關于高層房屋建筑結構設計的探討

劉雨

摘 要：現如今，隨著我國經濟的發展以及人們生活水平的不斷提高，使得人們對住房的要求越來越高。對于住房來說，它質量的好壞直接關系到人類的生命財產安全，因此，其質量是不容忽視的。然而建筑結構設計一直以來都是一項繁瑣而又重大的工作。因此，作為一名優秀的建筑結構設計者可以有效的借鑒自己和別人以往的經驗，這樣才能更好的做好建筑結構設計工作。

關鍵詞：高層房屋建筑；結構設計；原則

1 高層建筑結構的特點

1.1 框架結構體系

框架結構體系一般用于鋼結構和鋼筋混凝土結構中，由梁和柱通過節點構成承載結構，框架形成可靈活布置的建筑空間，具有較大的室內空間，使用較方便。由于框架梁柱截面較小，抗震性能較差，剛度較低，建筑高度受到限制；剪切型變形，即層間側移隨著層數的增加而減?。豢蚣芙Y構主要用于不考慮抗震設防、層數較少的高層建筑中。在考慮抗震設防要求的建筑中，應用不多；高度一般控制在70m 以下。

1.2 剪力墻結構體系

利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結構，稱為剪力墻結構體系。剪力墻結構體系于鋼筋混凝土結構中，由墻體承受全部水平作用和豎向荷載。

1.3 筒體結構

單個筒體可分為實腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墻組成空間薄壁筒體，即為實腹筒；框架通過減小肢距，形成空間密柱框筒，即框筒；筒壁若用空間桁架組成，則形成桁筒。實際結構中除煙囪等構筑物外不可能存在單筒結構，而常常以框架—筒體結構、筒中筒結構、多筒體結構和成束筒結構形式出現。

2 高層房屋建筑結構設計中經常出現的問題剖析

2.1 地基與基礎方面

在這方面經常出現的問題大多數是：高層房屋建筑基礎設計由于設計周期短，設計人員對基礎設計沒有做到優化設計，對基礎進行多方案比較設計、測算，做到即安全又經濟。實際上，我們在具體施工時，地基與基礎設計要做到合理，安全適用，設計人員必須依據地質勘察資料，統一考察多方面因素綜合分析基礎類型和上部結構。

2.2 地下室設計方面

①在地下室抗浮設計時，經常出現抗浮地下水位高度不準。給結構帶來不安全，因地質質料常常以自然地面向下多少米進行抗浮計算，而實際場地高差較大，無法準確確定水位，所以應經勘察單位確定正確的抗浮水位很重要。

②地下室裂縫控制，因計算機計算，經常會統一按0.2mm控制，這樣會造成鋼筋量偏高，應當迎水面按0.2mm，其它按0.3mm控制。

③地下室外墻配筋計算中有的工程，凡圍墻扶壁柱的不區別扶壁柱尺寸大小，一律按雙向板計算配筋，而扶壁柱按地下室結構整體電算分析配筋，又沒按雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。按外墻與扶壁柱變形協調原理，外墻豎向受力鋼筋、扶壁柱配筋不足，外墻水平鋼筋有富余。

2.3 高層房屋建筑中柱、梁以及基礎的活荷載未按規范乘以折減系數方面

設計人員設計高層建筑時，在計算梁、柱和基礎的活荷載時未按照現行設計規范活荷載乘折減系數計算其效應組合。

2.4 房屋建筑高度、高寬比超過現行規范、規程限值方面

現行的規范、規程給出的房屋最大適用高度和高寬比限值。按照現行抗震規范，高寬比雖然不是強制性條文，但是合理的高寬比對高層建筑的造價有很大的影響，因為高寬比過大（尤其在高烈度地區）將會影響建筑的位移比和剪力墻，柱，梁的配筋。一些高層建筑房屋高度超過最大適用高度規定限值，甚至個別建筑的高度和高寬比均超出規定限值。設計人員在結構設計過程中，對于房屋高度、高寬比和體型復雜程度超過現行規范、規程的高層建筑，會按超限高層建筑進行設計。同時，還有不容忽視的問題，是高層建筑適用高度除與結構體系類型及抗震設防烈度有關外，還與場地類別與結構是否規則等因素有關，當位于Ⅳ類場地或結構平面與豎向布置不規則時，其最大適用高度應適當降低20%。

2.5 結構縫設置不合理，縫寬度不足方面

在實際設計過程中，對于超長建筑物而言，為減少溫度變化對結構的不利影響，合理地設置伸縮縫是有必要的。有些設計人員用后澆帶代替伸縮縫，其實這種做法存在一定的問題。因為后澆帶僅能減少混凝土材料干縮的影響，不能解決溫度變化的影響。后澆帶處的混凝土封閉后，若結構再受溫度變化的影響，后澆帶就不能再起任何作用了。

3 高層房屋建筑結構設計對策

高層房屋的建筑結構設計，在具體的操作過程中，筆者認為應該包括兩個方面的內容。既包括工程整體的總結構設計也包括在工程內部的每一個分結構的設計。具體來說有基礎結構、屋蓋結構、圍護結構以及一些細節結構。結構的設計，不僅僅包括選型、受力、布置等內容，而且應當在滿足基本規范要求的基礎上，對工程結構進行優化，提升整體的經濟效益。下面筆者結合自身的工作經驗，對高層房屋建筑的結構設計提出相應的建議。

第一，重視概念設計。概念設計，是指在具體的設計過程中，將一些明確的理念融入貫徹到具體的設計過程中，特別是通過對各種災難性破壞事件的預估，例如地震、洪水等提升房屋建筑整體的抗破壞能力。例如在汶川地震發生以后，房屋的抗震設計開始被重視，抗震能力的提升要求從具體的構件與構造上著手，例如剛度的均勻性、是否對稱等都是有效提升抗震能力的重要措施。除此以外，延性設計的概念，能夠有效的控制地震發生以后對結構的各種脆性破壞。這些設計概念只有貫穿在整個結果設計過程中，才能真正的發揮作用。

第二，水平力的考慮。在低層和多層房屋建筑結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層房屋建筑設計中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化，所以對風荷載比較敏感的高層建筑，風荷載須按100年風壓計算。

第三，剪力墻結構體系設計。高層房屋建筑的另一個重要結構設計就是剪力墻，剪力墻的功能在用提升整體建筑的強度與剛度水平，同時它也是圍護與房間布局分割的構件。剪力墻結構中，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置，它剛度大，空間整體性好，用鋼量也較少。重視剪力墻的結構設計，是高層建筑質量保證的一個重要因素。

第四，建筑自身的減重。建筑自重也是影響建筑層數與高度的一個重要因素，從經濟效益與安全質量的角度來考慮，減輕建筑自身的自重都是非常重要的一項舉措。從地基承載能力的角度來看，減輕自重意味著在樁基承載能力一定的情況下，能夠有效的降低成本或者能夠增加建筑層數，這對于提升建筑的整體經濟利益是非常有利的。所以在結構設計中，要在滿足設計需求的基礎上盡可能的減輕建筑的自重，減少樁基的負荷壓力。

參考文獻：

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[2] 王政源.關于高層房屋建筑結構設計管理的研究[J].江西建材，2014（22）.