1、小议关于高层建筑结构设计问题摘要: 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。关键词: 高层建筑；结构体系；结构设计；基本方法 中图分类号：TU208.3文献标识码：A 文章编号： 1 高层建筑结构设计方面的原则 1.1 选用适当的计算简图：结构计算是在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简
2、图的误差应在设计允许范围之内。 1.2 选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜采用两种不同的类型。 1.3 合理选择结构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之
3、，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。 1.4 正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。 1.5 采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强
4、压弱拉原则” ，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。 2 高层建筑结构设计的特点 2.1 轴向变形不容忽视：高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测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。 2.2 结构延性是重要设计指标：相对于底层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑
5、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。 2.3 水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑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变化。 2.3 大样详图 大样详图的绘制可以在建筑详图的基础上直接绘制，前提是建筑详图的准确无误；也可以在以前做过的详图的基础上来局
6、部改进绘制。要注意的是在保持建筑外形的前提下尽量地使结构受力合理和施工方便。在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致。需要注意的是建筑标高和结构标高的关系要搞清楚，该减的减，不该减的就不能减。 3、高层建筑结构设计的几个问题 3.1 结构高度控制 在高层建筑结构设计过程中，高层建筑混凝土结构技术规程和建筑抗震设计规范中一直对高层建筑总高度有着非常严格的限制，在 10，11规范中，根据不同的结构形式，将建筑高度限制分为 A 级高度和 B 级高度。B 级高度的高层建筑结构的抗震等级比近似高度的 A 级高层基本都要提高一级以上，这意味着在内力计算本身就增大的情况下还要采取更高要求的内力调整与构造措
7、施，设计难度与工程造价将大幅度提升。但是，近些年来，随着国家经济水平的提高和城市化发展进程的加速与壮大，越来越多的开发商选择了超高超限的建筑方案，这其中不乏为攀比而求高求大的盲目性，而针对超高超限建筑，则必需采取诸如省级以上专家会审，风洞试验等耗时耗资的步骤环节，结构设计师在这方面则应给与业主合理的建议，避免不必要的劳民伤财和资源浪费。 3.2 嵌固端位置选择 高层建筑一般都涉及 2 层或者 2 层以上的地下室结构，其中往往还与人防结构结合。规范对高层建筑上部结构的嵌固端有详细的技术要求，根据这些要求，嵌固端位置可以有不同的选择。而合理的位置选择可以起到简化结构设计、节省工程造价的目的。通常地
8、下室顶板是上部结构嵌固端的首选位置，该位置也容易满足规范的各项要求。某些境外事务所习惯于欧美建筑规范的做法，会在地下室顶板不能满足规范构造要求的情况下，将嵌固端取在地下一层底板，也或者是在地下一层底板作为人防顶板的情况下兼做嵌固端。经过一些具体对比，个人认为，在多数具体工程中，特别是两层地下室的工程，当地下室顶板不能满足嵌固端要求的情况下，将基础底板作为嵌固端要比选择地下一层顶板更具有经济性。当然，具体工程还需具体分析，结构工程师需要在方案阶段有意识的优先选择合理的上部结构嵌固端位置。 3.3 基础设计 不管是多层建筑还是高层建筑，基础设计环节的重要性不必多说。而设计过程两者也没有太大区别，只
9、要根据实际的工程地质资料和结构形式选择相应的合理的基础形式计算即可。这里需注意的是，在实际工程设计过程中，越来越多的甲方为了加快工程进度，在极力压缩设计周期的情况下，往往还会要求结构专业提前出基础部分的施工图。而对于高层建筑来讲，施工图阶段后期与前期的变数较之一般多层建筑要多的多，这就需要结构工程师在基础设计阶段对后期可能的变化做充分且合理的预估，避免出现基础部分施工完成后再发现承载力不足的现象，保证工程进度的顺利进行和结构整体的安全可靠。 4、结语 近些年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。 参考文献： 1.赵西安现代高层建筑结构设计M北京：科学出版社，2004. 2.于险峰高层建筑结构设计特点及其体系J建筑技术，2009（24）. 3.梁启智，冯建平，王中慧.高层建筑框架剪力墙结构设计实例.广州：华南理工大学出版社，1992
