1、浅谈高层建筑结构设计与具体问题分析摘要：随着经济的发展，建筑工程设计人员所承担的任务也会越来越多，技术难度也会更大，这对设计人员是严峻的挑战。本文一方面围绕高层建筑结构，总结了高层建筑结构设计的特点以及提出了高层建筑结构分析和各种体系相对应的方法。为实际高层建筑结构分析与设计提供一定参考。另一方面本文根据建设部有关部门对近年来建筑工程设计中存在问题的统计材料，并结合在抗震审查工作中发现的一些问题，就其中比较重要的若干问题作些探讨和分析。 关键词：高层建筑；建筑工程设计；结构体系；问题 Abstract: With economic development, have undertaken th
2、e task of building engineering staff will be more and more a greater technical difficulty, severe challenges designers. This paper around the high-rise building structures on the one hand, summarizes the characteristics of the structural design of high-rise buildings as well as the corresponding met
3、hods of structural analysis of high-rise buildings and a variety of system. The actual analysis and design of high-rise building structure to provide a reference. On the other hand this article relevant departments under the Ministry of Construction of the building works in recent years the statisti
4、cal material problems in the design, combined with some of the problems found in the seismic review, explore and analyze some important number of issues.Keywords: high-rise buildings; Architectural and engineering design; structural system; problems 中图分类号：TU355文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012） 由于在设计上出现的问
5、题，会给工程施工阶段与交付使用等方面带来很多安全质量隐患。在这里，笔者将自己在建筑工程设计中发现的问题剖析给大家，并针对性地提出解决方法，希望对建筑设计人员和项目建设单位的基建人员能有所帮助。 一、设计中普遍存在的问题 1.思想保守 “思想保守”体现在结构设计方面比较多，例如：现在很多高层住宅，剪力墙过多过厚，由于刚度过大，导致相对侧移值过小，远远小于规范的规定值，一来不利于建筑物抗震，二来不经济。设计师“思想保守”不应该，但不顾现场条件的“开放”也是错误的。它体现在：有些设计师在建筑创作中大量的搞“怪异造型”和“仿制抄袭” ，认为谁的作品能给人带来某种震撼，满足其求新、求异的心理需求，哪怕是
6、从国外直接搬过来的东西，就会受到决策者和建设方等首选。实际上这是建筑设计创作的极端表现，这种设计没有考虑到建筑与环境的协调及整体性，反而降低了设计品位，徒增造价。 2.专业知识及专业配合不到位 有些设计人员没有扎实的专业技术知识，自然设计出的建筑图纸会出现很多问题，给施工带来难度。不具备扎实的专业知识，在施工过程中出现的临时性问题更是难以应付，有的甚至对施工工艺都不太了解。一些年轻的设计师，离开计算机，离开图库，大脑一片空白，徒手根本不能画图，不能设计。这样怎能保证设计质量，这样的设计在建设过程中如何能成为施工依据。解决方法：设计师要加强专业知识学习，还要对新信息、新设计工具、新设计手段不断充
7、电，同时也要注重实践训练，从设计室走出来，深入现场一线，对施工工艺、流程等方面要很好的把握等。 3.违反强制性条例现象 在工程勘察项目中，违反强制性条例多的是一些知名度高，市场占有份额较大，勘察项目较多的老牌甲级院。各大勘察设计单位对执行强制性规范是认真的，这对保障的勘察设计质量起到了很好的表率作用。勘察工程中才出现的大院现象，也是由于工作量大而引起百密一疏的现象。一般都是在外业工作深度达到了勘察深度后，在内业报告中出现的违规情况。另外就是对设计要求没有吃透而产生的疏忽，但大多数项目质量是高的。具体原因客观上是由于建筑专业的灵活性造成的。由于每个工程项目的不同，建筑物的朝向、体量、高度、间距、
8、面积都有不同，就会造成设计者的疏漏，从而造成多次违反强条的现象，这就给建筑设计的设计者提出了更高的要求。作为执业者本身来说，对各类规范的强调要心中有数，对棱模两可的专业问题一定要有规范作依据，这样才能有效的避免违反强条的现象再度发生。另外，建筑专业在方案阶段容易受到建设单位和业主的主观想法的影响，特别是边远城区，这种影响会更大，所以在主观上为了承接任务也有听之任之的现象，这是十分有害的，因此更要加强执业者本身的素质教育，加强职业道德的修养，对强制性条问多做宣传，在执行强条上毫不含糊，从根本上杜绝违反强条的现象。 二、高层建筑结构体系设计 1.高层建筑结构设计因素分析 （1）水平荷载成为决定因素
9、。一方面，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；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。 （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，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪
