歸亮

摘要：高層建筑的出現(xiàn)，不僅改變了城市的建筑格局和人們的居住模式，還在一定程度上反映出科學技術與社會經濟發(fā)展的水平。本文對高層建筑結構設計等問題進行了分析。

關鍵詞：設計原則；關鍵技術；結構設計

引言

結構設計是一項集結構分析、數(shù)學優(yōu)化方法以及計算機技術于一體的綜合性技術工作，是一項對國家建設有重大意義的工作，同時，亦是一門實用性很強的工作。在對高層建筑進行結構設計時，必須以高層建筑結構設計理論為基礎，對影響高層建筑結構的主要因素進行深入的分析研究，做到精心設計，確保質量、安全。

1.高層建筑結構設計原則

鋼筋混凝土高層建筑結構設計應與建筑、設備和施工密切配合，做到安全適用、技術先進、經濟合理，并積極采用新技術、新工藝和新材料。

高層建筑結構設計應重視結構選型和構造，優(yōu)先選擇抗震及抗風性能好且經濟合理的結構體系與平、立面布置方案，并注意加強構造連接。在抗震設計中，應保證結構整體抗震性能，使整個結構有足夠的承載力、剛度和延性。

2.高層建筑結構設計關鍵技術分析

2.1水平荷載相對于豎向荷載顯得更為重要

結構需同時承受豎向和水平荷載，低層結構以抵抗重力為代表的豎向荷載為主，而水平荷載所產生的內力、側向位移很小。對高層結構來說，隨著建筑高度的增加，水平荷載隨建筑高度的增高迅速增大。如把建筑物視作一簡單的豎向懸臂構件，構件中由豎向荷載產生的軸力與高度（H）成正比；水平作用產生的彎矩與高度（H）的平方成正比；水平作用產生的側向位移則與高度（H）的四次方成正比。對某一高度確定的建筑，結構豎向荷載的大小基本穩(wěn)定，而水平方向上風載和地震作用的數(shù)值大小往往會隨高層建筑結構的動力特性不同而存在較大幅度的變化。

2.2控制結構側移是關鍵因素

與低層建筑結構的設計不同，高層建筑結構的側移是其結構設計過程中的關鍵決定性因素。隨著建筑高度的不斷增加，水平側向荷載下的結構側移變形會快速增大。側向位移過大使結構產生附加內力，特別是對豎向構件，附加偏心力超過一定限值時，將會引起整個結構的倒塌破壞；同時，在風荷載作用下，如果側向位移過大，將會引起居住者工作者的不適，在地震作用下，如果側向位移過大，更會讓人感到不安和驚慌。

2.3結構軸向變形的影響顯著

對于高層建筑結構，由于層數(shù)多、高度高，軸力很大，從而沿高度逐漸積累的軸向變形很顯著高層建筑結構中，一般豎向荷載的數(shù)值較大，在柱中會引起較大范圍的軸向壓縮變形，對結構體系中的連續(xù)梁彎矩大小產生顯著影響。高層建筑的軸向變形的差異會達到一個比較大的數(shù)值，從而引起跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大，連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小。

2.4 建筑體型和結構總體布置的重要性

由于地震的不可預知性，在抗震設防的低烈度地區(qū)也會發(fā)生強震。因此，對于高層結構設計來說，必須要注重其抗震概念設計，確?！按笳鸩坏埂?。而合理的建筑體型、結構總體布置是實現(xiàn)此目標的重要措施之一，現(xiàn)行規(guī)范就對結構的平面和豎向布置提出了多項控制目標。例如建筑平面狹長的高層，在水平偏心地震力作用下，建筑物長度方向的兩邊，容易出現(xiàn)過大受扭作用，導致豎向構件的大變形破壞；另外高層豎向構件側向剛度的不連續(xù)，就像截面隨高度不均勻變化的懸臂構件，易在剛度突變處出現(xiàn)應力集中，導致此處構件過早破壞，還有豎向構件布置的不連續(xù)，會使豎向構件的不連續(xù)處出現(xiàn)復雜受力和應力集中的問題，很難用現(xiàn)行設計軟件進行合理分析。

3.建筑結構設計注意問題

3.1關于箱形、筏形基礎底板的挑板問題。從結構角度來講，如果能出挑板，能調勻邊跨底板鋼筋，特別是當?shù)装邃摻钔ㄩL布置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較節(jié)約出挑板后，能降低基底附加應力，當基礎形式處在天然地基和其他人工地基時，加挑板就可能采用天然地基，能降低整體沉降，當荷載偏心時，在特定部位設挑板，還可調整沉降差和整體傾斜：窗井部位可以認為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板并不應按挑板計算。

