浅析高层结构设计中相关问题

孙旋 孙静

【摘要】近些年，我国经济不断发展，人们的生活水平也逐步提升，随着城市化进程的不断加快和建设用地的压力，越来越多的高层建筑进入人们眼帘。建筑形式趋向多样化，设计理念也一直在创新中，由此高层建筑的形体结构越来越复杂，不同形体的高层建筑设计是存在难度的。本文针对高层建筑结构设计中常遇到的问题进行分析。

【关键字】高层；结构设计；高层建筑

TU97

1前言

随着建筑物高度的不断增加，其承受的垂直、水平荷载对结构产生的效果也会随之发生变化，在高层结构设计中应当充分考虑到这种情况。在高层结构的设计中，注重其概要结构设计是其基本原则。在进行设计时，需要特别注意结构选型和平、立面布置上的规则性，选择结构体系时应当优先考虑抗震性与抗风性都比较好、而且经济合理的方案。概念、计算和构造集于一体才能完成完整的高层结构设计，尤其是抗震结构的设计。本文将从几个方面对设计中遇到的问题进行分析探讨。

2高层结构设计原则

2.1计算简图的合理选择

只有在计算简图的基础上才能保证结构计算式的顺利进行，若果计算简图选择不合理，就有可能导致结构安全事故的发生，因此对计算简图进行合理选择是保证高层结构安全的一个重要条件。此外还需要有相应的构造措施来对计算简图实施保证。实际结构中的节点不一定就是铰结点和刚结点，虽然如此，也至少保证与计算简图的误差在允许范围内。

2.2基础方案的合理选择

实际设计中，应当根据工程的地质条件、结构类型与载荷分布、毗邻建筑物之间的影响、施工条件等等因素加以综合分析，从而确定基础设计，选择一个既经济又合理的方案作为基础设计方案。在设计中应该最大限度的发挥地基潜力，并在必要时对地基变形进行验算。一份详尽的地质勘查报告是基础设计不可缺少的参考，遇到没有地质报告的情况时，应当进行现场勘查或者参照临近建筑物的建筑资料。一般情况下，同一结构单元是不应当采用两种不同类型的设计的。

2.3结构方案的合理选择

一个经济且合理的结构方案是一个合理的设计的关键，这就要求选择一种切实可行的结构体系。该结构体系应当满足受力明确、传力简捷的要求。综合考虑地理环境、材料供应、建筑设计要求以及施工条件的限制，并且要与建筑、电力、取暖、供水等专业好好协商，在这样的前提下进行结构方案的选择。

2.4计算结果的正确分析

一般在结构设计中采用计算机技术，目前现有的软件种类多种多样，不同的软件能够得出不同的运算结果。基于此，设计师应该充分了解到各个软件的适用范围、使用条件。对计算结果认真分析，慎重核对，从而做出判断。

2.5构造措施的采用

在结构设计中，应当充分考虑到构件的延性性能，对于薄弱部位着重加强；注意钢筋的锚固长度；充分考虑到温度应力的影响。针对这些问题，采取相应的措施。

3高层结构设计中的问题

3.1高层结构选型

3.1.1高层结构的规则性问题

在结构规则性方面，新旧规范有较大的变动。新的规范中对此增加了很多的限制条件，像：嵌固端上下层刚度比信息、平面规则性信息等，除此之外，新规范中还增加了像“建筑不应采用严重不规则的设计方案”一类的强制性条文。建筑结构工程师在进行设计时，需要遵循新规范中的规定和限制条件，以免后期施工阶段再进行改动，造成工作的被动性。

3.1.2结构超高问题

在《高规》和抗震规范中，对结构的总高度的限制有严格的规定，特别是新規范中针对以前出现的超高问题，除将原来的限制高度设定为A 级高度之外，同时增加了B 级高度，其设计方法与处理措施方面都有很大的改变。实际工程设计过程中，曾有因变更结构类型而忽略该问题，以致于施工图审查时无法通过，不得不重新设计或者为此开专家会议进行论证的情况出现，这对工程工期、造价等整体规划造成了巨大的影响。

