高层结构设计的经验略谈

摘要：本文笔者在高层建筑设计中，对相应规范运用的总结经验，敬请参考指正

关键词：高层建筑 结构设计

高层建筑结构设计的基本原则是：注重概念设计。重视结构选型与平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。加强构造措施。高层建筑的结构体系宜具有多道抗震防线．选用多重抗侧力结构体系，避免局部突变和扭转效应而形成薄弱部分。以下是我工程设计中总结的一些经验：

一.首先是剪力墙与短肢剪力墙结构形式选择的问题。

我们先看抗震等级，由于新规范规定短肢剪力墙在抗震区其抗震等级应提高一级采用，这样会给我们搞设计的带来一系列棘手的问题。（剪力墙：平面长度大于等于8倍平面宽度）（短肢剪力墙：平面长度是平面宽度的5~8倍）注:平面长度是平面宽度5倍以下的按柱子设计。1）.墙厚的确定：不同抗震等级在底部加强区或非加强区的取值不同(如：二级抗震，底部加强区为无支长度的1/16)，这样一来可能同一层楼会出现不同墙厚，这通常是建筑专业所不能接受的。2）.剪力墙与短肢剪力墙的比例：由于要适应建筑，两者均需存在。规范只说筒体或剪力墙要承担的底部总倾覆力矩的50%以上.这一点我至今还没找到计算结果有哪个文件能定量证明。 3）.计算参数设置问题：不同抗震等级构件，地震剪力调整系数不同。即使抗震等级对，剪力墙和短肢剪力墙两种体系在计算软件中放大参数仍有不同。

4）.造价问题：这可能是各种问题的综合体现，也是最大的问题。短肢剪力墙抗震等级高一级，墙厚一些，几乎全都是边缘构件。即使按规范规定的最小配筋率也大于一般抗震墙。但一般剪力墙较长，如若太多，构造钢筋也不得了。这还和户型、楼总高度有紧密联系。为避免以上麻烦事，我的总结是：1）.11~14层的小高层应尽量先布置一般长墙，8~10倍宽度长即可，不能太长。这样仅有2~3个边缘构件，其余均为构造抗震墙，抗震等级也不会提高2）.小部分短肢剪力墙厚度按未提高一级前的抗震等级计算取与一般墙同宽（当然不能差太远），以后可单独验算其稳定性，验算方法见高规附录。3）.计算时，不用在SATWE的"特殊构件定义"选项中挨个定义短肢的抗震等级，只把结构体系选为"短肢剪力墙"即可，程序会自动将短肢剪力墙的抗震等级提高一级。抗震等级选项中应选未提高的抗震等级。4）.根据推理，11~14层，30~40M高的小高层剪力墙结构一般构造配筋即可，若你的计算结果配筋很大，或个别特大，你应该考虑重新布置方案。至于纯短肢剪力墙结构，估计做到18~24层较划算。

因此在进行结构布置时．在满足使用要求的前提下，按照抗震概念设计的要求布置框架和剪力墙。

二．高规4.3.5要求楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于1.5倍。 如果建筑方案较规则，那么该条很容易满足，但现今随着建筑理念的不断发展，平面较不规则的高层建筑层出不穷。那么对于高规4.3.5条则较难满足，常常是超过1.2倍的不宜限值。我在做了几个18层，高度60m的不规则高层住宅后，有了一些经验。要满足该条高规，在结构抗侧力构件布置时，应尽量对称，均匀。这是第一步。但往往因建筑条件的限值，完全对称是不可能的，那么只有在计算一次后进行调整。该条只与平面布置是否均匀有关，切不可认为是抗侧力不足而全面增加剪力墙或柱。调整的方法是：模型建好后计算一次，如果超出1.2限值，PKPM上会告诉你是第几号节点的构件侧移最大，你可以丛SATWE的第一步中“图形检查与修改”下的“各层平面简图”中找到那个节点对应的抗侧力构件，并针对其加强，（记得每个标准层都要）然后在计算，这次一定比第一次好些了，接近1.2了（如果小于1.2那么恭喜你），然后再重复刚才的步骤，一直到小于1.2为止。这样有目标的调整，比盲目的试算好得多。

第一次试算时按建筑标准层建一个结构标准层，目的是算主要控制指标，如周期比位移比剪重比等，等这些满足之后再按建筑图添加其它的标准层，这样快多了。如一开始建了好多标准层，指标不满足时每个标准层都要调整，如果墙长调整后荷载还要调，很烦的。但是有时候往往只加强位移最大的节点号的构件也是不理想的，有时还受某些条件的限制(比如说建筑上的)，其实还有一个方法，找出刚度最大的点即位移最小的点，然后减小其刚度，(如剪力墙上开洞等)。也可以起到相同的作用。

三．剪力墙超筋分三种情况：1）剪力墙暗柱超筋：软件给出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的，而各规范均要求剪力墙主筋的配筋面积以边缘构件方式给出，没有最大配筋率。所以程序给出的剪力墙超筋是警告信息，设计人员可以酌情考虑；2）剪力墙水平筋超筋则说明该结构抗剪不够，应予以调整；3）剪力墙连梁超筋大多数情况下是在水平地震力作用下抗剪不够。规范中规定允许对剪力墙连梁刚度进行折减，折减后的剪力墙连梁在地震作用下基本上都会出现塑性变形，即连梁开裂。设计人员在进行剪力墙连梁设计时，还应考虑其配筋是否满足正常状态下极限承载力的要求。

四．另外要注意的问题：计算风载（尤其在水平力由风载控制的地区）应扣除地下室部分。即风载起算高度不能是基顶而是室外地平。这点很多人不容易注意，检查你的风载计算文件，看地下室那层是否为零。回填土的嵌固作用也需要打折，输个-1表示不嵌固。在计算结果计算简图的柱子的配筋数据中，箍筋配筋面积数据表示的是考虑体积配率后的"一个方向"上柱子截面配箍量，而不是柱子的全截面配箍量。

施工图生成以后，设计人员还应仔细验证各特殊或薄弱部位构件的最小纵筋直径、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密区长度、钢筋搭接锚固长度、配筋方式等是否满足规范规定的抗震措施要求。规范这一部分的要求往往是以黑体字写出，属于强制执行条文，万万不可以掉以轻心。

最后设计人员还应根据工程的实际情况，对计算机生成的配筋结果作合理性审核，如钢筋排数、直径、架构等，如不符合工程需要或不便于施工，还要做最后的调整计算。