高層建筑結構設計的注意事項

中國建筑西南勘察設計研究院有限公司 610000

摘要：近年來，隨著經濟建設步伐的加快，高層建筑越來越多，為適應各種建筑的具體特點，需要在設計的環節進行加強，而其結構設計就顯得尤為重要。筆者結合多年的多、高層建筑結構設計經驗，對高層建筑結構設計的原則、注意事項和要點進行了總結分析，與同行交流。

關鍵詞：高層建筑；結構體系；電算；超限高層；不規則；承載力；抗震措施

0引言

隨著我國經濟的飛速發展，建筑結構專業技術日新月異，高層、超高層建筑已成為城市建筑工程建設的重要組成部分。而當前高層建筑結構設計中存在著一些難題，給建設工作帶來一定的困擾，應遵循設計規范與原則，抓住水平荷載、結構延性、軸向變形三大要點，對各種結構體系進行認真的分析和研究，設計出結構形式合理、造價相對較低、適合于城市建設的高層建筑。

一、高層建筑結構設計原則

1.1 選取合理的結構體系

目前國內的高層建筑常用的結構體系有：框架、框架-剪力墻、剪力墻、筒體、板柱-剪力墻、鋼結構等。高層建筑結構體系的選取，不僅要與建筑、給排水、電氣、暖通等各專業密切配合，而且要積極采用新材料、新的施工工藝和技術，做到與時俱進；同時也要重視建筑本身的平、立面的選型，以實現建筑的安全適用性和經濟合理性。

1.2 選取適宜的結構計算簡圖

高層建筑結構設計中，結構計算簡圖的選取至關重要。因為計算簡圖的選取直接影響計算工作量的大小和與實際受力的差異的大小。歸納成以下選取原則：（1）盡可能準確反映結構的實際受力情況，使計算結果盡量接近實際；（2）使各結構構件受力明確，傳力途徑簡捷。（3）簡化甚至忽略對結構內力和變形影響的次要因素，使計算過程大大簡化。

1.3 準確解析、核實電算設計結果

目前，在高層建筑結構設計中，大多需要借助電腦建模分析，常用的結構計算軟件如：PKPM、盈建科、廣廈結構CAD、3D3S、SAP2000等等。由于各種軟件所適合的范圍和計算程序設定的不同，這就需要結構設計人員使用軟件前必須熟悉該軟件，否則計算的結果與實際受力情況可能會有很大的差異。當然，電腦程序計算的結果也不能直接用于實踐中，主要因為各種程序本身都有一定的不足，所以還需要人工復核電算設計的結果，杜絕電算可能產生的不合理結果對項目施工構造策劃產生不良影響。因此，這就要求結構設計人員不僅要輸入資料時一定嚴謹仔細，而且要在后續作業中，對電算設計成果進行嚴格審核、科學解析，才能做出合理的結構。

表1 不同場地類別的各類建筑抗震設防要求

抗震設防類別

場地類別甲類乙類丙類丁類

地震

作用抗震措施

（含抗震構造措施）地震

作用抗震措施

（含抗震構造措施）地震

作用抗震措施

（含抗震構造措施）地震

作用抗震措施

（含抗震構造措施）

Ⅰ類場地提高可不提高按本地區可不提高按本地區可降低一度，

但不低于6度按本地區可適當降低，

但不低于6度

Ⅱ類場地及除Ⅰ類、0.15g和

0.30g地區的Ⅲ、

Ⅳ類場地外的其他場地提高提高一度按本地區提高一度按本地區按本地區按本地區可適當降低，

但不低于6度

0.15g和0.30g地區的Ⅲ、

Ⅳ類場地提高分別按8度（0.20g）

和9度（0.40g）采取按本地區分別按8度（0.20g）

和9度（0.40g）采取按本地區分別按8度（0.20g）

和9度（0.40g）采取按本地區分別按8度（0.20g）

和9度（0.40g）采取

注：（1）表中“提高”與“降低”均以本地區抗震設防烈度為基準。

二、高層建筑結構設計要點分析

2.1 結構選型問題

結構選型是一個綜合性的問題，不僅要考慮建筑的使用功能、結構上的安全合理，施工上可能性，還要考慮造價上的經濟性和藝術上的美觀性。所以，充分掌握結構選型的相關知識，兼顧設計及預算，對建筑總體方案和造型設計均會大有益處。因此，在工程設計的結構選型階段，根據各方面的要求選擇適宜的結構體系，使其滿足國家相關規范，即設計時盡量避免形成超限高層建筑工程，確實有條件并且需要做成超限高層建筑工程時，也必須嚴格控制其各項指標，著重注意下面的兩點。

