关于高层房屋建筑结构设计的探讨

刘雨

摘 要：现如今，随着我国经济的发展以及人们生活水平的不断提高，使得人们对住房的要求越来越高。对于住房来说，它质量的好坏直接关系到人类的生命财产安全，因此，其质量是不容忽视的。然而建筑结构设计一直以来都是一项繁琐而又重大的工作。因此，作为一名优秀的建筑结构设计者可以有效的借鉴自己和别人以往的经验，这样才能更好的做好建筑结构设计工作。

关键词：高层房屋建筑；结构设计；原则

1 高层建筑结构的特点

1.1 框架结构体系

框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形成可灵活布置的建筑空间，具有较大的室内空间，使用较方便。由于框架梁柱截面较小，抗震性能较差，刚度较低，建筑高度受到限制；剪切型变形，即层间侧移随着层数的增加而减小；框架结构主要用于不考虑抗震設防、层数较少的高层建筑中。在考虑抗震设防要求的建筑中，应用不多；高度一般控制在70m 以下。

1.2 剪力墙结构体系

利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。

1.3 筒体结构

单个筒体可分为实腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墙组成空间薄壁筒体，即为实腹筒；框架通过减小肢距，形成空间密柱框筒，即框筒；筒壁若用空间桁架组成，则形成桁筒。实际结构中除烟囱等构筑物外不可能存在单筒结构，而常常以框架—筒体结构、筒中筒结构、多筒体结构和成束筒结构形式出现。

2 高层房屋建筑结构设计中经常出现的问题剖析

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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%。

2.5 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。

3 高层房屋建筑结构设计对策

高层房屋的建筑结构设计，在具体的操作过程中，笔者认为应该包括两个方面的内容。既包括工程整体的总结构设计也包括在工程内部的每一个分结构的设计。具体来说有基础结构、屋盖结构、围护结构以及一些细节结构。结构的设计，不仅仅包括选型、受力、布置等内容，而且应当在满足基本规范要求的基础上，对工程结构进行优化，提升整体的经济效益。下面笔者结合自身的工作经验，对高层房屋建筑的结构设计提出相应的建议。

第一，重视概念设计。概念设计，是指在具体的设计过程中，将一些明确的理念融入贯彻到具体的设计过程中，特别是通过对各种灾难性破坏事件的预估，例如地震、洪水等提升房屋建筑整体的抗破坏能力。例如在汶川地震发生以后，房屋的抗震设计开始被重视，抗震能力的提升要求从具体的构件与构造上着手，例如刚度的均匀性、是否对称等都是有效提升抗震能力的重要措施。除此以外，延性设计的概念，能够有效的控制地震发生以后对结构的各种脆性破坏。这些设计概念只有贯穿在整个结果设计过程中，才能真正的发挥作用。

第二，水平力的考虑。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。

第三，剪力墙结构体系设计。高层房屋建筑的另一个重要结构设计就是剪力墙，剪力墙的功能在用提升整体建筑的强度与刚度水平，同时它也是围护与房间布局分割的构件。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。重视剪力墙的结构设计，是高层建筑质量保证的一个重要因素。

第四，建筑自身的减重。建筑自重也是影响建筑层数与高度的一个重要因素，从经济效益与安全质量的角度来考虑，减轻建筑自身的自重都是非常重要的一项举措。从地基承载能力的角度来看，减轻自重意味着在桩基承载能力一定的情况下，能够有效的降低成本或者能够增加建筑层数，这对于提升建筑的整体经济利益是非常有利的。所以在结构设计中，要在满足设计需求的基础上尽可能的减轻建筑的自重，减少桩基的负荷压力。

参考文献：

[1] 陶家琴.浅谈高层房屋建筑结构设计要点[J].建材与装饰，2017（43）.

[2] 王政源.关于高层房屋建筑结构设计管理的研究[J].江西建材，2014（22）.