建筑中結構設計的具體分析

摘要：建筑結構設計是個系統的，全面的工作。需要扎實的理論知識功底，靈活創新的思維和嚴肅認真負責的工作態度。作為設計人員，要掌握結構設計的過程，保證設計結構的安全，還要善于總結工作中的經驗。

關鍵詞：高層 結構 設計

結構設計簡而言之就是用結構語言來表達建筑師及其它專業工程師所要表達的東西。用基礎，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細部等結構元素來構成建筑物的結構體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎。

1 高層建筑結構的相關問題分析

1.1 結構的超高問題：在抗震規范和高規范中，對結構的總高度有著嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度以為，增加了B級高度，處理措施與設計方法都有較大改變。在實際工程設計中，出現過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。

1.2 短肢剪力墻的設置問題：在新規范中，對墻肢截面高厚比為5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據實驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。

1.3 嵌固端的設置問題：由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

1.4 結構的規則性問題：新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動，新規范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。”因此，結構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。

2 高層建筑結構設計中的問題分析

2.1 基礎埋深問題。基礎應該要有一定的埋深，埋置深度可以從室外地坪一直算到基礎底面，對于獨立的高層建筑而言，基礎埋深比較容易確定，但當今多數高層建筑與地下車庫都是相互連接的，當地下車庫基礎采用筏板基礎或設有防水底板的獨立基礎（防水底板不宜太薄）時，高層建筑的基礎埋深可從室外地坪算起，此時高層建筑地下室頂板及地下車庫頂板應按嵌固層要求設計，地下車庫應有足夠的側向剛度作為高層建筑的側限。假如不滿足以上條件的時候，高層建筑的基礎埋深應該要從地下車庫地面算起。

高層建筑通常設地下室來滿足埋深要求，主要有以下幾點優勢：①提高地基承載力。當高層建筑采用天然地基時，地基承載力可進行修正.隨著基礎埋深的增加，修正后的地基承載力隨之增大，從而可滿足高層建筑對地基承載力的要求。②有利于高層建筑上部結構的整體穩定。高層建筑地下室外墻一般采用鋼筋鹼墻，地下室頂板厚不宜小于160mm，地下室具有較大的層間剛度，同時地下室外墻周邊土也提供了很大的側向剛度和約束。

2.2 地下室頂板作為結構底部嵌固層的條件。當地下室頂板作為結構底部嵌固層的時候，應該要能約束結構底部的平動和轉動，故必須要滿足下列條件：①地下室頂板與室外高差不宜過大，宜小于1/3層高。②地下室的樓層剪切剛度不小于相鄰上部結構樓層剪切剛度的2倍。這里需指出的是，高規4.8.5條規定，抗震設計的高層建筑當地下室頂板作為上部結構的嵌固層時，地下室柱截面每側的縱向鋼筋面積除應符合計算要求外，不應少于地上一層對應柱每側縱向鋼筋面積的1.1倍。規范規定此條的目的是保證柱端塑性鉸出現在地下室頂部柱端。

2.3 房屋高寬比。房屋高度指室外地面至主樓主要屋面的高度。房屋寬度按所考慮方向的最小投影寬度作為建筑物的計算寬度。對帶裙房的高層建筑，當裙房面積與其上塔樓面積比大于2.5或裙房抗側剛度與其上塔樓抗側剛度比大于2.0時，可取裙房以上部分的房屋高度和寬度計算高寬比。

3 建筑結構不規則性界定

建筑結構不規則性需注意以下問題：①計算結構構件的最大位移比時應按剛性樓板假定。②當結構的位移比和周期比超規范規定時，說明結構的抗扭剛度相對結構的抗側剛度偏小，結構的扭轉效應較大。在結構抗側剛度較大，結構的層間位移滿足要求的情況下，可減小結構的抗側剛度，對樓層中部結構做減法，可取消、減短、減薄剪力墻，減小連梁高度等。當結構的抗側剛度較小，側移較大時，可對樓層周邊結構做加法，可增大周邊構件的剛度。對帶裙房高層建筑，帶裙房部分樓層的位移比和周期比往往超規范規定。由于裙房高度不高，裙房樓層的絕對側移值很小，因此可不按高層建筑的側移控制條件來要求裙房，即位移比可適當放寬。③對某些建筑，因功能需要，下部幾層為大空間，上部為辦公或客房，隔墻較多，上下層剛度差別較大，此時剛度變化處的下一層宜指定為薄弱層，進行內力放大調整。

4較長剪力墻的開洞問題

高規7.1.5條規定：“較長的剪力墻宜開設洞口，將其分成長度較為均勻的若干墻段，墻段之間宜采用弱連梁連接，每個獨立墻段的總高度與其截面高度之比不應小于2，墻肢截面高度不宜大于8m。”此條規定主要基于以下考慮：①提高剪力墻的延性，避免脆性破壞。墻段高寬比大于2時一般為彎曲破壞，墻段高寬比小于2時一般為剪切破壞。②避免單片剪力墻承擔過大的水平剪力而首先破壞，使得整個結構抗側力構件依次破壞。在某些工程設計中，設計人員往往將較長的剪力墻開結構洞，洞口較小，形不成弱連梁，此時的剪力墻為小開口剪力墻，仍具有很大的側向剛度，承擔的水平力很大，造成剪切脆性破壞。因此開結構洞時一定要開大洞，形成弱連梁，連梁跨高比宜大于6使得較長剪力墻開洞后形成兩個較獨立的墻肢。

5 懸挑梁的梁高度選用問題

伴隨著時間的推移，梁撓度漸漸加大。挑梁的變形導致了梁板裂縫，由于挑梁變形的不斷擴大，裂縫的寬度也隨之加寬，這樣就直接影響了建筑物的正常使用情況。即挑梁變形進一步發展，梁支座截面上部受拉區經常會出現跨比較大的豎向裂縫。受支座附近的剪彎作用影響，豎向的裂縫不斷向下延伸成為斜裂縫，這個時候梁已經接近毀壞。裂縫在梁支的座位置斜向延伸，縫越靠上寬度越大。挑梁截面過于窄小對建筑結構的抗震效果影響很大。懸挑結構對非水平地震的作用極為敏感。當梁高相對而言較小時，梁截面對應的受壓區高度也是比較大的，但梁的延性是比較小的，在豎向地震作用力之下容易產生斷裂，從而失去了原有的承載力。

6 結束語

總之，結構設計是個系統、全面的工作，需要扎實的理論知識功底，靈活創新的思維和嚴肅認真負責的工作態度。設計人員要從一個個基本的構件算起，做到知其所以然，深刻理解規范和規程的含義，并密切配合其它專業來進行設計，在今后的工作中，建筑結構設計人員需要重新認識自己工作的重要性，明確自己的責任，提高對結構設計質量安全問題的辨別能力，積累結構設計的工作經驗，使建筑結構設計工作行業逐步步入正軌，使建筑物的設計更安全、更合理。