一般高层结构设计常见的几个问题

王世君

摘要：本文结合高层建筑结构设计的特点，从结构选型、地基与基础设计、结构分析与计算几个方面，就一般高层结构设计中一些常见的问题进行了介绍。

关键词：高层结构；设计；结构选型；分析计算

Abstract: based on the characteristics of the high building structure design, from the structural type, ground base and foundation design, structural analysis and calculation several aspects, general high-rise structure design of some common questions are introduced in this paper.

Keywords: high-rise structure; Design; The structural type; Analysis and calculation

中圖分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

社会经济的发展给高层建筑带来了前所未有的机遇。然而随着高层建筑结构形式趋于多样化，随之而来的弊端也越来越多的表现出来。如果对高层结构的设计方法不清晰，造成结构布置不合理，不仅浪费人力、物力，还有可能留下质量上的安全隐患。为了避免或减少此类事故的出现，作者对高层建筑结构设计的几个主要方面进行了分析，以期对结构工程师在处理高层结构方面的问题上有所帮助。

高层建筑结构设计特点

（1）水平荷载成为决定性因素。对一定高度的楼房来说，竖向荷载基本上是定值，而风荷载和地震作用等水平荷载的数值则会随结构动力特性的不同可能产生较大幅度的变化。

（2）轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够使柱子发生较大的轴向变形，从而影响连续梁弯矩的大小和分布；另外对构件剪力和侧移产生影响，与不考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果[1]。

（3）结构侧移成为控制指标。随着房屋高度的增加，水平荷载作用产生的结构侧移量迅速增大，需要严格控制在某一限制之内。

结构选型

结构体系的选择

（1）框架结构。框架结构是由梁和柱组成的空间体系，它的建筑平面布置灵活，使用空间较大，延性较好。但其整体侧向刚度较小，在强震作用下易产生侧向变形。在水平荷载作用下主要发生剪切型侧向变形，多用于多层或低烈度地区的小高层建筑。

（2）剪力墙结构。剪力墙结构是由不同方向的墙体通过墙墙相交或梁墙相连形成的空间结构。剪力墙结构的空间刚度大，整体性好，水平力作用下的侧向变形小。由于墙面平整，空间使用效率高。缺点是受平面布置所限，使用空间较小，结构自重较大。结构在水平荷载作用下主要发生弯曲型侧向变形，多用于高度较高的高层住宅等建筑中。

（3）框架-剪力墙结构。这种结构兼有框架结构和剪力墙结构的优点，平面布置灵活、使用空间大，抗震性能良好。缺点是：为了满足建筑的使用功能，剪力墙的平面布置常受到限制，可能会造成平面不规则等。结构在水平荷载作用下主要发生弯剪型侧向变形。结构的设计高度介于框架结构和剪力墙结构之间。需要注意的是，框架-剪力墙结构中，在基本阵型地震作用下，如果框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总底部地震倾覆力矩的50%，则框架部分的抗震等级应按框架确定[2]。

结构的规则性问题

规范在结构的规则性方面提出了很多限制条件，如平面规则性、嵌固端上下层的刚度比等都需要满足一定条件。并且还严格规定严重不规则的结构体系在高层建筑中不应采用[2][3]。因此，结构工程师在遵循这些限制条件时必须严格注意，防止考虑不周。下面对其中具有代表性的几点进行介绍。

（1）结构的平面布置，必须有利于承受水平荷载和竖向荷载，尽量均匀对称，减少扭转的影响，平面总长度不宜过长。平面尽可能减小外伸突出部分，在凹角位置处的楼板要适当加强配筋。平面布置应力求刚心、形心、质心相重合。竖向结构的强度、刚度应均匀、连续变化。

（2）结构的高宽比不宜过大；结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，避免突变；体型复杂，或因使用功能和建筑要求导致结构平面严重不规则的结构，可在适当位置具有足够的宽度的防震缝，将结构划成多个相对规则的抗侧力单元。

地基与基础设计

地基与基础设计的好与坏不仅直接影响后期设计工作的进行，还决定着整个工程的造价，必须加以重视。在地基基础设计中要提高对地方性规范的重视程度。由于我国幅员辽阔，不同地区的地质条件迥异，仅靠《地基基础设计规范》这一国家标准无法详尽地描述和规定全国各地的地基基础，因此，作为国家标准的细化和延伸，地方性的“地基基础设计规范”能够更详细和准确地规定和描述各地方的地基基础类型和设计处理方法中的成熟经验。所以，在设计地基基础时，一定要深入学习地方规范，以避免或减小对整个结构设计或后期设计工作造成的影响。

结构分析与计算

在结构分析与计算阶段，如何准确、高效地分析工程结构的内力，并按照规范要求进行设计、处理，将决定着工程设计质量的好坏的。因此，结构工程师应对这一阶段经常遇到的问题有一个清晰的认识。

（1）结构整体计算的软件选择

目前常用结构计算软件的计算结果有或大或小的差异[4]，所以，在进行结构计算和分析时必须选择合理的计算软件，并从相差较大的计算结果中，运用所学的专业知识和工程经验，判断结果的合理性，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。除此之外，对于重要结构或者对某一软件的计算结果存在疑惑时，可利用多种计算软件的结果进行对比判断。否则，如果计算软件选取不合适，不但浪费时间和精力，还有可能使结构存在不安全隐患。

（2）地震力放大，隔墙等对自振周期的影响，阵型数目的确定

规范明确提出了不同结构体系下高层结构计算自振周期的折减系数，需根据具体结构形式进行取值。此外，规范并给出了“振型参与系数”的限值。在计算分析阶段必须对该参数的结果进行判断分析，以决定是否要调整振型数目。

（3）多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算

随着大底盘，多塔楼的高层建筑类型大量涌现，对其采用何种方法进行计算分析也受到越来越多的讨论。究竟是将结构作为一个整体，视为多塔类型进行计算，还是将结构分开计算，是结构工程师必须注意的问题[5]。

结语

随着我国经济社会的高速发展，城市用地的日趋紧张，高层建筑必将越来越多的出现。近几年来高层建筑的形式、材料和计算分析模型日趋复杂化和多元化。而结构设计是一项综合性技术工作，亦是一门实践性很强的工作，需要一个长期、复杂甚至循环往复的过程，这一过程中的任何遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂，甚至使设计结果存在不安全因素。鉴于此，作者对高层建筑结构设计的几个主要方面进行了分析，以期对结构工程师在处理高层结构方面的问题上有所帮助。

参考文献

[1] 陈沁. 高层结构设计问题分析[J]. 今日科苑, 2007(06)

[2] 中华人民共和国国家标准. 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010

[3] 中华人民共和国行业标准. 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010