談高層建筑結構設計中應注意的問題

王 曉 鋒

(山西省第二建筑設計院，山西 長治 046000)

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談高層建筑結構設計中應注意的問題

王 曉 鋒

(山西省第二建筑設計院，山西 長治 046000)

以山西省長治市某酒店為實例，研究了高層建筑的主要結構形式及選型技術，介紹了結構構件布置方式及參數控制，探討了現行高層建筑結構分析和設計中應注意的一些問題，為高層建筑的結構設計提供了一定的參考。

高層建筑，結構選型，計算參數，構造措施

隨著城市人口集中化，建設用地日趨緊張。高層建筑已成為現在及未來一段時間我國建筑方面的主導。隨著高層建筑形式多樣化、建筑功能復雜化發展，高層建筑結構的分析與設計出現了許多新的問題需要加以考慮和解決。本文結合實際工程，對高層建筑結構形式的選擇、結構構件的布置，結構計算參數的控制，結構構造措施的設置等幾方面內容進行了深入的分析和探討，以期能為高層建筑的結構設計提供一定的參考。

1 工程概況

某酒店位于山西省長治市中心，是集住宿、餐飲、購物、辦公及會議于一體的商業綜合樓，主樓地上22層，地下2層，建筑高度76.5 m，采用剪力墻結構，裙樓、輔助用房地上4層，地下1層，建筑高度17.1 m，采用框架結構。主樓基礎采用筏板基礎，裙樓基礎采用條形基礎。

2 結構形式的選擇

高層建筑的結構形式主要有：框架—剪力墻結構、剪力墻結構、框架—核心筒結構。框架—剪力墻結構具有框架結構平面布置靈活的優點，又具有剪力墻結構側向剛度較大的優點，但從結構設計經濟性角度考慮，該結構形式一般適用于10層～20層的建筑；剪力墻結構整體性強，抗側剛度大，側向變形小，適用于較高的建筑，但因其墻體較密，較難滿足大空間建筑功能的要求，因此適用于住宅、辦公類建筑。框架—核心筒具有框架結構和筒體結構兩者的優點，既具有建筑平面布置靈活便于設置大房間，又具有較大的側向剛度和水平承載力，其受力和變形特點與框架剪力墻結構類似，但其結構造價較高，適用于超高層建筑。

綜上所述，主樓為酒店公寓，建筑平面布置簡單、規則，采用剪力墻結構，酒店裙房及輔助性用房中布置有商場、餐廳、會議廳，對建筑空間要求較高，則采用框架結構。主樓與裙房結構剛度相差較大，為改善結構的抗震性能，減少房屋的扭轉，采用防震縫將主樓與裙房地上部分斷開。此外，因主樓與裙房層數相差較大，荷載差異較大，為防止主樓與裙房沉降不均勻，因此主樓與裙房采用不同的基礎形式，主樓采用筏板基礎、裙房采用條形基礎，且主樓與裙樓施工期間設沉降后澆帶，要求沉降后澆帶兩側構件在施工中妥善支撐，以確保構件和結構整體在施工階段的承載力和穩定性，最終待主樓沉降穩定后再行澆筑。

3 結構構件的布置

剪力墻結構是利用鋼筋混凝土墻承受豎向荷載和抵抗水平力的一種結構體系。通常情況下剪力墻的平面布置應注意以下幾點：

1)應沿建筑物的主要軸線雙向布置剪力墻。

2)剪力墻平面位置布置應盡量做到均勻、對稱以及連續。

3)應結合建筑平面及建筑功能盡可能的使兩個主軸方向的抗側剛度接近。

剪力墻的豎向布置應注意以下幾點：

1)貫通建筑物全高，如建筑功能要求減少部分墻肢時，應逐層減少，或通過調節墻體厚度、墻體混凝土強度等級來避免各層剛度突變。

2)剪力墻結構中的門窗洞口應盡量上下各層對齊，形成明確的墻肢和連梁，且應避免洞口與墻邊，洞口與洞口之間形成小墻肢。此外，剪力墻布置中還應避免布置長度超過8 m的超長墻肢，可通過設置結構洞口調節墻肢的長度。

在本工程中，主樓的平面為矩形，長邊方向有著較大的剛度，在布置剪力墻時為使兩個主軸方向的抗側剛度相接近，可通過調節橫向剪力墻之間的間距、縱向剪力墻的長度等方法實現。

