關于高層建筑結構設計問題的分析

張光輝

（身份證號：130126198508221838）

關于高層建筑結構設計問題的分析

張光輝

（身份證號：130126198508221838）

本文通過分析高層建筑的現狀，總結了高層建筑結構的設計特點，并簡要論述了現有的各種結構體系及其優缺點，最后探討了高層建筑的分析方法，從而進一步完善高層建筑結構設計，促進高層建筑的發展。

高層建筑設計；結構體系；計算與分析

1　高層建筑的結構體系

（1）框架一剪力墻體系。從結構體系上看由于它平面布置靈活，空間大，能適應較多功能的需要，當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當位置設置較大的剪力墻來代替因此成為高層建筑的主要結構形式。但是，框架結構的側向剛度較小，在一般節點連接情況下，當承受側向的風力或地震作用時，將會有較大的變形。因此，限制了這種結構形式的建造高度和層數但是在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協同工作的結構體系。

（2）剪力墻結構體系。為了滿足更高層數的要求，出現了較高層數的剪力墻結構。剪力墻結構具有良好的側向剛度和規整的平面布置，按照功能要求，設置自下而上的現澆鋼筋混凝土剪力墻，對抵抗側向風力和地震作用是十分有利的，剪力墻體系屬剛性結構，其位移曲線呈彎曲型，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，是一種良好的結構體系因此它允許建造的高度遠遠高于框架結構。剪力墻結構的不足之處在于，平面布置的靈活性較差，使用上也受到一定限制。目前全國各地的大量高層住宅建筑，絕大多數均采用剪力墻結構。

（3）簡體體系。筒體結構是近年來發展起來的新體系，凡采用簡體為抗側力構件的結構體系統稱為簡體體系，它的出現滿足了高層建筑更高層數的要求，包括單簡體、簡體一框架、筒中筒、多束筒等多種形式。簡體是一種空間受力構件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結構單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構成的空間受力構件。

2　高層建筑結構設計應注意的問題

2.1結構選型

對于高層建筑結構而言，在工程設計的結構選型階段應注意以下幾點：

（1）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。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）結構的超高問題。對于超高限建筑物，應當采取科學謹慎的態度。因為在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態會發生很大的變化。隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發生質變，即有些參數本身超出了現有規范的適宜范圍，如安全指標、延性要求、材料性能、荷載取值、力學模型選取等。因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意。

（3）嵌固端的設置問題。不僅關系到結構中某些構件內力分配的準確性，而且還影響結構產生側移的真實性，以及結構局部的經濟性，由于高層建筑～般都帶有地下室和人防，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，高層建筑在進行結構分析計算之前必須首先確定結構嵌固端的所在位置，在這個問題上，結構設計工程師需要注意如下幾個方如：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固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調。

2.2地基與基礎設計

對高層建筑來說，在抗震設計中，房屋的高寬比是一個需慎重考慮的問題。不僅僅由于該階段設計過程的好與壞將直接影響后期設計工作的進行，同時，也是地基基礎整個工程造價的決定性因素，在這一階段，所出現的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。在地基基礎設計中要注意地方性規范的重要性問題。由于我國占地面積較廣，地質條件相當復雜地基基礎設計規范無法對全國各地的地基基礎都進行詳細的描述和規定，因此，作為建立在國家標準之下的地方標準。地方性的“地基基礎設計規范能夠將各地方的地基基礎類型和設計處理方法等一些成熟的經驗描述和規定得更為詳細和準確，所以，在進行地基基礎設計時，一定要對地方規范進行深入地學習，以避免對整個結構設計或后期設計工作造成較大的影響。

2.3結構計算與分析

在結構計算與分析階段，如何準確，高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理，首先基本選定結構方案后，緊接著就是高層結構設計的核心部分——結構計算由于新規范的推出對結構整體計算和分析部分內容進行了調整和改進，因此，對這一階段比較常見的問題應該有一個清晰的認識。接著根據所選取的結構體系，選用準確的結構模型和選取正確的結構設計軟件通用的計算軟件有SATWE、TAT、TBSA等，結構計算開始前，設計人員先要根據規范的具體規定和軟件手冊對參數意義的描述，以及根據工程的實際情況，對結構參數和特殊構件進行正確設置。

3　結語

總之，高層建筑結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程，高層建筑結構設計中應根據實際情況做好結構分析，多做方案比較。否則任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全因素。

TU318

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1673-0038（2015）28-0017-01

2015-5-27