关于高层建筑与高层建筑设计相关问题的探讨

摘 要：随着我国高层建筑技术的迅速发展，高层建筑已经成为我国城市空间中不可缺少的元素。本文作者结合多年从事高层建筑结构设计的经验，主要就高层建筑及高层建筑设计相关问题进行了一些简单探讨，希望能对相关从业人员有一些帮助。

关键词：高层建筑；结构设计；布置原则；控制参数

中图分类号：TU2文献标识码：A

1 引言

1.1高层建筑的定义

超过一定层数或高度的建筑将成为高层建筑。高层建筑的起点高度或层数，各国规定不一，且多无绝对、严格的标准。

（1） 我国对高层定义 。在我国，旧规范规定：8层以上的建筑都被称为高层建筑，而目前，接近20层的称为中高层，30层左右接近100m称为高层建筑，而50层左右200m以上称为超高层。在新《高规》即《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2002）里规定：10层及10层以上或高度超过28m的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑高度超过100m时，称为超高层建筑。我国的房屋一般8层以上就需要设置电梯，对10层以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火规范，因此我国的《民用建筑设计通则》（GB 50352—2005）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95）将10层及10层以上的住宅建筑和高度超过24m的公共建筑和综合性建筑划称为高层建筑。（2） 国外对高层定义。在美国，24.6m或7层以上视为高层建筑；在日本，31m或8层及以上视为高层建筑；在英国，把等于或大于24.3m得建筑视为高层建筑。

1.2高层建筑的发展

1885年出现第一幢高层建筑-----芝加哥家庭保险大楼，框架结构，10层55M。到1989年，全世界10幢超过300M的高层建筑中，美国有9幢。英、法两国高层建筑占城市建筑的40%左右。据国外有关资料介绍，9--10层的建筑比5层的节约占地23—28%，16—17层的建筑比5层的节约用地32—49%。

由于高层建筑的受力和变形状态十分复杂，因此其设计与施工需要考虑的因素很多，涉及许多学科和部门，而且随着层数和高度的逐渐增加，它的建筑难度也越来越大。高层建筑的高度竞争，实际是整个建筑科学技术和人才的竞争，它不仅反应一个国家科学技术水平，而且也反应一个国家精神文明、物质文明和经济发展程度和水平。与此同时，高层建筑的高度竞争，必将不断推动和促进整个建筑科学、建筑材料和设备的发展，改变传统的设计概念、计算理论和施工方法，从而使现代高层建筑日臻完善，适应世界城市化的发展，满足人们的需求。现在，高层建筑的发展已成为历史的必然和时代的潮流。

1.3我国高层建筑的特点

（1）层数增多，高度加大。

（2）结构体系日益多样化。 悬挑结构、巨型框架结构。

（3）平面布置与竖向体型更加复杂。常用不对称、曲线型平面(城市规划、建筑功能的要求，计算机的广泛应用)。在竖向布置上，一方面竖向体型趋于多变，阶梯形内收、上部楼层外挑

2 高层建筑结构体系简介

目前，高层建筑基本上都是采用钢筋混凝土结构，其结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等，其中在高层住宅建筑中剪力墙结构和框架剪力墙结构使用较多。

2.1 剪力墙结构

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，作为竖向承重和抵抗侧力的结构，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。该结构通常采用平面布置形式，由于剪力墙受竖向荷载和水平荷载共同作用，剪力墙应双向或多向布置。由于该结构全部由剪力墙组成，其刚度比框架剪力墙结构更好，常用于 40 层以下的高层住宅建筑等。该结构高宽比不宜大于6，其高度应考虑抗震要求。

2.2 框架剪力墙结构

框架剪力墙结构是由框架和剪力墙组合而成的结构体系。其中剪力墙承受绝大部分水平荷载，框架承受竖向荷载，两者共同受力，合理分工。剪力墙应均匀布置在建筑物的周边、电梯间、平面形状变化较大和竖向荷载较大等部位。由于该结构以框架结构为主，剪力墙为辅助，因此，该结构体系适用于 25 层以下的建筑，最高不宜大于 30 层。

