高层结构设计中的相关问题

邓亮

摘要：随着我国经济建设的快速发展，高层建筑已经成为我国建筑发展的主流趋势。高层建筑的结构设计是确保高层建筑安全使用的重要保障，高层建筑的结构设计的合理与否直接关系着建筑在建成后的使用性能，所以，我们要加强对高层结构设计工作的重视，对于在设计中存在的相关问题，我们要结合实际，深入的进行探讨，并提出相应的处理意见，从整体上提高高层结构设计的技术水平。下文主要针对高层建筑结构设计中经常会出现的一些问题进行分析，总结了设计经验，以达到保证建筑的安全、延长其使用寿命的目的。

关键词：基础埋深；底部嵌固层；高宽比；不规则性；偏心距；开洞；梁高度

引言

随着建筑物高度的不断增加，地下室的层数也随之增加。人们对地下空间需求的不断增长，致使裙房的底盘面积在增加。地下工程在整个建设项目中所占的比重越來越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大，因此结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。另外，地下室结构的设计也比较复杂，主要技术问题有：地基承载力及变形问题、抗浮问题、不均匀沉降问题、结构超长问题、基础型式的选取和计算方法问题、人防设计等等；技术问题与经济因素息息相关，先进适用的技术能使建设项目取得良好的经济效益，而经济因素在一定程度上也会制约一些先进技术的使用。

1、结构选型

选择合理的结构类型，高层建筑结构平面布置应力求简单、规则、对称，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梯、电梯间；坚向体型应尽避免大的外挑、内收也不宜过多，力求刚度均匀，避免突变和应力集中，注意非结构构件对主体结构产生的有利和不利的影响，协调布置构件，才能保证与主体结构连接的可靠性。在抗震规范与高规中，对结构的高度都有严格的限制，除了将原来的高度设置为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑。高层建筑的高宽比，是对结构刚度整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。对于带有裙房的高层建筑，当裙房的面积和刚度相对于其上部塔楼的面积和刚度较大时，计算高宽比的房屋高度和宽度可按裙房以上部份考虑。

2、抗浮问题

2.1、增加地下室的底板厚度来增加地下室的重量是解决地下室抗浮问题的一个直接有效的方法，但这种方法还应该结合地基土的承载力而定；在对主体结构的地基承载力进行深度修正时，增加地下室的底板厚度可以提高主体结构的有效埋置深度，从而提高了主体结构修正后的地基承载力特征值。

2.2、设置抗浮桩。表面上看这是一种解决抗浮问题行之有效的方法，但仔细分析，这种方法也有一定的局限性，从结构受力方面讲，由于地下室的抗浮设防水位是根据拟建场地历年最高水位结合近几年的水位变化情况提出来的，即使是经过重新评估后确定的抗浮设防水位，也是按一定的统计规律得出的结论。很显然，这种方法确定的地下水位在一般的情况下是很难达到的。加之设计计算的不精确性也使得抗浮桩具有一定的安全储备，因此，“抗浮桩”实际上长期起着“抗压桩”的作用。这种“反作用”将阻碍有抗浮要求的地下室的合理沉降，而这种变化将会使无沉降缝的大底盘地下室在主体结构和裙房之间产生更大的不均匀沉降差；同时设置抗浮桩后，计算基础底板内力及配筋时应考虑地下水压力，这样也会增加基础底板的荷载。另外一方面，如果地下水位长期处于一种较高的水平之上，设置抗浮桩也不乏是一种有效的方式。因此，抗浮桩是一把双刃剑，使用时需仔细考虑。

3、人防地下室的结构设计

由于人防的要求，高层建筑的地下室常兼作人防地下室。普通民用建筑的防空地下室人防等级一般以五、六级居多。按照平战结合的设计原则，同时考虑结构的受力特点以及经济因素，五级人防区多设置在主体结构部分，六级人防区多设置在裙房或纯地下室部分，并且人防区基本上都位于地下室最下一层。人防地下室和非人防地下室相比，由于增加了核爆动荷载以及对辐射等方面的要求，二者在结构设计上有较大区别，主要体现在荷载及荷载组合、材料强度、内力计算和构造规定等方面。人防底板的荷载控制问题。人防地下室位于主体结构部分时，人防底板一般是平时荷载起控制作用；人防地下室位于纯地下室部分时，当仅有一层地下室且顶部有覆土时，人防底板一般是战时荷载起控制作用，当有两层或两层以上的地下室且顶部有覆土时，人防底板一般是平时荷载起控制作用。

4、不均匀沉降问题

在设计中不设沉降缝，而采取一定的措施，调整地基反力，尽量减少不同部分的地基反 力差，从而减少沉降差。这是所谓“调”的方法。如：裙房部分采用天然地基，主楼部分采用复合地基或桩基。裙房和主楼部分采用不同的基础形式，主楼采用筏基或箱基，裙房采用独立基础或条形基础。目前比较常用的方法是在主体结构部分采用CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）复合地基，在裙房及纯地下室部分采用天然地基。在主裙楼之间设置沉降后浇带，钢筋不断，先施工主楼，待主楼封顶完成大部分沉降后，再施工裙房。两部分沉降基本稳定后再浇筑后浇带。这样，用调时间差的办法解决了沉降差，同时又避免了设置沉降缝带来的麻烦。这也是一种“调”的方法。

5、地下室顶板作为结构底部嵌固层的条件

地下室的楼层剪切刚度不小于相邻上部结构楼层剪切刚度的2倍。由于地下结构的地震、作用效应较小，即使在地下室柱与地上一层柱配筋相同时，柱端塑性铰通常也出现在地下室顶部。按规范规定增大地下室柱配筋时，往往使得柱钢筋较密，不便施工。

6、结语

高层建筑结构的设计是一个长期复杂、循环往返的过程，在这个过程中任何遗漏和错误都有可能对结构造成安全隐患。这就要求结构设计人员在工作中，应认真学习新规范，力求掌握更为合理的结构设计方法，做到设计产品即安全、合理、又经济。建筑结构设计人员需要重新认识自己工作的重要性，明确自己的责任，提高对结构设计质量安全问题的辨别能力，积累结构设计的工作经验，使建筑结构设计工作行业逐步步入正轨，使建筑物的设计更安全、更合理。