2.1.1 控制結構的高度和高寬比

我國現行規范中對鋼筋混凝土高層建筑結構的最大適用高度區分為A級和B級，并對各種結構體系的高寬比也做出了規定，并且要求對平面和豎向均不規則的高層建筑結構的最大適用高度宜適當降低。當設計房屋高度超出規范中的相關要求，必須嚴格研究，除非有可靠的工程經驗可循，否則不應采用。

2.1.2 限制結構平面和豎向的不規則性

抗震設計時，在高層建筑的一個獨立結構單元內，其平面布置宜簡單、規則、對稱、減少偏心，豎向體型宜規則、均勻。非抗震設計時的高層建筑，可參照超限高層建筑工程抗震設防界定標準做適當放寬，但其計算模型也應滿足的各種參數指標。對于形成不規則的高層建筑，除了按計算確定其各種參數指標滿足規范要求外，還應對不規則布置形成的薄弱部位進行加強處理。平面不規則常用的加強措施如：加強薄弱部位的拉梁和拉板設置、增大薄弱部位的結構板厚度及加強其配筋等。豎向不規則性常用的加強措施如：適當提高結構薄弱層在地震作用標準值作用下的放大系數、對結構薄弱層的墻、柱加強水平及豎向配筋等。

2.2 嵌固端的選取問題

高層建筑結構分析計算之前，應根據地下室的設置情況、擬采用的基礎形式及基礎埋深要求、地下室周邊土及相鄰建筑或裙房剛度對本建筑的約束力大小、是否形成大底盤多塔建筑等條件確定結構的嵌固端在設置在地下室頂板還是基礎頂面。選取合理的結構嵌固端，是高層建筑結構計算中的一個重要假定，它不僅關系到結構構件內力計算的準確性，而且還影響結構產生側移的真實性，以及結構的經濟性，因此有必要對結構嵌固端的選取做仔細研討，以避免嵌固端的設置不合理帶來的一系列問題。

2.3 力學模型的選取及簡化問題

高層建筑結構是復雜的三維空間受力體系，計算分析時應根據平面和立面布置的規則程度、結構體系及結構復雜程度等情況，采用合理的力學模型，其宗旨在于能很準確或者近似準確地反映各結構構件的實際受力情況。由于各種計算模型均有其局限性，不可能百分之百做到完全反映建筑結構本身的每個細微環節，這就需要對局部某些構件做簡化處理。如高層住宅中常見的飄窗，由于其本身不是主要結構構件，建立模型時可以把飄窗相關的荷載折算成線荷載、集中荷載及均布扭矩加載與相應的結構梁上，而忽略其本身的剛度及其剛度對整體工作計算的影響，這對整體結構分析是偏于安全的。

高層建筑相對于單層及多層建筑而言，層數更多、重量更大，豎向抗側力構件（墻、柱、斜撐等）的軸向變形影響就更為顯著，模型計算時必須考慮。原因在于：（1）較大的豎向荷載需要通過足夠剛度的豎向構件承擔；（2）建筑物越高，更大的風荷載、水平地震作用等側向作用力所產生的水平力、傾覆力矩等也需要足夠剛度的抗側力構件承擔；（3）高層建筑整體抗彎、抗剪、抗傾覆作用也需要足夠的墻、柱、斜撐等豎向抗側力構件與梁、板形成協調變形的整體來承擔。因此，高層建筑按空間整體計算采用的力學模型必須充分考慮豎向抗側力構件各種復雜受力情況，適當增大其安全系數。

2.4 材料的采用問題

高層建筑由于其層數多，如何減輕其自重也是高層建筑結構設計應考