1、高层建筑结构设计常见问题及展望分析摘要：随着我国国民经济整体的发展与繁荣，国内建筑行业水平也迅猛提升，高层建筑随处可见。建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系越来越多样化，使得高层建筑的设计问题越来越突出，从基本的框架到高层的叠加，一些细节都都在一定问题，这些问题加大了建筑的风险。本文介绍了高层建筑结构设计常见的一些问题，并提出了高层建筑结构设计未来的研究方向。 关键词：高层建筑；结构设计；常见问题；展望 Abstract: with the development and prosperity of the national economy as a whole in our country,
2、 the domestic construction industry level also increase rapidly, tall buildings are everywhere. Buildings become more and more complicated, types and function of the structural system is more and more diversification, makes the design of the high-rise building is becoming more and more prominent, to
3、 the top of stack from the basic framework, some details are all in a certain problems, these problems increase the risk of construction. High-rise building structure design were introduced in this paper some of the common problems, and put forward the high-rise building structure design of the futu
4、re research direction. Key words: high-rise buildings; Structure design; Common problems; Look forward to 中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 一、地下室结构超长问题 现代高层建筑由于层数高、要求埋深，因此一般都设有大底盘地下室，通常为 12 层，地下室面积约占整个建筑面积的 10左右。高层建筑地下室设计中往往存在结构超长的问题。 由于建筑布局的要求，有时地下室结构超长，多数情况下都超过了4060m。地下结构虽然受温度变化的影响较地上结构小，但周边约
5、束作用较强，结构超长问题的重要性仍然不容忽视。目前比较成熟的做法有以下几种： 1、设置伸缩后浇带。地下结构一般在结构长度大于 4060m 时宜设置一道伸缩后浇带，普通的伸缩后浇带宽度约为 8001000mm，钢筋贯通不切断。对于平面尺寸特别长的地下结构，应设置钢筋断开的伸缩后浇带，后浇带的宽度按钢筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空间确定。 2、不设置伸缩后浇带，采取其它相应措施。主要有：采用低强度等级混凝土；混凝土中添加微膨胀剂；采用粉煤灰混凝土技术；适当加大分布钢筋配筋量；施工缝处设置膨胀止水条；设置膨胀加强带。 二、高层建筑超高问题 我国现行高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）规
6、定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。这个高度是我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个土建规范体系相协调的。可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制。实际工程设计中，对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略，在施工审图时将不予通过，应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下，整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。 三、剪力墙的数量选择不合理 框架剪力墙结构中，剪力墙的抗侧移刚度往往比框架要大的多，因此剪力墙抗侧移能力的大小往往决定了整个结构的稳定。在设计中，除了要考虑结构强度外，还要
7、考虑结构的整体刚度。因此在开始设计时，合理的选择剪力墙的数量，无论对于后期设计还是结构的合理性，都是必不可少的。地震作用是房屋破坏的主要原因之一，对于一些高层建筑来说就不得不考虑用剪力墙结构。因此需要设计人员设计出剪力墙的合理数量。剪力墙数量过多固然结构抗侧移刚度越大，抗地震作用也就相对的较强一些。但是，当结构刚度过大时，由于周期过短，地震作用反而有可能会更加强烈，而且浪费了一定的材料。因此只从抗震方面来看，剪力墙并不是越多越好，选取合理的剪力墙数量才能达到结构稳定的优化。在地震作用中一直存在着刚性与柔性的说法，为满足结构稳定性的要求，对于框架剪力墙结构来说底部的抗震墙所承受的弯矩值应大于总地
