高层建筑结构设计要点及常见问题的探讨

摘要：在当下城市建筑工程建设中高层建筑结构设计越来越被人们所重视，文章主要对高层建筑设计的特性及其合理性进行了相关阐述，对高层建筑结构体系中的各项设计要点及其问题进行详细探析，希望可以通过本文给广大设计工作者提供参考。

关键词：高层建筑；结构设计；问题Abstract: In the present construction of city construction engineering structure design of high-rise building more and more attention by the people, the main characteristics of the design of high-rise building and its rationality is described in detail, on the design of high-rise building structure system and the problem, hope that through this paper give the design reference.

Key words: high-rise building; structure design; problem

中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：

1.高层建筑结构设计中应注意的问题

1.1高层建筑结构选型设计阶段

结构工程师在选型设计阶段应注意以下几个方面：

（1）结构规则性方面。新旧规范在结构规则性方面的内容有了很大的变动，新规范在结构规则性方面增加了很多限制条件，比如平面规则性、嵌固端上下层刚度比等信息，并明确指出不得采取严重不规则的建筑设计方案。基于此，作为结构工程师必须遵守新规范中的限制条件，还应注意避免后期的施工图设计工作出现被动。

（2）结构超高方面。现行的抗震规范和高规中，对结构总高度有着严格的限制，不仅把原有限制高度设为A级高度建筑，还增添了B级高度建筑。所有，就结构的此项控制因素必须严格注意，只要结构是B级甚至超过了B级高度建筑，则意味着设计方法与处理措施都会发生很大的变化。而在实际结构设计过程中，经常出现因结构类型变更而忽略了这一问题，导致施工图难以通过审查，要么重新设计要么开专家辩证会议，这些对工程的造价和工期等都有巨大的影响。

（3）设置嵌固端方面。高层建筑通常都有两层或两层以上的人防和地下室，人防顶板和地下室顶板都有可能是嵌固端的设置点。而就这个问题，结构设计师通常疏忽了嵌固端设置而带来的一些需要注意的问题，比如，嵌固端的楼板设计问题，嵌固端上下层的刚度比限制、嵌固端上下层的抗震等级是否一致性，若忽略任意一方面的问题都将给后期工作带来安全隐患。

（4）设置短肢剪力墙方面。在新规范内容中，短肢剪力墙定义为截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。结合实际经验和实验资料，给短肢剪力墙在高层建筑中的应用增添了很多限制，因此，短肢剪力墙比普通剪力墙的抗震等级要高一级，这样会使建筑成本提高，但短肢剪力墙在使用上有很大的便利，基于此，在高层建筑结构设计中，作为结构工程师对于短肢剪力墙结构体系也不能全部否定，应该有所比较的选择，看主要注重哪一方面，再来选择结构体系。

1.2高层建筑地基基础设计阶段

地基基础设计阶段成果的好坏直接对后期设计工作有着重大的影响，更是工程造价的决定性因素。所以在地基基础设计阶段，所出现问题将会更加严重甚至损失无法估量。由于我国地域辽阔，地质条件及其复杂，我国的相关地基基础设计标准难以符合每个地区的需要，应注意一些地方性的地基基础设规范，搜罗多个地方的地基基础类型与设计处理手段。因此，在高层建筑地基基础设计阶段，一定要深入学习地方性的规范，从而避免给整个建筑结构设计以及后期设计工作造成重大影响。

1.3高层建筑结构计算和分析阶段

在高层建筑结构计算和分析阶段，只有准确高效的分析工程内力，并结合规范要求进行处理与设计，才能确保工程设计质量。作为结构工程师应注意以下几方面问题。

（1）如何选择结构整体计算软件。当前结构整体计算软件通常有RRAT、TBSA、SAP、ETABS、SATWE等软件。然而，这些软件在模型的计算时存在一些差别，从而造成不同的计算软件对应的计算结果也不相同。因此，在选择计算软件对结构整体计算时，应结合结构类型及各计算软件的特点进行分析，选择切实可行的计算软件。

（2）考虑地震力是否需要放大以及建筑隔墙给自振周期带来的影响。在新旧规范内容中，就地震力是否需要放大以及建筑隔墙给自振周期带来的影响都有提到，不同的是新规范结合了大量实际工程的测量周期，并对多种结构体系下的高层建筑结构的自振周期折减系数有了明确的指出。

