高层建筑结构设计应注意的问题

徐敬莲

（贵州省建筑设计研究院贵州贵阳　550001）

高层建筑结构设计应注意的问题

徐敬莲

（贵州省建筑设计研究院贵州贵阳550001）

随着我国经济的高速发展，高层建筑发展迅速，建筑平面布置与竖向体型也越来越复杂，其结构体系也越来越趋于多样化和复杂化，给高层建筑的结构设计提出了更高的要求。与此同时高层建筑的结构设计过程中的一些常规问题却往往被忽视，给工程质量留下安全隐患，笔者根据在施工图审查过程中经常遇到的此类问题进行了归类、总结，可供同行参考。

高层建筑；结构设计

高层建筑的结构布置应满足下列三条：

（1）其结构平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心；质量、刚度和承载力分布宜均匀，不应采用严重不规则的平面布置。也即：在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力的作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。

（2）高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和收进。结构的侧向刚度宜下大上小，沿竖向逐渐均匀变化，避免侧向刚度和承载力突变，也即：①对框架结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比不宜小于0.7，与相邻上部三层刚度平均值的比值不宜小于0.8。②对框架-剪力墙、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比不宜小于0.9；当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时，该比值不宜小于1.1；对于结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5。③A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%。

（3）在正常使用条件下，高层建筑结构应具有足够的刚度，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，也即：①按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比宜符合下列规定：高度不大于150m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比：框架结构不宜大于1/550；框架-剪力墙、框架-核心筒、板柱-剪力墙结构不宜大于1/800；筒中筒、剪力墙、除框架结构外的转换层结构不宜大于1/1000；高度不小于250m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比不宜大于1/500；高度在150～250m之间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比的限值可按前2项的限值线性插入取用。②房屋高度不小于150m的高层混凝土建筑结构应满足风振舒适度的要求，也即在现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）规定的10年一遇的风荷载标准值作用下，结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度计算值不应超过：住宅、公寓为0.15m/s2；办公、旅馆为0.25m/s2。③楼盖结构应具有适宜的舒适度。楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz，竖向振动加速度峰值不应超过：住宅、公寓为0.07m/s2（竖向自振频率不大于2Hz时）、0.05m/s2（竖向自振频率不小于4Hz时），商场及室内连廊为0.22m/s2（竖向自振频率不大于2Hz时）、0.15m/s2（竖向自振频率不小于4Hz时），楼盖结构竖向自振频率为2～ 4Hz时，峰值加速度限值可按线性插值选取。

高层建筑结构设计中应注意结构的适用高度，在《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.3节中，规定了高层建筑结构的总高度的限制，因此结构设计人员必须对结构的该项控制因素严格注意，当结构为B级高度建筑甚至超过了B级高度时，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在具体的实际工程设计中，发生过由于结构类型的变化而没有注意其适用高度的限制，导致结构施工图审查时没有通过，需要重新进行结构设计或需要召开专家会议进行论证等工作的情况，对工程的工期、造价等整体规划造成了巨大影响，阻碍了工程的开展，这种情况必须引起结构设计人员的高度重视。

按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第12.1.1条，高层建筑宜设置地下室。这是因为有地下室的高层建筑其地震破坏比无地下室的高层建筑轻，而且有地下室对提高地基的承载力有利，对结构抗倾覆有利，而且也满足了《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第12.1.8条：“基础应有一定的埋置深度……”的要求，笔者在施工图审查过程中经常见到结构设计人员不设置地下室，由于无地下室，基础的埋置深度显然不够，而且也未采取任何加强措施，这就给设计带来了安全隐患。

再有就是嵌固端的设置问题，当嵌固端设置在地下室顶板时，有些结构设计人员往往忽视了由于嵌固端的设置而带来的一系列需要注意的问题如：

①嵌固端处地下室指的是周边均有侧限的地下室，像贵州地区等山区建筑中，多数地下室为半地下室，这种半地下室是不能作为结构的嵌固端的。

②在结构整体计算中嵌固端的设置：对于不同的结构计算软件，嵌固端的设置层号是不同的，结构设计人员应仔细阅读其使用说明书，避免嵌固端位置的设置错误，从而导致结构整体计算的结果错误。

③嵌固端处上下层刚度比的限制：按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第5.3.7条：“高层建筑结构整体计算中，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层与首层的侧向刚度比不宜小于2。”

④嵌固端处楼板的设计：按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第：3.6.3条“……作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构（请注意是：“梁板结构”，因此不能采用空腹楼板结构”），楼板厚度不宜小于180mm，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。”

⑤嵌固端处上下层抗震等级的一致性：按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.9.5条：“抗震设计的高层建筑，当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层相关范围的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级；地下室中超出上部主楼相关范围且无上部结构的部分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。”

⑥嵌固端处框架的梁柱节点设计：按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第12.2.1-3条：“地下一层柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍；地下一层梁端顶面和底面的纵向钢筋应比计算值增大10%采用。”

⑦嵌固端处剪力墙的设计：按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第12.2.1-4条：“地下室与上部对应的剪力墙墙肢端部边缘构件的纵向钢筋截面面积不应少于地上一层对应的剪力墙墙肢边缘构件的纵向钢筋截面面积。”

⑧结构抗震缝（包括伸缩缝、沉降缝）设置与嵌固端位置的协调，等等。

而忽略以上其中任何一个方面都有可能致使后期的结构设计工作的大量修改及返工或留下安全隐患。

总之，高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这个过程中的遗漏或错误都有可能使整个结构设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全的因素。要想让建筑项目成为安全、经济、合理的优秀设计项目，那么从头至尾正确的概念设计，准确的计算模式、构造和合理的配筋是必不可少，这就要求结构设计人员要加强自身的学习，充分理解规范条文的要求，深入分析、仔细思考，才能够保证结构设计的结果即安全又经济。

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）.中国建筑工业出版社，2010.

[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）.中国建筑工业出版社，2010.

TU973

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1673-0038（2015）15-0038-02

2015-3-21