8、震弯矩值的 50%。按照抗震规范的要求，高层建筑的弹性阶段的侧移角应小于 1/800，同时应满足顶点侧移角的要求。 四、材料的选用和结构体系问题 在地震多发区,采用何种建筑材料或结构体系较为合理是工程技术人员非常重视的问题。我国 150m 以上的建筑,采用了三种主要结构体系:框一筒、筒中筒和框架一支撑。这些也是其他国家高层建筑经常采用的主要结构体系。但国外在地震区,多是以钢结构为主,而在我国,钢筋混凝土结构及混合结构占了 90%。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构,在国内外都还没有经受较大地震作用的考验。混合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受 80%以上的地震作用剪力,有的高达 90%以上。由于结构
9、以钢筋混凝土核心筒为主,变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大,靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移,不仅增大了钢结构的负担,而且效果不大,有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构,形成加强层才能满足规范侧移限值。此外,在结构体系或柱距变化时,需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变,常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大,且加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。此在需要设置加强层及转换层时,要慎重选择其结构模式,尽量降低其本身刚度,以减少不利影响。在高层建筑中,根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构
10、的加工制造能力,建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱)结构或钢结构,以减小柱断面尺寸,并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后,为减小风振,钢骨(钢管)混凝土通常作为首选。采用格构式的型钢时,震害严重,采用实腹式的热轧型钢或焊接工字钢的,则震害要减少许多。 五、楼板设计问题 1、双向板有效高度取值存在误差双向板会在横纵个方向均产生弯矩，因此双向板跨中正弯矩钢筋是纵横叠放，短跨方向的跨中钢筋则应放在下面，长跨方向的跨中钢筋应置于短跨钢筋的上面，计算时应取两个方向的各自的有效高度进行计算。有的设计人员为图省事或对板受力认识不足，只取两上方向的有效高度进行配筋计算，导致长跨有效高度偏大，就会配
11、筋降低，使结构构件存在严重质量隐患。 2、为了计算方便或对板的受力状态认识不到位，就简单地将双向板作用单向板进行计算。这就导致计算假定与实际受力状态不符，出现一个方向配筋过大，而另一方向仅按构造配筋，造成配筋严重不足的情况，进而致使板出现裂缝。因此设计者要充分对板的受力状态进行分析，不能简单的只进行单向板计算，确保计算与实际受力状态相符。 六、高层建筑结构设计展望 （一）高层建筑抗震设计前景展望 今后若干年，中国仍将是世界上修建高层建筑最多的国家，这将会给高层建筑抗震设防带来新的难题。展望 21 世纪高层建筑抗震设防的前景，具体的可以表现如下。 1、抗震设防计算方法的转变 从振型分解反应谁法到
12、时程分析法的转变；从线性分析到非线性分析的转变；从确定性分析到非确定性分析的转变。 2、结构振动控制的研究与应用 基底隔震、悬挂隔震、耗能减震、吸能减震方面的运用和研究将会大力加强。 3、地震力分析理论的完善和转变 地震力分析理论会由目前运用最广的反应谱理论向动态时程理论发展。 4、新型建筑材料的运用和计算机模拟抗震试验将得到广泛应用 （二）加强对高层混合结构的研究 根据我国国情,钢混凝土混合结构在高层建筑中的应用比例会持续增加。但目前已建成的混合结构高层建筑尚未经受实际地震的考验,因此需要进一步开展混合结构体系的抗震性能研究。研究工作包含两个方面:一方面是混合结构的整体抗震性能,如阻尼参数的
13、选取、整体结构协调工作的性能等;另一方面,需要加强对组合构件以及组合构件之间连接构造的研究。由于结构体系越来越复杂,大多包含巨型柱、斜撑、腰桁架等,各种组合构件!组合柱、组合梁、组合楼板形式越来越灵活多样,同时随着超高层建筑高度的增加,甚至会出现超过 30m2 的巨型组合柱,使得各种构件之间的连接构造越来越复杂多样。因此结合工程应用,对各种新型组合结构构件需要开展更加深入细致的性能研究工作。 （三）抗风关键技术的研究 随着高层建筑高度的增加,结构对风荷载更加敏感,在不少地区,抗风研究和设计已成为控制结构安全性能和使用性能的关键因素。应进一步加强对高层建筑横风向响应和等效静力风荷载、干扰效应、行
14、人风环境以及居住者舒适度判据等方面的研究。此外,国际工程界对超高层建筑上的风速、风压测试工作也非常重视,在某些世界著名的超高层建筑上架设有风速仪、测振仪,进行长期的测风测振工作,积累了一定的数据。我国在此方面还有较大差距,规范采用的风剖面在超高层建筑的高度范围内缺乏实测数据的支持。 结束语 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。在高层建筑的结构设计与施工过程中，设计、技术人员只有概念清晰，措施得当，才能不断地完善和发展高层建筑。 参考文献 1 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）.北京：中国建筑工业出版社.2002 2 建筑抗震设计规范（GB50011-2001）.北京：中国建筑工业出版社.2001 3 傅学怡.整浇钢筋混凝土建筑结构抗震设计理念探究来自台湾、阪神和阿拉斯加等地震震害的启示J.建筑结构,2005(05). 4 张伟山.高层建筑结构体系的设计探析J. 黑龙江科技信息, 2007(21).
