高层建筑结构设计的要点总结

张瑞敏(山西省太原市 浙江西城工程设计有限公司山西分公司 030024)

高层建筑结构设计的要点总结

张瑞敏
(山西省太原市 浙江西城工程设计有限公司山西分公司 030024)

随着科技的发展，高层建筑结构设计的要求也越来越高。加强高层建筑结构设计要点的研究，有助于提高高层建筑结构设计水平。因此，对高层建筑结构设计的要点进行了探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。

高层建筑；结构设计；要点

前言

高层建筑已成为我国建筑业的主要设计结构，在城市化的过程中，未来将有着更加良好的发展态势。

1 高层建筑结构设计工作的特点

1.1 重概念轻精度

高层建筑结构设计的首要任务是抗震设计,无论是低烈度设防还是高烈度设防,都要保证结构要足够的延性和多道防线。可以说抗震设计贯穿结构设计的全过程。而抗震设计重要的是概念设计,要求结构设计人员有清晰的概念: 控制结构承载力和刚度的分布，选择抗震性能好的结构体系,人为设置多道抗震防线,从构件层面满足”强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件,强墙弱连梁”,保证结构在地震作用下要足够的耗能能力。

重概念轻精度就是要从一开始就把握结构的本质问题,顾及关键部位的细节,力求消除结构中的薄弱环节,从根本上保证结构的抗震性能。在此基础上进行的抗震计算和计算结果才是最为可信的,也一定是比较经济合理的。

1.2 高层结构计算是一门艺术

基于结构设计主要解决抗震的任务,设计中各种指标的控制就显得非常有艺术性。在抗震概念设计的指导下，结合建筑功能布局和工程实际情况,同时要使平面扭转位移比,竖向侧刚比,结构振动特性,质量和刚度分布,位移比,稳定性指标以及轴压比等参数达到规范要求,我们需要从结构布置入手,不断试算,增删构件,改变约束条件等等,使结构变的”既柔韧,又刚强”,这不得不说是一种艺术,也是结构设计的乐趣所在。

1.3 施工图是设计语言

施工图是设计师的语言，通过规范的施工图,我们把结构设计的理念和措施表达了出来。我们用他来和业主,施工方,以及项目的其他参与者进行交流。好的施工图能够使我们的交流变的顺畅，让施工变的更加便捷。优秀的施工图可以反映一个团队的设计水平和服务能力。所以从设计说明到平面图再到详图，设计人员都要认真梳理，清晰表达，使整个设计一气呵成，控制设计中的错，漏，碰，缺，避免给项目后期施工造成额外的成本。

2 结构选型分析

2.1 结构规则性

新旧规范在建筑物结构规则方面的内容出现了很大变动，在这方面新规范增加了很多的限制条件。而且，新规范也明确表明了强制性的规定"建筑不应采用严重不规则的设计方案。因此，结构设计人员应结合建筑实际情况，从结构规则性入手设计，调整结构模型和指标，掌握结构设计的主动权。

2.2 结构超高

在高规与抗震规范中，结构总高度有严格的限制，特别是在新规范中，对于超高问题除了将原来的限制高度设定为 A 级高度外，还增设了 B 级高度的建筑。因此，必须对该项控制因素严格注意。如果高度超限，设计方法和构造措施会有很大区别。施工图审查，工程造价以及对工程进度都会有很大影响。

2.3 嵌固端设置

高层建筑的嵌固端，一般设置在地下室的顶部，因为高层建筑通常有人防地下室，因此嵌固端也可以设置在人防地下室的顶板上。然而，当地下室的首层埋深仅有该层层高的1/3时，顶板不应该作为上部结构的嵌固端。实际工程设计中，通过严格控制嵌固部位上下层侧刚比,规定地下室顶板厚度和梁柱节点配筋，使设定的位置成为结构的真正的嵌固部位。

2.4 短肢剪力墙

墙肢截面高厚度为 5-8 的剪力墙在新规范中规定为短肢剪力墙。短肢剪力墙在高层建筑中的应用，规范在轴压比和配筋上提出了更高的要求，而一般给计算和配筋量都会带来不少麻烦。因此，结构设计师应该尽量避免采用短肢剪力墙。