3.2關于箱形、筏形基礎底板挑板的陽角問題

陽角面積在整個基礎底面積中所占比例極小，可砍成直角或斜角。如果底板鋼筋雙向雙排，且在懸挑部分不變，陽角不必加輻射筋。

3.3基坑開挖時，摩擦角范圍內的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當基礎較小，坑底受到很大約束，回彈可以忽略，在計算沉降時，應按基底附加應力計算。當基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計算沉降時應按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分當做安全儲備，這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。

3.4關于梁、板的計算跨度。一般的手冊或教科書上所講的計算跨度，如凈跨的1.1倍等，這些規(guī)定和概念僅適用于常規(guī)的結構設計，在應用日廣的寬扁梁中是不合適的。梁板結構，在梁的中心線上有一剛性支座，將梁板統(tǒng)一認為是一變截面板。在扁梁結構中，梁高比板厚大不了多少時，應將計算長度取至梁中心，選梁中心處的彎距和梁厚，及梁邊彎距和板厚配筋，取二者大值配筋。柱子也可認為是超大截面梁，所以梁配筋時應取柱邊彎距。削峰是正常的，不削峰才有問題。

3.5關于回彈再壓縮基坑開挖時，摩擦角范圍內的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當基礎較小，坑底受到很大約束，如獨立基礎，回彈可以忽略，在計算沉降時，應按基底附加應力計算。當基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計算沉降時應按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分當做安全儲備，這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。

3.6抗震縫應加大，經統(tǒng)計，按規(guī)范要求設的防震縫在地震時有40%發(fā)生了碰撞。故應增大抗震縫間距。

4.應用于高層建筑的結構體系

4.1剪力墻體系。當受力主體結構全部由平面剪力墻構件組成時，即形成剪力墻體系。剪力墻體系的強度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，時一種良好的結構體系。

4.2框架—剪力墻體系。顧名思義由框架柱和剪力墻組成的抗側力體系。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(xié)同工作的結構體系，在體系中框架體系主要承受豎向荷載，剪力墻是主要的抗側力構件。

4.3筒體體系。凡采用筒體為抗測力構件的結構體系統(tǒng)稱為筒體體系，包括單筒體、筒體—框架、筒中筒、多束筒等多種型式。筒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泥土外墻構成的空間受力構件。筒體體系具有很大的剛度和強度，各構件受力比較合理，抗風，抗震能力很強，往往應用于大跨度大空間或超高層建筑。

5.結語

結構設計是個系統(tǒng)、全面的工作，需要扎實的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責的工作態(tài)度。在高層建筑結構設計中，結構工程師不能僅僅重視結構計算的準確性而忽略結構方案的具體實際情況，應作出合理的結構方案選擇。高層建筑結構設計人員應根據(jù)具體情況進行具體分析，用掌握的知識處理實際設計中遇到的各種問題。

參考文獻：

[1]朱丙寅.建筑結構設計問答及設計[M].中國建筑工業(yè)出版社.2009年11月.

[2]李智.談建筑結構設計[J].《城市建設理論研究》.2013年4月.

[3]劉伶芝.高層建筑結構設計探析[J].《城市建設理論研究》.2013年2月.

歸亮

摘要：高層建筑的出現(xiàn)，不僅改變了城市的建筑格局和人們的居住模式，還在一定程度上反映出科學技術與社會經濟發(fā)展的水平。本文對高層建筑結構設計等問題進行了分析。

關鍵詞：設計原則；關鍵技術；結構設計

引言

結構設計是一項集結構分析、數(shù)學優(yōu)化方法以及計算機技術于一體的綜合性技術工作，是一項對國家建設有重大意義的工作，同時，亦是一門實用性很強的工作。在對高層建筑進行結構設計時，必須以高層建筑結構設計理論為基礎，對影響高層建筑結構的主要因素進行深入的分析研究，做到精心設計，確保質量、安全。

1.高層建筑結構設計原則

鋼筋混凝土高層建筑結構設計應與建筑、設備和施工密切配合，做到安全適用、技術先進、經濟合理，并積極采用新技術、新工藝和新材料。

高層建筑結構設計應重視結構選型和構造，優(yōu)先選擇抗震及抗風性能好且經濟合理的結構體系與平、立面布置方案，并注意加強構造連接。在抗震設計中，應保證結構整體抗震性能，使整個結構有足夠的承載力、剛度和延性。

