住宅建筑中的结构设计分析

2013-04-29张列刚

世界华商经济年鉴·城乡建设版 2013年5期

关键词：高层建筑结构设计特点

张列刚

摘要：随着我国建筑行业的大力发展以及人民生活追求的不断提高，给建筑设计的复杂性带来了更大的挑战，从而为建筑结构设计带来更大的难度。笔者结合自己的实际工作经

验，对高层住宅建筑结构设计进行了研究和探讨。

关键词：高层建筑结构设计特点问题参数控制

引言

从近20年来建筑物的发展来看，建筑规模已经越来越大，而且建筑复杂性日益增加。这种变化已经给结构师们对高层民用建筑的设计带来了许多新的课题和更高的挑战。如何设计出安全的高层民用建筑，以满足消费者的需求，是设计师们要面对的问题。而掌握高层民用建筑结构设计要点，结构设计时正确合理地处理所出现的问题，是结构设计人员所需具备的要求。笔者将结合实践经验，针对高层民用建筑结构设计中存在的问题，提出相应的处理

措施。

1、高层建筑结构设计的特点

1.1轴向变形不容忽视

高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形，对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外还会对预测构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪

力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

1.2结构延性是重要设计指标

相对于低层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构

造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

1.3水平荷载成为决定因素

一方面，因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比，而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有

较大幅度变化。

2、高层建筑结构的相关问题

2.1结构的超高问题

在抗震规范和高规中，对结构的总高度有着严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度以为，增加了B级高度，处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工

期、造价等整体规划的影响相当巨大。

2.2短肢剪力墙的设置问题

在新规范中，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，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不必要的麻烦。

2.3嵌固端的设置问题

由于高层建筑一般都带有2层或2层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室项板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的问题。如：嵌固端楼板的设计、嵌固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。

2.4结构的规则性问题

新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案”。因此，结构工程师在遵循新规范的这些限

制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

3、高层结构设计的参数控制

高层结构设计中各参数的控制将直接影响结构的安全性、合理性，特别有些参数在高层结构中显得更重要。因此，合理的选取各控制参数，同时调整参数将有助于提高结构整体控制的效率，同时可使结构设计更加安全、经济合理。以下这些参数控制与调整是工程实践证

明相当重要的参数之一。

1）轴压比：限制结构的轴压比，以保证结构的延性要求，当不满足规范要求时可以通

过增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度的办法调整；

2）层间位移角：限制结构在正常使用条件下的水平位移，确保高层结构应具备的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求，当不满足规范要求时，只能

通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整；

3）周期比：限制结构的抗扭刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结构产生的不利影响。当不满足规范要求时，只能通过调整改变结构布置，提高结构的抗扭