摘要：高層建筑目前在我們的城市建設當中所占的比例是越來越大，而建筑結(jié)構(gòu)設計方面的變化也越來越多，很多新興的結(jié)構(gòu)設計方案以迅猛的速度呈現(xiàn)在我們的城市建設中。建筑類型與功能越來越復雜，高層建筑的數(shù)量日漸增多，高層建筑的結(jié)構(gòu)體系也是越來越多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設計也越來越成為高層建筑工程設計工作中的難點與重點。面對如此形勢，應該把高層建筑的結(jié)構(gòu)設計放在首位加以研究。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設計;原則;特點;問題

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設計的原則

1 選用適當?shù)挠嬎愫唸D：結(jié)構(gòu)計算是在計算簡圖的基礎(chǔ)上進行的，計算簡圖選用不當則會導致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構(gòu)造措施來保證。實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點和剛結(jié)點，但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內(nèi)。

2 選擇合適的基礎(chǔ)方案：基礎(chǔ)設計應根據(jù)工程地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)類型與荷載分布、相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)方案，設計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算�；�礎(chǔ)設計應有詳盡的地質(zhì)勘察報告，對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應進行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。

3 合理選擇結(jié)構(gòu)方案：一個合理的設計必須選擇一個經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應受力明確，傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應力求平面布置和豎向布置規(guī)則。總而言之，必須對工程的設計要求、材料供應、地理環(huán)境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時應進行多方案比較，擇優(yōu)選用。

4 正確分析計算結(jié)果：在結(jié)構(gòu)設計中普遍采用計算機技術(shù)，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導致不同的計算結(jié)果。因此設計師應對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設計時，由于結(jié)構(gòu)實際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導致錯誤的計算結(jié)果，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時應認真分析，慎重校核，做出合理判斷。

5 采取相應的構(gòu)造措施：結(jié)構(gòu)設計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓若拉原則”，注意構(gòu)件的延性性能;加強薄弱部位;注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度;考慮溫度應力的影響力。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設計的特點

1水平荷載成為決定因素。一方面， 因為樓房自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值， 僅與樓房高度的一次方成正比; 而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎向構(gòu)件中引起的軸力， 是與樓房高度的兩次方成正比; 另一方面，對某一定高度樓房來說， 豎向荷載大體上是定值， 而作為水平荷載的風荷載和地震作用， 其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。

2 軸向變形不容忽視。高層建筑中， 豎向荷載數(shù)值很大， 能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小， 跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大;還會對預制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響， 要求根據(jù)軸向變形計算值對下料長度進行調(diào)整; 另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。

3 側(cè)移成為控制指標。與較低樓房不同， 結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加， 水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大， 因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應被控制在某一限度之內(nèi)。

4 結(jié)構(gòu)延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言， 高層建筑結(jié)構(gòu)更柔一些， 在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力， 避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧�，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)設計中經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題分析

1基礎(chǔ)埋深問題

基礎(chǔ)應該要有一定的埋深，埋置深度可以從室外地坪一直算到基礎(chǔ)底面，對于獨立的高層建筑而言，基礎(chǔ)埋深比較容易確定，但當今多數(shù)高層建筑與地下車庫都是相互連接的，當?shù)叵萝噹旎�礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)或設有防水底板的獨立基礎(chǔ)(防水底板不宜太薄)時，高層建筑的基礎(chǔ)埋深可從室外地坪算起，此時高層建筑地下室頂板及地下車庫頂板應按嵌固層要求設計，地下車庫應有足夠的側(cè)向剛度作為高層建筑的側(cè)限。假如不滿足以上條件的時候，高層建筑的基礎(chǔ)埋深應該要從地下車庫地面算起。高層建筑通常設地下室來滿足埋深要求，主要有以下幾點優(yōu)勢：

(1)提高地基承載力。當高層建筑采用天然地基時，地基承載力可進行修正。隨著基礎(chǔ)埋深的增加，修正后的地基承載力隨之增大，從而可滿足高層建筑對地基承載力的要求。

(2)有利于高層建筑上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。高層建筑地下室外墻一般采用鋼筋鹼墻，地下室頂板厚不宜小于160mm，地下室具有較大的層間剛度，同時地下室外墻周邊土也提供了很大的側(cè)向剛度和約束。因此設地下室有利于上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，有利于協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)整體變形，調(diào)整地基不均勻沉降。

2地下室頂板作為結(jié)構(gòu)底部嵌固層的條件

當?shù)叵率翼敯遄鳛榻Y(jié)構(gòu)底部嵌固層的時候，應該要能約束結(jié)構(gòu)底部的平動和轉(zhuǎn)動，故必須要滿足下列條件：

(1)地下室頂板與室外高差不宜過大，宜小于1/3層高。

(2)地下室的樓層剪切剛度不小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層剪切剛度的2倍。這里需指出的是，高規(guī)4.8.5條規(guī)定，抗震設計的高層建筑當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固層時，地下室柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積除應符合計算要求外，不應少于地上一層對應柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍。規(guī)范規(guī)定此條的目的是保證柱端塑性鉸出現(xiàn)在地下室頂部柱端。由于地下結(jié)構(gòu)的地震作用效應較小，即使在地下室柱與地上一層柱配筋相同時，柱端塑性鉸通常也出現(xiàn)在地下室頂部。按規(guī)范規(guī)定增大地下室柱配筋時，往往使得柱鋼筋較密，不便施工。