2.高層建筑結構設計關鍵技術分析

2.1水平荷載相對于豎向荷載顯得更為重要

結構需同時承受豎向和水平荷載，低層結構以抵抗重力為代表的豎向荷載為主，而水平荷載所產生的內力、側向位移很小。對高層結構來說，隨著建筑高度的增加，水平荷載隨建筑高度的增高迅速增大。如把建筑物視作一簡單的豎向懸臂構件，構件中由豎向荷載產生的軸力與高度（H）成正比；水平作用產生的彎矩與高度（H）的平方成正比；水平作用產生的側向位移則與高度（H）的四次方成正比。對某一高度確定的建筑，結構豎向荷載的大小基本穩(wěn)定，而水平方向上風載和地震作用的數(shù)值大小往往會隨高層建筑結構的動力特性不同而存在較大幅度的變化。

2.2控制結構側移是關鍵因素

與低層建筑結構的設計不同，高層建筑結構的側移是其結構設計過程中的關鍵決定性因素。隨著建筑高度的不斷增加，水平側向荷載下的結構側移變形會快速增大。側向位移過大使結構產生附加內力，特別是對豎向構件，附加偏心力超過一定限值時，將會引起整個結構的倒塌破壞；同時，在風荷載作用下，如果側向位移過大，將會引起居住者工作者的不適，在地震作用下，如果側向位移過大，更會讓人感到不安和驚慌。

2.3結構軸向變形的影響顯著

對于高層建筑結構，由于層數(shù)多、高度高，軸力很大，從而沿高度逐漸積累的軸向變形很顯著高層建筑結構中，一般豎向荷載的數(shù)值較大，在柱中會引起較大范圍的軸向壓縮變形，對結構體系中的連續(xù)梁彎矩大小產生顯著影響。高層建筑的軸向變形的差異會達到一個比較大的數(shù)值，從而引起跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大，連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小。

2.4 建筑體型和結構總體布置的重要性

由于地震的不可預知性，在抗震設防的低烈度地區(qū)也會發(fā)生強震。因此，對于高層結構設計來說，必須要注重其抗震概念設計，確?！按笳鸩坏埂薄６侠淼慕ㄖw型、結構總體布置是實現(xiàn)此目標的重要措施之一，現(xiàn)行規(guī)范就對結構的平面和豎向布置提出了多項控制目標。例如建筑平面狹長的高層，在水平偏心地震力作用下，建筑物長度方向的兩邊，容易出現(xiàn)過大受扭作用，導致豎向構件的大變形破壞；另外高層豎向構件側向剛度的不連續(xù)，就像截面隨高度不均勻變化的懸臂構件，易在剛度突變處出現(xiàn)應力集中，導致此處構件過早破壞，還有豎向構件布置的不連續(xù)，會使豎向構件的不連續(xù)處出現(xiàn)復雜受力和應力集中的問題，很難用現(xiàn)行設計軟件進行合理分析。

3.建筑結構設計注意問題

3.1關于箱形、筏形基礎底板的挑板問題。從結構角度來講，如果能出挑板，能調勻邊跨底板鋼筋，特別是當?shù)装邃摻钔ㄩL布置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較節(jié)約出挑板后，能降低基底附加應力，當基礎形式處在天然地基和其他人工地基時，加挑板就可能采用天然地基，能降低整體沉降，當荷載偏心時，在特定部位設挑板，還可調整沉降差和整體傾斜：窗井部位可以認為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板并不應按挑板計算。

3.2關于箱形、筏形基礎底板挑板的陽角問題

陽角面積在整個基礎底面積中所占比例極小，可砍成直角或斜角。如果底板鋼筋雙向雙排，且在懸挑部分不變，陽角不必加輻射筋。

3.3基坑開挖時，摩擦角范圍內的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當基礎較小，坑底受到很大約束，回彈可以忽略，在計算沉降時，應按基底附加應力計算。當基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計算沉降時應按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分當做安全儲備，這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。

4.應用于高層建筑的結構體系

4.1剪力墻體系。當受力主體結構全部由平面剪力墻構件組成時，即形成剪力墻體系。剪力墻體系的強度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，時一種良好的結構體系。

4.2框架—剪力墻體系。顧名思義由框架柱和剪力墻組成的抗側力體系。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(xié)同工作的結構體系，在體系中框架體系主要承受豎向荷載，剪力墻是主要的抗側力構件。

5.結語

結構設計是個系統(tǒng)、全面的工作，需要扎實的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責的工作態(tài)度。在高層建筑結構設計中，結構工程師不能僅僅重視結構計算的準確性而忽略結構方案的具體實際情況，應作出合理的結構方案選擇。高層建筑結構設計人員應根據(jù)具體情況進行具體分析，用掌握的知識處理實際設計中遇到的各種問題。