3高层建筑各部位设计要点

3.1梁柱受力主筋位置的设计 一是节点设计原则：框架结构设计的原则是“强剪弱弯、强柱弱梁”，首先保证框架受力主筋的位置。 二是解决方法：（1）框架梁主筋在框架柱内侧通过。（2）为保证框架梁的截面尺寸，在框架梁靠近柱侧四角增加4根钢筋作为架立钢筋。

3.2墙梁节点钢筋设计

一是节点设计的原则。根据固定端框架梁的弯距形式，框架梁在支座位置上铁受拉，下铁受压；墙体暗梁或过梁受扭，尽量保证暗梁或连梁箍筋的完整性。

二是解决方法：（1）过梁下铁设置不超过六根主筋分为两排布置，框架梁下铁布置在过梁下铁第一排和第二排钢筋之间且框架梁的接头位置全部位于支座附近，接头按照50%的比例错开。（2）框架梁上铁直接搁置在过梁上铁上，保证框架梁主筋的锚固长度满足规范要求。根据GB50204-2000规范中规定，过梁的箍筋尺寸取负误差，框架梁箍筋的尺寸取正误差，从而保证过梁和框架梁保护层厚度。（3）将过梁或暗梁截面降低或减小5cm，框架梁上铁直接锚固在过梁上，保证框架梁及楼板钢筋的保护层的厚度。 3.3主梁论文秘籍网

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和次梁节点注意的问题 在框架剪力墙结构中，主梁和次梁的节点非常重要，主次梁钢筋的设计位置就成为我们关注的焦点。根据常规做法，次梁上铁钢筋在主梁钢筋之上，板筋在次梁主筋之上，如果主次梁节点钢筋设计不合理，就会造成板筋或次梁上铁钢筋保护层厚度过小，不利于结构的抗震。 3.4高层建筑结构的防火设计

高层建筑的防火设计，必须遵循“预防为主，防消结合”的消防工作方针，针对高层建筑发生火灾的特点，立足自防自救，采用可靠的防火措施，做到安全适用、技术先进、经济合理。

4高层建筑结构设计的控制参数

高层建筑结构设计中各控制参数的选取直接影响结构的安全性、合理性等。因此。合理的选取各控制参数，有助于提高结构整体控制的效率，也有助于使结构设计更加安全、经济合理。

4.1 轴压比

限制结构的轴压比，以保证结构的延性要求。当不满足规范要求时可以通过增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度的办法调整。

4.2 剪重比

限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全。当偏小且与规范限值相差较大时，可通过增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。 4.3 刚重比：规范上限主要用于确定重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应是否可以忽略不计。当不满足规范下限要求时，可以通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。

4.4 层间位移角

限制结构在正常使用条件下的水平位移，确保高层结构应具备的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。当不满足规范要求时，只能通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。

4.5 层间位移比

限制结构平面布置的不规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。当不满足规范要求时，可以改变结构平面布置，减小结构刚心与质心的偏心距达到规范要求。

4.6 周期比

限制结构的抗扭刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结构产生的不利影响。当不满足规范要求时，只能通过调整改变结构布置，提高结构的抗扭刚度。

4.7 刚度比

主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层。当不满足规范要求时，可以适当加强本层墙、柱和梁的刚度，或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度以满足要求。

5 结束语

本文笔者结合多年从事高层建筑结构设计的工作经验，通过对高层建筑的定义、发展、结构体系以及设计内容等方面的介绍，引申出了高层结构设计中一些控制参数的使用，如轴压比、位移比、刚度比等的作用及调整方法。同时，在高层建筑各部位设要点中指出了在设计中应注意的一些问题并提出了相应措施，可为相关人员参考。