阐述高层建筑结构设计中的问题

曾林茂

摘要：本文根据作者近些年的工作经验对钢筋混凝土高层建筑结构设计中概念设计、地基与基础设计、结构计算与分析等方面总结了一些常见问题，可供设计参考

关键词：高层建筑；结构；设计

中图分类号：TU972

1概念设计

1．1高宽比的规定

目前从大多数的高层建筑来看，高宽比的规定是对结构整体刚度、承载能力、抗倾覆能力以及经济合理性的宏观控制指标，是长期工程经验的总结，这一限值是比较实用、比较经济合理的。对侧向位移、结构稳定、抗倾覆能力、承载能力等性能的规定也体现了对结构高宽比的要求。当满足这些规定时，高宽比的规定不是一个必须满足的条件，也不是判别结构规则与否并作为超限高层建筑抗震专项审查的一个指标，注意规范的用词是“不宜超过”。当超过限制时，应对结构进行更准确更符合实际受力状态的计算分析和设置切实可靠的构造措施

1．2合理地布置抗侧力构件

在一个单独的结构单元内．应避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼、电梯问；减少地震作用下的扭转效应。竖向体型尽量避免外挑，内收也不宜过多、过急，结构刚度、承载力沿房屋高度方向宜均匀、连续分布，避免造成结构的软弱或薄弱的部位。应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载力。根据具体情况，结构单元之间应遵守牢固连接或有效分离的方法。高层建筑的结构单元应采取加强连接的方法。

1．3嵌固端的设置问题分析

在对高层建筑进行结构分析计算之前，务必确定结构嵌固端的所在位置，而嵌固端的选取却面临着各种不同情况，如不设地下室但基础埋深较大，设有地下室但其层数或多或少，且基础形式不同等。根据以上情况正确选取其结构嵌固端，是高层建筑结构计算模型中的一个重要假定它，不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性，而且还影响结构产生侧移的真实性，以及结构局部的经济性，因此，在这个问题上．结构设计工程师需要注意如下几个方面：嵌固端楼板的设计、嵌周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。

地下室顶板作为上部结构构件的嵌固端时，应保证被嵌固构件在嵌固处不会发生平动位移和转动位移，应满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)和《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)中对地下室顶板作为嵌固端的要求，当地下室顶板或地下某层楼板开大洞、局部不连续、错层等，将不能起到嵌固作用，此时，适宜将地下室底板作为嵌固端。

1．4短肢剪力墙的设置问题分析

通常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，短肢剪力墙有较多的不利性和争议性，国家和地方规范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很多不必要的麻烦；必须采用的时候，则要满足国家和地方对短肢剪力墙的各项规定，若各项规定有矛盾时，则要按更为安全可靠的规定执行，譬如《广东省<高规>补充规定》(DBJ／T15—46—2005)与《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)比较，在短肢剪力墙的截面定义、抗震等级、配筋数量等方面都有不同的规定．前者比后者扩大了范围，更为安全可靠，所以对于广东省内的项目，设计时更应执行后者。

2地基与基础设计

地基与基础设计一直困扰着结构工程师，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素。因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在高层建筑的地基基础设计中，应综合考虑建筑场地的地质状况及水位、上部结构类型、使用功能、施工条件以及相邻建筑的相互影响等因素，以保证建筑物不致发生过量沉降或倾斜，并能满足正常使用要求。还应注意了解相邻地下构筑物及各类地下设施的位置和标高，以保证基础的安全性和确保施工中不发生问题。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国幅员辽阔，地质条件相当复杂，作为国家标准，仅仅一本《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)，无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定。因此，作为建立在国家标准之下的地方标准，地方性的《地基基础设计规范》能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确。所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

3结构计算与分析

随着科学技术的发展，目前高层建筑的结构分析基本上都采用计算机软件进行，但计算机软件并不能完全代替设计人员的设计概念。电算前后，设计人员必须对软件的计算原理及适用范围有一个清晰的认识。在结构计算与分析阶段，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。

3．1结构整体计算的软件选择

现代比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA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多或少的不同。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周期折减系数

在高层结构中设置了非结构的砌体填充墙，在结构计算时应考虑其对主体结构的影响。周期的折减应考虑到门窗洞口的设置对周期的影响，不同的结构类型和填充墙的多少也决定了周期折减系数的取值，而不能一概而论。

3．3振型数目是否足够

阵型数的多少与结构的层数有关，对振型的取值都有较为明确的规定。因此，在计算分析阶段，根据规范要求x~t-算结果进行判断，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问以来，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。如果多塔问刚度相差较大，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。《广东省<高规>补充规定》(DBJ／T15—46—2005)中明确规定，大底盘多塔楼结构宜按实际情况建模，必要时，可作适当简化后进行整体计算，以考虑大底盘与塔楼的相互影响；同时，各塔楼宜分开再进行单独计算，比较多塔与单塔的计算结果，确认合理的计算结果作为设计依据。当多塔塔楼之间相距较远时，宜在裙房处设缝断开，将主体结构设计为单塔楼结构。

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，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，必须严格按照规范中的非结构构件的计算处理措施进行设计。

4结束语

综上所述，这是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，必须以高层建筑结构设计理论为基础,对影响高层建筑结构的主要因素进行深入的分析研究,做到精心设计,确保质量、安全

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。