3.1.3嵌固端的设置问题

高层建筑通常都带有二层或者多于二层的地下室和人防，嵌固端或设置在人防顶板，或设置在地下室顶板等位置，所以在此问题上，结构设计工程师可能会忽视由于嵌固端的设置应该引起注意的一些方面，例如：嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层抗震等级的一致性、结构抗震缝设置、结构整体计算时嵌的设置以及嵌固端位置的协调等问题，其中任何一个方面被忽略都很有可能造成后期设计工作的大量修改，甚至造成不必要的安全隐患。

3.1.4短肢剪力墙的设置问题

新的规范中，规定短肢剪力墙指的是墙肢截面高厚比为5～8 的墙，并且根据相关的实验数据和实际操作中的经验，对关于高层建筑中短肢剪力墙的应用增加了不少限制。基于此，进行高层建筑设计时，结构工程师需要尽可能地少用或者不用短肢剪力墙，从而能够很好地避免后期设计工作时的不必要的麻烦。

3.2地基与基础设计问题

结构工程师一向特别注意地基与基础设计的工作，这不只是因为该阶段设计的好坏直接影响到后期的设计工作的顺利进行，同时也因为地基基础决定着整个工程的造价。如果在这个阶段出现问题，将导致更为严重的影响，甚至造成不可估量的损失。我国国土面积大，地质条件比较复杂，一种规范无法将所有的地质情况纳入。因此，各个地方在《地基基础设计规范》的基础上针对自己地区的特殊地形、地质情况做出了更详细的规范。在进行地基基础设计时，一定要深入学习了解地方性规范，便于做出更为准确的设计。

3.3结构的计算与分析问题

如何准确高效的进行内力分析，并按照相关规定进行设计处理，这是在结构计算与分析阶段需要注意的关键问题，其关系到工程设计质量的好坏。新规范的出台，与原有的规范在某些方面存在一些出入，结构工程师应当对此相当了解。

3.3.1软件选择

市场上各类软件种类繁多，不同的软件得出的计算结果也存在着一定的差异。在进行工程整体结构计算与分析阶段，结构工程师需要根据所设计工程的类型，选择适当的计算软件，并应当具备从不同软件的计算结果中，判断哪个更为合理、哪个可以作为参考、哪个可以舍弃，这些是结构工程师进行设计工作的首要任务。一旦选择了不合理的计算软件，不止浪费了时间和资源，还很有可能造成结构的安全隐患。

3.3.2考虑建筑隔墙在不同情况下对自振周期的影响

新旧规范中都有涉及到这一内容，是否需要地震力放大，考虑建筑中每个部位自振周期的影响。只不过，在新的规范中根据实践经验明确提出了各种结构体系下，高层结构自振周期的折减系数的计算。

3.3.3振型数目

新的规范中，新增加了振型参与系数的概念，而且明确提出了该参数的限值，这一概念在旧的规范中并未涉及。在进行计算分析阶段，必须对该参数结果进行判断，由此决定是否需要调整振型数目的原有取值。

3.3.4非结构构件的计算与设计

在高层建筑中，常常会有一些出于建筑美观需要或者功能需要设计的构件，它们是主体承重骨架体系外的非结构构件。高层建筑的地震作用和风荷载都比较大，因此在对这部分内容进行设计时，必须按照新规范中的有关规定进行处理。

4小结

论文中对高层建筑结构的设计原则进行了陈述，并分析了在高层结构设计中需要注意的一些问题。在进行高层结构设计时，需要充分了解新规范中的规定，并严格遵照规定，根据实际情况，设计出经济合理的高层结构。

【参考文献】

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[2]杨新.浅谈钢筋混凝土高层结构设计常见问题[J].中华民居,2011(6).

[3]肖锡平.对高层结构设计中的热点问题的探讨[J].城市建设理论研究（电子版）,2011(23).

[4]黄健.高层结构设计的经验略谈[J].城市建设理论研究（电子版）,2011(21).