刍议高层建筑结构设计

王变云

摘 要：近十余年来我国的高层建筑建设可谓突飞猛进，其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。但是，从设计质量方面来看却不容乐观，多数设计追赶流行时尚，但是存在很多安全隐患。本文作者结合多年工作经验，主要就目前我国高层建筑设计中存在问题及解决对策方面进行了简单探讨，仅供相关人员参考学习。

关键词：高层建筑；结构设计；常见问题

0 引言

随着我国建筑事业的不断发展，城市建筑的楼层堆砌得越来越高，体积变得越来越庞大，高层建筑和超高层建筑在城市建设中所占据的地位也越来越重要。就目前来说，我国城市建设中的高层建筑工程无论是在建设数量上，还是在建设速度上，都令国人和世界惊叹。当高层建筑逐渐发展成为现代城市住宅的主流时，其结构体系和设计方式也与时俱进的作了不少的改变。下面本人结合多年工作经营，现就高层建筑的结构设计方面浅谈几点个人看法，不足之处敬请同行指正。

1 高层建筑及其建筑结构体系简介

1.1高层建筑定义。迄今为止，世界各国对多层建筑与高层建筑的划分界限并不统一。同一个国家的不同建筑标准，或者同一建筑标准在不同时期的划分界限也可能不尽相同。例如：《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002中规定：大于等于10层，或大于等于28m。高度大于等于100m的建筑为超高层建筑。但是目前世界各国基本是将高层建筑定位在10层或30m左右，因为火灾发生时不超过10层左右的建筑可通过消防车扑救，更高的建筑很难利用消防车扑救，需要更多自救措施。

1.2高层建筑结构体系。目前高层住宅主要有分为以下结构体系：1）剪力墙结构体系。剪力墙是高层住宅最常用的结构体系，采用剪力墙结构可以减少非承重隔墙数量，一般用钢量比框剪结构少，而且室内无外露梁柱，用户比较喜欢。2）框架轻体墙结构和框架剪力墙混合结构体系。这种体系能使高层住宅大幅度降低自重，又能使内部空间分隔有更大的灵活性，因而在国内被广泛使用。3）筒形结构体系。超过30层以上的高层建筑受到较大的侧力，为一般结构体系所不能承受，而筒形结构的刚度较大，中央设有井筒，外围设置的柱子形成筒状柱网，核心井筒与周围框架共同工作，形成抗侧力极强的结构体系。核心井筒作为电梯间、楼梯间、设备管道间使用。井筒与四周钢筋混凝土柱网之间有横梁或板联系。全部的内隔墙为轻质墙，外墙为保温的围护墙。内外筒之间可以自由分隔，十分灵活。4）其他结构体系。高层建筑的新结构体系大部分是探索性的，如筒中筒结构的发展，或者束状筒的组合，外筒桁架交错，以中心井筒悬挂式结构以及很高的桁架梁的体系等。

2 高层建筑结构设计中的常见问题及对策

随着社会发展的要求和市場竞争的激烈，高层建筑在造型形式不断翻新、高度记录一再被打破，同时，其内部空间构成的模式也发生了很大的变化。建筑产品的这种系统的密集性、交叉性及最终的整体性，最主要的表现还是在高层建筑上。高层建筑的显著特性是“高”，这是由于这个原因使其与其他建筑有着诸多的不同，在高层建筑结构设计中存在的问题亟待解决。

2.1地基与基础设计方面

地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素，因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。首先，建筑无地质详勘报告，仅仅依据建设单位口头或笼统参照附近建筑物的基础设计资料就进行施工图设计。设计人员仅凭一点数据是不完全面的，也是不安全的，更不能盲目地把耐力容许值取得小一些就认为成无一失了。其次，采用换土垫层进行软弱地基处理，不进行换土垫层设计，只凭经验处置。有时设计者软弱地基的危害认识不足，只是简单地凭借经验采用砂垫层加强一下承载力，没有进行垫层宽度和厚度计算，既不安全，又不经济。最后，民用建筑中柱，梁及基础的负荷未按规范乘以折减系数。设计人员设计多层民用建筑时，在计算梁、柱和基础的负荷 时未按现行设计规范舸用荷载乘折减系数计算其荷载值，因而荷载值准确。

对策：在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。仅依据国家标准进行地基基础设计是不够的，还要建立在国家标准之下的地方标准，从当地实际社会、自然条件出发，能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，并进行地方规范的深入学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。地基与基础设计要做到合理，安全适用，设计人员必须依据地质勘察资料，统一考察多方面因素进行基础类型和上部结构设计。

2.2承重柱和承重墙设计方面

对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空问组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。目前高层建筑结构受力方面的问题：首先，是构造柱兼作承重柱用，这使得构造柱提前受力，这不但会降低构造柱对彻底的拉结和约束作用，而且一旦发生地震，在构造柱位置必然形成应力集中，首先遭到破坏。构造柱兼作承重柱使用后，柱底基础的抗冲切、抗弯部及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础一旦发生冲切或局部承压被出现裂缝。

对策：建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。

2.3框架横向和纵向设计方面

在框架结构设计中，结构设计人员经常只注意了横向框架的设计而忽视了纵向框架。对于非抗震设计，纵向地按普通的连续梁进行设计，梁柱的节点和框架中的纵筋、箍筋的配置无法不答合框架的构造要求。由于没有考虑地震的纵向作用，在实际设计中经常出现梁的支座负筋，跨中纵筋及箍筋的配筋置均不足的现象。

对策：现行建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴方向分别计算，各方面的地震和用应由该方向的抗侧力构件来承担。在框架结构设计中，纵向框架与横向框架有同等的重要性。在高层建筑中，竖向结构体系成为设计的控制因素，因为较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；而且，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。所以，在高层建筑结构设计中，结构受力性能不仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯和抵抗变形。

3 结束语

目前，高层建筑已经成为了我国现代化城市建设的重要标志。而它之所以能够成为城市建筑中的主流，其主要原因还是由于其结构设计的独特性。的确与普通的建筑结构相比，高层建筑结构在设计手段和施工工艺上来说，都拥有着更为先进的，且更能满足现代人居住需要的筹码。也正是因为这样，高层建筑才更需要在建设之前，结合建筑工程的实际情况，通过通过选择各种有效的设计手法来对其结构进行设计，从而实现高层建筑工程的长足发展。