（3）考虑振型数目足够与否。在新规范内容，新增了振型参与系数这一新概念，并对其参数有了明确的限值。而在旧的规范内容中，并未提及振型参与系数这一概念，即使有这一概念，也没有就其参数设置限值，即使设置了也难以符合新规范的设计要求。基于此，在高层建筑结构计算和分析阶段，必须针对计算结果中这一参数的结果进行准确判断，并决定振型数目的取值是否需要调整。

（4）考虑是否分开计算。多塔间地震周期相互干扰、近年来，我国涌现了很多底盘大、塔楼多的新型高层建筑类型。作为建筑结构工程师，必须分析是把结构作为整体并根据多塔类型计算，还是把结构人为的分开而计算。假如多塔之间的刚度相差很大，就容易导致即使振型参与系数达标，但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大，从而给结构带来安全

隐患。

（5）考虑如何做好非结构构件的计算与设计。在高层建筑结构设计过程中，通常存在很多因为建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。针对这一部分内容，特别是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大。因此，必须严格根据新规范中增加的非结构构件的计算处理措施而进行设计。

2.高层建筑结构的设计特征

2.1水平荷载成为决定因素

在竖向构件中使用荷载引起弯矩和轴力的楼房自重和楼面，与楼房高度的一次方成正比例关系；而对结构产生倾覆力矩和在竖向构件中引起轴力的水平荷载，与楼房高度的2次方成正比例关系。在一定高度的楼房中，竖向荷载多为定值，但风荷载和地震作用的水平荷载，是伴随结构不同动力的特征进行不同幅度变化的。

2.2轴向变形不容忽视

竖向荷载很大的高层建筑，在柱中不仅能引起很大的轴向变形，还会对连续梁弯矩产生很大的影响，最终减少连续粱中间支座的负弯矩值，增大跨中正弯矩值和端支座负弯矩值。除此之外，预制构件中的下料的长度也会受其影响，所以要根据轴向变形的计算值，对下料长度进行调整。

2.3侧移成为控制指标

与较低的楼房有很大的不同之处，受楼房高度直线增加的影响，水平荷载下的结构的侧移也将会随其增大，造成在水平荷载作用下的结构侧移应被控制在一定范围之内。

3.结构延性是重要设计指标

与较低楼房相比较而言，高楼结构的柔和度会更好点，在地震作用下发生的变形也会较大点。为了确保结构具有较大的延性，在其进入塑性变形阶段之后，还具有很强的变形力，以防止倒塌，所以在其构造上要选用一些相对应的措施。

4.结构体系的合理性分析

规范特别强调了整体结构的科学性和合理性，规范中用于控制整体结构合理性的指标主要是周期比、位移比、刚度比、刚重比和剪重比等。

4.1周期比是控制结构扭转效应的重要指标。

限定周期比的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效更合理，使结构不至于出现过大的扭转，也就是说，限定周期比是使得结构承载布局合理。 《高规》第4.3.5条对周期比的限值给出了规定，如果周期比不满足规范的要求，说明该结构的扭转效应明显，设计人员应增大结构周边构件的刚度，降低结构中间构件的刚度，以增大结构的整体抗扭刚度。

4.2层间位移比是控制结构平面不规则性的重要指标。

在《建筑抗震设计规范》和《高规》中均对位移比的限值作了明确的规定。需要指出的是规范中规定的位移比限值是按刚性板假定得出的，如在结构模型中设定的是弹性板，则必须

在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定” ，以计算出正确的位移比。在得出的位移比值满足要求之后，去掉“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”的选择，按弹性楼板假定进行后续配筋计算。

4.3刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。

根据《抗震规范》和《高规》的要求，软件分别提供了地震剪力与地震层间位移比，剪切刚度和剪弯刚度的计算方法。正确认识这三种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关键。地震剪力与地震层间位移比可用于判断地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端。剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定。剪弯刚度主要用于底

部大空间为多层的转换结构。

5.结语

受高层建筑快速发展的影响，对高层建筑的材料、力学分析模型以及力学等方面的要求也日益增加。所以，新的结构形式和更为合理的力学模型，是现阶段高层建筑结构设计人员的主要目标，只有得到新型的建筑结构形式以及合理的力学模型，城市中的高层建筑才会发展得更好。

参考文献：

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【2】赵西安，高层结构设计【M】.中国建筑科学研究院结构研究所，2008

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【4】王守中，高层建筑结构设计特点和工程技术，2007—115