关于高层民用建筑结构设计的几点论述

刘申会

【摘要】民用建筑的质量优劣除了与现场施工的影响因素外，另一个至关重要的影响因素就是结构设计。本文就民用建筑结构设计中的一些要点问题进行了论述，并针对要点进行了简单的研究和探析。

【关键词】民用建筑结构；问题；要点浅析

一、高层民用建筑结构的设计原则

1.结构坚固、耐久。除按荷载大小及结构要求确定构件的基本断而尺寸外，对阳台、楼梯栏杆、顶棚、门窗与墙体的连结等构造设计，都必须保证建筑物构、配件在使用时的安全。

2.应用先进技术。在进行建筑构造设计时、应大力改进传统的建筑方式，从材料、结构、施工等方面引入先进技术、并注意因地制宜。

3.合理降低造价。各种构造设计，均要注重整体建筑物的经济、社会和环境的三个效益，即综合效益。在经济上注意节约建筑造价，降低材料的能源消耗，又要有利于降低经常运行、维修和管理的费用。还须保证工程质量，不能单纯追求效益而偷工减料，降低质量标准，应做到合理降低造价。

4.注意美观大方。建筑物的形象除了取决于建筑设计中的体型组合和立面处理外，一些建筑细部的构造设计对整体美观也有很大影响。例如栏杆的型式、阳台的凸凹、室内外的细部装修，各种转角、收头、交接处的接头设计.都应合理处理.并相互协调，注意美观大方。

二、影响高层民用建筑结构设计的主要因素

1.外力作用的影响

作用在建筑物上的各种外力统称为荷载。荷载可分为恒荷载（如结构自重）和活荷载（如人群、家具、风雪及地震荷载）两类。荷载的大小是建筑结构设计的主要依据。也是结构选型及构造设计的重要基础，起着决定构件尺度、用料多少的重要作用。风载是高层建筑水平荷载的主要因素，风力随着地面的不同高度而变化，在沿江沿海地区，风力影响更大，设计时必须遵照有关设计规范执行。

2.气候条件的影响

我国各地区地理位置及环境不同，从炎热的南方到寒冷的北方，气候条件有许多差异。太阳的辐射热、自然界的风、雨、雷、霜、地下水等构成了影响建筑物的多种因素。有的构、配件因热胀冷缩而开裂；有的部位出现渗漏水现象；有的因室内过冷或过热而妨碍工作等等.放在进行构造设计时，应该针对建筑物所受影响的性质与程度，对各有关构、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保温、隔热、设伸缩缝、设隔蒸汽层等等。以防患于未然。

3.各种人为因素的影响

人们在生产和生活活动中，往往遇到火灾、爆炸、机械振动、化学腐蚀、噪声等人为因素的影响。故在进行建筑构造设计时，必须针对这些影响因素，采取相应的防火、防爆、防振、防腐、隔声等构造措施，以防止建筑物遭受不应有的损失。

三、高层民用建筑结构设计过程中存在的问题

1.天然地基承载力与基础埋深的确定问题

首先是地基承载力的确定存在误差 ；在对地基承载力进行确定时不仅要对其性质加以充分的考虑，而且还要充分的考虑基础的埋置深度以及宽度，地基承载力会随着基础埋置深度的加深以及基础宽度的加大而逐渐的提高。但是如果属于软弱基地，那么将会使得地耐力取值进一步提高存在安全隐患。其次基础埋深通常从室外地面标高开始算起；填方区域应在填土后才可进行挖槽，可从填土面开始算起，填土主要是在上部结构而完成的，从天然地面标高开始算起。如果地下室采用的是箱形基础，那么基础埋深应从室外地面标高开始算起；比如分离式的基础的地下室也就是说内墙与内柱基础，具体埋置深度应从室内地面开始算起；而地下室外墙基础应采取室内与室外计算埋置深度的平均值。不过实际设计过程中通常没有考虑天然地面室外设计地面标高间存在的不同和填土的规范施工顺序，只一味的按照设计室内地面标高算起。这样一来就会使得基础计算埋深值进一步增大，最终导致按照深度调整后的地基承载力也较大，安全系数低。