4 主要計算參數控制

在高層建筑結構的分析與設計過程中，需要控制的主要參數有軸壓比、周期比、位移比、剛度比、剛重比、剪重比、層間位移角。

1)軸壓比指墻肢承受的軸壓力設計值與墻肢的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比值。控制其意義為保證結構的延性。

2)周期比指結構的扭轉第一周期與平動第一周期的比值。周期比能反映結構的平面布置是否合理，控制其可保證結構必要的抗扭剛度，從而減小扭轉對結構產生的不利影響。

3)位移比指樓層豎向構件的最大層間位移與平均層間位移的比值。位移比可反映結構平面布置的不規則性，控制其可避免因結構平面布置不規則導致結構產生較大的扭轉效應。

4)剛度比指結構不同樓層側向剛度的比值。剛度比是判斷結構豎向不規則的重要指標。

5)剛重比指結構側向剛度與重力荷載設計值之比。剛重比是控制結構整體的穩定性的重要指標。

6)剪重比指對應水平地震作用標準值的樓層剪力與重力荷載代表值的比值。控制其意義主要為限制各樓層的最小水平地震剪力，確保長周期結構的安全。

7)層間位移角指樓層豎向構件的層間最大位移與層高之比。主要為限制結構在正常使用條件下的水平位移，確保高層結構應具備的剛度，避免產生過大的位移而影響結構的承載力、穩定性和使用要求。

在本工程中因設置了轉角窗，角部剛度削弱，整體結構性能差，扭轉剛度小，因此周期比、位移比、層間位移角參數不符合規范要求。從以下幾方面進行調節：加大橫向外墻的剛度，可通過加厚外橫墻的厚度，調節外墻連梁高度來實現；通過調整剪力墻的平面布置位置，減小結構剛心與質心的偏心距，并加強樓板的剛度，從而提高結構的抗扭剛度；通過一系列的調整，最終各參數均滿足規范要求。

5 結構構造措施及設計中應注意的問題

在本工程中，為滿足建筑功能的需要，需設置轉角窗及轉角陽臺，但因其造成了剪力墻結構的不連續性及封閉性，對結構的抗震不利，為此，應采取切實有效的結構構造措施來加強結構的整體性，如加大轉角窗所在房間的樓板厚度及樓板配筋率，并在樓板中設置暗梁，提高樓板的連接作用，加強轉角窗兩側墻體的穩定性；加大轉角窗樓層處的邊梁，加強轉角墻之間的連接性；房屋全高轉角窗處剪力墻沿全高設置約束邊緣構件。

在本工程結構設計中，剪力墻連梁的超筋現象較明顯，筆者通過以下幾點的調整解決剪力墻連梁超筋問題：

1)通過減小連梁剛度，可通過減小連梁截面高度，調整連梁剛度折減系數來實現。

2)當連梁不作為次梁的支承梁時，可對連梁進行鉸接處理。但與之相連的剪力墻按獨立墻肢進行復核計算，剪力墻配筋按包絡設計。

6 結語

隨著高層建筑進一步發展，結構體系各式各樣，高層建筑結構設計難度越來越大，因此應從結構的概念設計著手，選擇合理的結構體系，并通過合理控制各計算參數、合理利用結構構造措施，從而使高層的結構布置更加合理，達到更好的效果。

[1]王 燕，王 維.淺談高層建筑結構分析與設計.山西建筑，2008,34(5)：128-129.

[2]范俊梅.高層建筑結構設計中的幾個問題分析.山西建筑,2009,35(15)：54-56.

[3]云牧星,鐘曉明.高層建筑需要控制的參數及調整方法.中國建材科技,2013(2)：56-57.

[4]張景坤,馬立杰.開設轉角窗的高層剪力墻結構分析.山西建筑,2010,36(29)：42-43.

Discussion on design matters of high-rise building structure

Wang Xiaofeng

(Shanxi2ndBuildingDesignInstitute,Changzhi046000,China)

Taking the hotel in Changzhi city of Shanxi province as an example, the paper studies major structural forms and selection techniques of high-rise building, introduces structural components distribution methods and parameters control, and explores current matters needing attention in high-rise building structure analysis and design, which has provided some guidance for high-rise building structure design.

high-rise building, structural selection, computation parameter, structural measures

1009-6825(2015)21-0023-02

2015-05-12

王曉鋒(1980- )，男，工程師

TU973

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