1、多层及高层建筑结构设计相关项目探讨摘要：近年来，高层建筑逐渐取代了原本的多层建筑，改善了人们的住房条件。相比于多层建筑来说，高层建筑的设计结构更加复杂，这就需要设计师在制定高层建筑结构设计方案之前，熟读最新的政策法规，本文就高层建筑的受力、选型、地基设计和结构分析四个方面进行研究探讨。 关键词：多层建筑 ；高层建筑；结构设计 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号： 1. 高层建筑结构受力方面 随着社会的发展，都市的生活在给人们带来繁华的同时，人口问题和住房压力也让我们陷入困境之中，因此多层建筑逐渐消失与历史舞台，取而代之的是一座座拔地而起的高层建筑。而相对于多层建筑，高层建筑的
2、结构设计也更为复杂，面对诸多的设计难点，受力问题就是要解决的当务之急。 空间组成特点是一个设计师在进行方案设计的时候首要应该关注的讲点，而不是急于确定其详细的设计结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。 很多人认为底层、多层和高层建筑的结构是不同的，其实这种观点是片面的。在实际的结构设
3、计当中，对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的，但是，随着高度的不断增加。竖向结构体系成为设计的控制因素，其原因有两个：其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。 当然，在实际处理竖向力和侧向力的过程当中，通过实践我们不难发现，与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比，地震的作用效应更加明显。在高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗
4、弯和抵抗变形，可见，高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。 2. 结构选型阶段 结构的设计和选型阶段对于高层建筑的设计来说，是最为重要的，所以在这个阶段，设计师一定要综合多方面考量。同时针对建筑过程中可能遇到的问题要进行正确的预估。 2.1 结构的规则性问题 要熟悉结构设计的规则，在最新发布的规范当中，许多内容都是与旧规范相悖的，所以一定要熟知规范规则。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。2.2 结构的超高问
5、题 在结构设计的时候，要对高层建筑的高度有一个严格的限制。最新的规范也将高度作为重点项目进行规范，除了将原来的限制高度设定为A 级高度的建筑外，增加了 B 级高度的建筑，因此。必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为 B 级高度建筑甚或超过了 B 级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。 如果事前不能对建筑的高度做出正确的预估，就很可能会造成严重的经济损失。以往我们也遇到过类似情况，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。 2.3 嵌固端的设置问题 现在的高层建筑一般都带有地下室，因此嵌固端设置的为止也是
6、结构设计的一个重要环节。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固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，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. 地基与基础设计方面 无论是多层建筑还是高层建筑，打好地基都是一项基础性的工作，也是安全性的重要保障。因此，地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性
7、因素，因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。 我国对地基的设计和建筑方面有着明确的规范，一定要严格按照规范措施实施操作。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，作为国家标准，仅仅一本地基基础设计规范无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，因此，作为建立在国家标准之下的地方标准。 想要保障地基基础建设的安全工作，就要深入的了解地方性的法规政策。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的
8、影响。 4. 高层建筑结构分析的基本原则 4.1 整体参数的设定 在机构的计算方面，最初就应该把握好高层建筑的具体数字，严格按照法规中的参数来设置。在进行抗震计算时需考虑振型的数量，数量多了会浪费时间，并可能使计算结果发生畸变，数量太少又会使计算结果失真， 高规第 5.1.13.2 款规定抗震计算时振型数不应小于 15。最大地震力作用方向可由设计软件自动计算，但若该角度绝对值超过 1 5度，就应重新计算。结构的基本周期是计算风荷载的重要指标，设计初期可能不知道其准确值，可待计算之后从计算书中读取，并重新计算。 4.2 结构体系的合理性分析 结构的合理性是保障建筑的能够顺利进行的重要帮手，所以一
9、定规范结构设计原则。周期比是结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，它是控制结构扭转效应的重要指标，结构设计中应限定周期比，以便使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理。层间位移比和刚度比分别是控制结构平面不规则性及竖向不规则的重要指标， 建筑抗震设计规范和高规中均对它们做出了明确的要求。此外，为了建筑结构的整体稳定性及安全性，还应控制好结构的刚重比和剪重比。4.3 结构构件的优化设计 为保障机构设计的合理性，在进行的过程中，要对高层建筑的结构设计做出优化，还应计算结构单个构件内力和配筋，如计算梁、柱、剪力墙轴压比，优化构件截面设计等。采用软件对混凝土梁计算时，出现以下几种情况时，
10、便会提示超筋：梁的弯矩设计值超过梁的极限承载弯矩；超过抗震规范要求梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率 2.5 ；混凝土梁斜截面计算结果不符最小截面的要求。当剪力墙连梁超筋时，表明其在水平地震力作用下抗剪承载力不够，应予以调整。规范中允许适当折减地震作用下剪力墙连梁的刚度，使其出现塑性变形，但还应保证其配筋满足弹性变形时承载力的要求。以上计算得出初始设置的构件截面和形状后，还应在考虑结构的周期、位移、地震力等的前提下，适当优化构件截面，使其在满足受力要求的前提节省材料。 五、结束语 高层建筑逐步取代多层建筑是城市发展的必然选择，不仅能够有效的节省我们的土地资源，还能为我们创造更多的空间。为提高用地效率，城市建筑大多朝向高层和超高层发展，这也为建筑的结构设计提出了更高的要求。因而我们广大建筑设计人员应熟练掌握高层建筑结构设计的相关要点，合理选择建筑结构体系，做好结构设计的计算和优化，提高建筑的结构安全性，降低设计和建造成本，为社会创造出更多的高层建筑精品。 参考文献： 1肖峻，高层建筑结构分析与设计J，中化建设，2008，(12) 2范小平，高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析J福建建材，2008 3李国胜，多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例，中国建筑工业出版社，2004