2.结构计算存在的问题

建筑物结构计算存在的问题是荷载取值不够合理、验算底框砌体结构方面的问题以及结构周期折减系数的确定。如高层民用框架的建筑一般在采取独立的基础上以及其地基受力部位不具备软弱粘性土层的情况下，那么就非常有必要对地基的抗震承载力加以验算，在对其基础进行设计时，应充分的考虑风荷载的作用。因此必须将风荷载输入到高层民用建筑中。只有具有均匀的刚度时方可采用底部剪力法，假如其结构中存在薄弱层应充分考虑其因塑性变形集中所带来的影响；此外由于框架结构等都有填充墙，因此它的实际刚度要高于计算时的刚度，但其实际周期比计算周期小，因此最终所计算出的地震剪力通常较小，使得结构潜在了安全隐患，唯一的解决办法就是折减计算周期。

四、加强高层民用建筑结构设计措施

1.对地基承载力宽度与深度修正

在对地基承载力宽度与深度进行修正时，应结合工程具体情况，根据《建筑地基基础设计规范》中的规定、基本原理以及理论，明确基础埋置深度的取值，特别对于部分特殊情况，应充分的分析，合理的进行取舍。在施工中要求基础完成时还要在上部结构施工前回填完成，回填土应进行分层夯实。实际上地基承载力就是地基同时满足强度以及变形这两个条件时，单位面积所能承受的最大荷载。一般情况下上部结构体型较为简单，整体刚度较大，如果地基不均匀沉降有着极强的适应性，那么地基承载力就可取高值；如果基础宽度大，埋置深度深，那么地基承载力就会有所提高；高层建筑为了使得地基具有较好的稳定性，避免建筑物滑动与倾覆，通常都会要求基础整体刚度要大，埋置深度深，可采用箱形基础。另外基础埋深对于地基土体及上部结构所组成的相互作用体系的动力特性与动力反应有着一定的影响；各个学者在对这一问题进行研究后，所得出的结论存在着一定的差异，主要是因为上部结构刚度条件具有差异性。应对上部结构各种刚度条件加以全面的考虑，并进行大量的数值计算，从而获取到基础埋深对土体与结构共同作用体系的动力特性与反应影响的规律。

2.结构计算参数的选择

具体有以下三方面：首先选择合理的地震力振型组合数；其对于高层建筑，在没有采取扭转耦联计算方式时，应取3，如果振型系数已经超出了3，那么应取3的倍数，不过决不能比房屋层数高，在《建筑抗震设计规范》中有明确的规定，一个合理的振型个数通常能够取振型参与质量达到总质量的百分之九十所需的振型数。目前中国建筑科学研究院已经具备了这一功能，能够及时的将这种参与质量的比值全面的输出。同时通过耦合计算的地震剪力要比非耦合计算小，只有其结构发生极为明显的扭转时，才可以采用耦合计算的方式进行，必要时应采用非耦合計算加以补充。其次框架结构或荷载最不利布置与组合；如果活荷载较大，那么是否对活荷载进行最不利布置、组合，会严重的影响到计算全面的反映出来，很有可能导致结构不安全。在对结构计算过程中，应对各种构件进行区分，然后进行分布计算，并且当荷载输入时，应进一步折减楼面活荷载。

五、结束语

民用建筑的结构设计是一个复杂的系统，其中存在的问题涉及到方方面面，要解决好这些问题就需要丰富的经验和先进的理论知识，在此前提下，建筑结构设计师通过综合考虑各方面设计因子，并与各种规范进行多重整合，运用科学的设计理念，做到建筑设计与结构设计的紧密结合，选择合理的结构体系，这样才能设计出真正满意的建筑。

参考文献：

[1] 倪荣荣.高层建筑结构设计若干问题探讨[J].才智，2011年23期.

[2]王晓霞，李谦.高层建筑结构的若干关键设计分析[J].科技致富向导，2012年20期.