3房屋高寬比

房屋高度指室外地面至主樓主要屋面的高度。房屋寬度按所考慮方向的最小投影寬度作為建筑物的計算寬度。

對帶裙房的高層建筑，當裙房面積與其上塔樓面積比大于2.5或裙房抗側(cè)剛度與其上塔樓抗側(cè)剛度比大于2.0時，可取裙房以上部分的房屋高度和寬度計算高寬比。

4建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性界定

建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性除應按高規(guī)4.3與4.4節(jié)的相關(guān)規(guī)定界定外，還需注意以下問題：

(1)計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大位移比時應按剛性樓板假定。

(2)當結(jié)構(gòu)的位移比和周期比超規(guī)范規(guī)定時，說明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度偏小，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應較大。在結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較大，結(jié)構(gòu)的層間位移滿足要求的情況下，可減小結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，對樓層中部結(jié)構(gòu)做減法，可取消、減短、減薄剪力墻，減小連梁高度等。當結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較小，側(cè)移較大時，可對樓層周邊結(jié)構(gòu)做加法，可增大周邊構(gòu)件的剛度。對帶裙房高層建筑，帶裙房部分樓層的位移比和周期比往往超規(guī)范規(guī)定。由于裙房高度不高，裙房樓層的絕對側(cè)移值很小，因此可不按高層建筑的側(cè)移控制條件來要求裙房，即位移比可適當放寬。

(3)對某些建筑，因功能需要，下部幾層為大空間，上部為辦公或客房，隔墻較多，上下層剛度差別較大，此時剛度變化處的下一層宜指定為薄弱層，進行內(nèi)力放大調(diào)整。

5框架結(jié)構(gòu)梁柱偏心距較大應采取的措施

框架結(jié)構(gòu)梁柱偏心較大時，將導致節(jié)點核心區(qū)受剪面積減小，且梁端彎矩作用在節(jié)點上時出現(xiàn)扭矩。因此當梁柱偏心距大于柱截面在該方向?qū)挾鹊?/4時，應采取措施。通�？杉哟罅簩捇蛟O置梁水平腋。當設置梁水平腋時，在梁柱節(jié)點處形成了較強的剛域，梁塑性鉸將外移。因此梁端箍筋加密區(qū)長度應與普通框架梁有所區(qū)別，水平加腋梁的梁端箍筋加密區(qū)長度應取普通框架梁箍筋加密區(qū)長度與加腋水平長度之和。

6較長剪力墻的開洞問題

高規(guī)7.1.5條規(guī)定：“較長的剪力墻宜開設洞口，將其分成長度較為均勻的若干墻段，墻段之間宜采用弱連梁連接，每個獨立墻段的總高度與其截面高度之比不應小于2，墻肢截面高度不宜大于8m.”此條規(guī)定主要基于以下考慮：

(1)提高剪力墻的延性，避免脆性破壞。墻段高寬比大于2時一般為彎曲破壞，墻段高寬比小于2時一般為剪切破壞。

(2)避免單片剪力墻承擔過大的水平剪力而首先破壞，使得整個結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件依次破壞。在某些工程設計中，設計人員往往將較長的剪力墻開結(jié)構(gòu)洞，洞口較小，形不成弱連梁，此時的剪力墻為小開口剪力墻，仍具有很大的側(cè)向剛度，承擔的水平力很大，造成剪切脆性破壞。因此開結(jié)構(gòu)洞時一定要開大洞，形成弱連梁，連梁跨高比宜大于6使得較長剪力墻開洞后形成兩個較獨立的墻肢。

7懸挑梁的梁高度選用問題

現(xiàn)在，基本上建筑結(jié)構(gòu)設計師會經(jīng)常忽略對梁撓度的計算。梁高選用比較小，造成梁截面的受壓區(qū)的應力過高，在正常的使用狀態(tài)之下，梁截面的受壓區(qū)產(chǎn)生非線性徐變。伴隨著時間的推移，梁撓度漸漸加大。挑梁的變形導致了梁板裂縫，由于挑梁變形的不斷擴大，裂縫的寬度也隨之加寬，這樣就直接影響了建筑物的正常使用情況。即挑梁變形進一步發(fā)展，梁支座截面上部受拉區(qū)經(jīng)常會出現(xiàn)跨比較大的豎向裂縫。受支座附近的剪彎作用影響，豎向的裂縫不斷向下延伸成為斜裂縫，這個時候梁已經(jīng)接近毀壞。裂縫在梁支座的位置斜向延伸，縫越靠上寬度越大。挑梁截面過于窄小對建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果影響很大。懸挑結(jié)構(gòu)對非水平地震的作用極為敏感。當梁高相對而言較小時，梁截面對應的受壓區(qū)高度也是比較大的，但梁的延性是比較小的，在豎向地震作用力之下容易產(chǎn)生斷裂，從而失去了原有的承載力。

四、結(jié)語

近年來，高層建筑發(fā)展十分迅速，建筑造型新穎獨特，建筑物的高度與規(guī)模不斷增加。隨著高層建筑進一步的發(fā)展，滿足高層建筑的形式、材料、力學分析模型都將日趨復雜且多元化。實踐表明在高層建筑的結(jié)構(gòu)設計與施工過程中，設計、技術(shù)人員只有概念清晰，措施得當，才能不斷地完善和發(fā)展高層建筑。

參考文獻：

[1]梅洪元，付本臣。中國高層建筑創(chuàng)作理論發(fā)展研究[R].高層建筑與智能建筑國際學術(shù)研討會，2002.

[2]趙西安�，F(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設計[M].北京：科學出版社，2004.

[3]于險峰。高層建筑結(jié)構(gòu)設計特點及其體系[J].建筑技術(shù)，2009(24)。

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