10、力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。 （3）侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。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。 （4）结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。 2、高层建筑的结构体系 （1）框架剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪
11、力墙来代替部分框架，便形成了框架剪力墙体系。在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪力。框架剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框架剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。 （2）剪力墙体系。当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构，其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，
12、传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架剪力墙体系。 （3）筒体体系。凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系，包括单筒体、筒体框架、筒中筒、多束筒等多种型式。筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。 3、高层建筑结构分析 （1） 框架剪力墙结构 框架剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大都采用连梁连续化假定。由剪力墙与框
13、架水平位移或转角相等的位移协调条件，可以建立位移与外荷载之间关系的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式亦不相同。 （2） 剪力墙结构 剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。单片剪力墙按受力特性的不同可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。 （3） 筒体结构 筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。一种是只作几何分布上的连续化，
14、以便用连续函数描述其内力；另一种是作几何和物理上的连续处理，将离散杆件代换为等效的正交异性弹性薄板，以便应用分析弹性薄板的各种有效方法。等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法来分析。这一类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆薄壁杆系矩阵位移法。这种方法将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构。 三、针对建筑设计中偶便存在的问题的解决办法 1.设计人员的“保守”与“开放”都是建筑设计的误区，正确处理这些问题，一则可引用
15、竞争机制，开展一些方案的竞赛，促使设计人员在建筑内在结构、外型、使用功能、合理控制工程造价等方面动脑筋。二则设计人员平时要全面培养自己广泛地艺术素养和独到的见解，对国内外好的设计作品要把握“取其精华、去其糟粕”的创作原则。 2.设计师要加强专业知识学习，还要对新信息、新设计工具、新设计手段不断充电，同时也要注重实践训练，从设计室走出来，深入现场一线，对施工工艺、流程等方面要很好的把握等。 3.加强强制性条文的学习。各设计单位应该组织勘察设计的执业人员认真学习，特别是违反强制性条文的问题，拿出本单位有类似现象的施工图，作一次个案的分析，让全体执业人员通过学习，提高设计水平。设计水平的高低，不仅仅
16、体现在设计的工程项目的体量或复杂性，也体现在设计图的执行规范的严格性。凡是规范的强制性条文，都是和建筑安全和人民生命安全息息相关的，要从建设和谐社会的高度，加强对强制性条文的执行，不得以任何方式和理由使工程项目在设计阶段就出现不安全的因素。 4.建立一支相对稳定的勘察设计队伍，杜绝挂靠现象。在勘察大院出现的违反强条中，就有担心不是自身的勘察执业人员的成果，而是挂靠的人员的所作所为的结果，这对于勘察报告质量危害是最为严重的，也是行业规定所不许可的。在设计单位，特别是资质较低的单位，往往存在着带薪培训的问题。当手把手教出的执业人员正能独挡一面的时候，就往往伴随着跳槽的现象。作为跳槽本身无可非意，但
17、对于中小设计单位却是个难题，最终的结果是大院人才储备过剩而小院的人才严重不足。而切令人担忧的是这种情况还在时时发生，这样对提高设计质量是不利的。因此，必须有相应的举措来减少这种状况。各中小设计单位本身也要有相应的措施保证一个基本的设计队伍，防止设计质量的滑坡。 建筑工程设计是一个市场行为，一个好的设计院要立足于这个市场，依靠的一是热情服务的工作态度，二是严肃认真的工作作风。工作作风的最好体现就是多出设计精品，而严格执行规范，不违反强制性条文则是设计出精品的最可靠的保证。建筑工程设计人员需要不断的积累各种知识，博采众长，集思广益，充分利用现场条件，扬长避短，趋利避害，合理采用新技术、新工艺、新材料，加强科技创新，涌现出更多好的设计作品。 四、结论 随着高层建筑进一步的发展，满足高层建筑的形式，材料，力学分析模型都将日趋复杂多元，为了革新高层建筑，体现其魅力，追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。 参考文献 1王崇杰，崔艳秋.建筑设计基础M.北京：中国建筑工业出版社，2002. 2包世华，方鄂华.高层建筑结构设计(第二版)M.北京：清华大学出版社，1990. 3王煜麂.钢筋混凝土全框架及内框架结构房屋典型震害分析A.云南澜沧耿马地震震害论文集C.北京：科学出版社，1991.
