1、1高层建筑结构设计探讨摘要：本文作者介绍了高层建筑结构设计特点，探讨了高层建筑结构设计中需要注意的几个问题。 关键词：高层建筑；结构设计；探讨 中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号： 1 高层建筑结构设计特点 1.1 水平荷载成为决定因素 因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比。 1.2 轴向变形不容忽视 高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端
2、支座负弯矩值增大。 1.3 侧移成为控制指标 随着楼房高度的增加， 水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。 2 根据不同类型高层建筑，选择合理的结构体系 2.1 结构的规则性问题 2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。 2.2 结构的超高问题 在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制
3、，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。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。 2.3 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
4、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。 32.4 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 高层建筑结构分析和计算中应注意以下问题 在结构计
5、算与分析阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此，结构工程师也应该相对地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。 3.1 结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE.TAT、TBSA 或 ETABS 或 ETABS、SAP 等，但是，由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果
6、中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时间和精力，而且有可能使结构有不安全的隐患存在。 3.2 是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及，只是，在新规范中根据大量工4程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。 3.3 振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中，并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此
7、，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。 3.4 多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算。一段时间以来，大底盘，多塔楼的高层建筑类型大量涌现，而在计算分析该类型高层建筑时，是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算，还是将结构人为地分开进行计算，是结构工程师必须注意的问题。 如果多塔间刚度相差较大，就有可能出现即使振型参与系数满足要求，但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大，从而使结构出现不安全的隐患。 3.5 非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容，
8、尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大，因此，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。 4 高层建筑结构设计中的扭转问题 建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。 结构的扭转问题就5是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。 为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。 为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构
9、的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。 在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式，当需要采用不规则 L 形、T 形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。 建筑结构的振动周期问题包含两方面：合理控制结构的自振周期；控制结构的自振周期使其尽可能错开场地的特征周期。 5 侧向位移的限值 高层建筑结构的水平位移随着高度增长而迅速变大，为防止位移过大，规范对顶点位移和层间位移都作了一定的限制。控制顶点位移 u/H
10、 的主要目的是保证建筑内人体有舒适感和防止房屋在罕遇地震时倒塌。但控制房屋在罕遇地震时倒塌与否的条件是结构极限变形能力而不是 u/H 限值。另外，为使结构具有较好的防倒塌能力，应在结构计算中考虑相关效应。控制层间位移u/H 的主要目的是防止填充墙、装饰物等非结构构件的开裂和损坏。 6 结语 由于城市人口的不断增多和城市规划的需要促使高层建筑得以快速6发展。随着科学技术的不断发展，功能俱全的高层建筑越来越多。加之新的技术和设备的不断涌现，计算机的应用和结构分析手段的不断提高，为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。钢筋混凝土高层结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。我们结构设计人员应不断加强对常见结构设计错误的辨别能力，使建筑的结构设计更安全、更合理。 参考文献: 1 陈志强.高层建筑结构设计中几个问题的探讨J.山西建筑,2010（03）. 2 付平位.高层建筑钢筋混凝土的结构设计J.科教纵横,2011（08）.
