结构具有良好的抗震性能，能够做到小震不坏、大震不倒。

（4）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要

从地基的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，减轻房屋自重就意昧着不增加基础造价和其他处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。所以，高层建筑减轻自重比多层建筑有更重要的意义。

三、 高层建筑结构的相关问题分析

3.1 结构的超高问题：在抗震规范和高规范中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以为，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

3.2 短肢剪力墙的设置问题：在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

3.3 嵌固端的设置问题：由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

3.4 结构的规则性问题：新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。