3 建筑结构设计质量优化措施

3.1 平面布置

建筑平面尽量规则不超限；剪力墙结构的高宽比不宜超过6；尽量不设转换层，尤其是高位转换；高度尽量取上限（如剪力墙结构做80m或100m，7度区）；层高宜取2.9m。

3.2 梁钢筋问题

上部钢筋采用搭接、架立等做法规范有条文，且设计人员也常用。需要注意的是：框架梁的贯通钢筋采用搭接并不一定经济。由于贯通钢筋要求按受拉搭接，搭接区箍筋要加密。一二级首先要满足1/4的要求，一般钢筋直径大于18，梁净跨大于4米采用搭接才经济；三四级及非抗震框架梁的钢筋直径不小于16，梁净跨大于4米搭接才经济。另外在连续梁长短跨相差1倍时，短跨其实已不存在搭接的问题了。建议负筋用两种规格，小直径的钢筋通长。次梁上部跨中均用架立筋。

3.3 墙钢筋问题

暗柱纵筋间距问题。对构造边缘构件规范仅提到箍筋的无支长度不应大于300mm的要求，导致暗柱纵筋间距大量采用300mm，反而比墙体分布筋间距还大。

尽量不要在墙端做较大的端柱。

标准层剪力墙分布筋问题。水平、竖向分布筋均用¢8@200，虽然符合规范要求，但由于珠三角地区一般¢8的只有HPB235级钢，现场施工非常困难。建议竖向最少要用φ10+¢8间隔排放。

剪力墙截面高度与厚度之比为5～8，但两侧有跨高比不大于2.5的连梁或翼墙，可以不按短肢墙。

3.4 计算问题

连梁是按开洞还是按节点输。这实际是程序的两种处理方式。由于方法不同，得出的刚度也相差较大。按理说如果所有尺寸等前提条件一样，结论应该也是一样的。但由于目前程序的模型假定是建立在很多简化的基础上，开洞处理比节点处理得出的整体刚度普遍大得多，而剪力墙的多少又直接影响造价。对于以追求低成本而赢利的不少开发商就要求只要能符合条件的就按开洞处理。曾经与PKPM开发部沟通过，他们认为当跨高比不大于3时用开洞处理才比较合适，其它的建议用节点处理。

剪力墙的长度在规范有不宜大于8m的规定，条文解释得很清楚，剪力墙宜设计成高宽比大于2的细高剪力墙，这样容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙。对于高度较大的剪力墙（如大量的接近100m的住宅等），超过8m的剪力墙未必不可以，关键是要避免应力过于集中到某片剪力墙（如只有个别墙肢大于8米而大多数为，仅较小墙肢，一旦遭受强烈地震，大墙肢首先破坏分担较小剪力的小墙肢就会被各个击破）。

4 未来趋势：住宅产业化

随着人类改造自然进程的深入，环保的要求和紧迫性越来越高。同时我国人口结构在发生变化，人口红利逐渐消失。住宅产业化成为未来建筑发展的一大趋势，预计建设成本将降低10%-15%。目前，建设流程的征求意见稿已经印发。现状是现在的技术支持和业务推动还不成熟，业主也不愿主动去做。作为设计人员，我们要未雨绸缪，注意收集信息，如规范《预制装配整体式钢筋混凝土技术规范》，关注结构构件的预制率，装配率，从头学习，使我们未来能够更好的提供服务。

5 结束语

经济和社会发展所带来的是提高生活质量，和人们追求高层次的生活的向往。我们国家人口众多，就要求我们国家的建筑物，不仅要确保最基本的安全和功能，还要满足人们对新环境的要求，充分利用土地，节约建设成本，使新的建筑顺应新时代的发展。

[1]朱炳寅 .抗震概念设计及抗震性能化设计

[2]王卫忠. 材料用量和优化措施. 华森设计内部培训

[3]王永，胡凌燕 .浅析高层建筑结构设计 [J]. 中华民居（下旬刊），2013

[4]李博，郝战军.高层建筑结构选型的要点[J].门窗， 2013，（4）

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