浅析高层结构设计中的相关问题

摘要:目前，随着高层建筑的飞速发展，建筑高度上的日益增加，建筑类型和功能也日新月异，难度相对逐渐变大。结构体系多式多样，高层建筑结构的设计成为现在结构相关工程设计人员在设计工作中主要重点和难点。下文主要是针对高层建筑的结构设计中常常会出现的若干问题进行分析，总结设计经验，以此达到保证建筑安全、延长他们的使用寿命的目的并供以后相关工作人员参考学习。

关键词：基础埋深；底部嵌固层；高宽比；不规则性；偏心距；开洞；梁高度

Abstract: At present, with the rapid development of high-rise buildings, building height increasing, building types and function also change rapidly, the difficulty is relatively bigger. Structure variety, design of tall building structures become now the structure engineering design personnel in the design work mainly focus and difficulty. Below is mainly carries on the analysis in view of some problems often structure design of high-rise building will appear, summarizes the design experience, so as to ensure the construction safety, prolong the service life of their purposes and for future related work reference learning.

Key words: deep foundation pit; bottom fixed layer; aspect ratio; irregularity; eccentricity; openings; depth of beam

中图分类号：TB482.2文献标识码：A 文章编号：

一、前言

二、基础埋深问题

基础应该有一定的埋深，埋置的深度可从室外的地坪直到基础底面，对于单独的高层建筑来说，基础埋深比较好确定，但是当今大多数高层建筑都与地下车库相互连接，当地下车库的基础采用设有防水底板且独立的基础（防水底板不要太薄）或筏板基础时，高层建筑基础埋深可以从室外地坪开始算，这时高层建筑的地下室顶板和地下车库的顶板应该按嵌固层的要求设计，地下车库应当有足够侧向刚度当做高层建筑的侧限。如果不满足以上条件，高层建筑基础埋深应当从地下车库地面开始算起。高层建筑通常通过设地下室用来满足埋深的要求，它主要有下列优势：

1．可提高地基的承载力。当高层建筑使用天然地基时，地基的承载力可以进行修正。伴随着基础埋深的不断增加，修正以后的地基承载力也要随之增大，从而用来满足高层建筑对于地基的承载力的要求。

2．对高层建筑的上部结构整体稳定有利。高层建筑的地下室的外墙通常采用钢筋硷墙，地下室的顶板厚不应小于160mm，地下室应具有较大层间刚度，同时地下室的外墙周围土也提供了较大的侧向刚度与约束。所以设地下室对上部结构整体稳定有利，也可协调结构的整体变形，调整地基的不均和沉降。

三、地下室的顶板当做结构底部的嵌固层的条件

当地下室的顶板为结构底部的嵌固层的时候，应能约束结构底部平动与转动，因此必须要满足以下条件：

1．地下室的顶板与室外的高度差不应过大，应小于1/3层高。

2．地下室楼层的剪切刚度应不小于相邻的上部结构楼层的剪切刚度的2倍。这里需要指出的是，高规4.8.5条规定，高层建筑（抗震设计）当地下室的顶板为上部结构嵌固层时，地下室的柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。规范规定这条是为了保证柱端塑性铰可以出现在地下室的顶部柱端。由于地下结构地震作用效应很小，即使在地下室柱和地上柱配筋相同时，柱端塑性铰一般也会出现在地下室的顶部。按规范规定增加地下室的柱配筋时，往往会使柱钢筋较密，不便施工。

四、房屋高宽比

房屋高度是指室外地面到主楼的主要屋面的高度。房屋宽度是按考虑方向最小投影宽度计算的。

对带裙房这类高层建筑，当裙房面积与它上塔楼的面积比大于2.5或者裙房的抗侧刚度与它上塔楼的抗侧刚度比大于2.0时，可以取裙房以上的部分房屋高度与宽度计算高宽比。

五、关于建筑结构不规则性的界定

建筑结构的不规则性除除了按高规4.3与4.4节的相关规定外，还需注意下列问题：

1．计算结构构件的最大位移比时应按刚性楼板假定。

2．当结构位移比与周期比超过规范规定时，说明结构抗扭刚度相对于结构抗侧刚度偏小，结构的扭转效应偏大。在结构的抗侧刚度较大、结构层间的位移满足要求时，可降低结构的抗侧刚度，对楼层中部的结构做减法，可以取消、减短、削薄剪力墙，同时减小连梁的高度。当结构抗侧刚度较小、侧移较大时，可以对楼层周边的结构做加法，以增大周边的构件刚度。对带裙房类高层建筑，带裙房的部分楼层位移比与周期比往往会超出规范规定。由于裙房的高度不高，楼层的绝对侧移值较小，因此可以不按高层建筑侧移控制条件要求裙房，也就是位移比以可适当放宽。

3．对于某些建筑，由于功能需要，下面几层为大空间，上面为办公室或客房，隔墙比较多，上下层的刚度差别比较大，此时刚度变化的下一层应指定为薄弱层，进行内力放大和调整。

六、框架结构的梁柱偏心距较大时应采取的措施

框架结构的梁柱偏心较大时，将会导致节点核心区的受剪面积减小，且梁端的弯矩作用也会在节点上出现扭矩。因此当梁柱的偏心距大于该柱截面在该方向的宽度的1/4时，宜采取措施。一般可加大梁宽或是设置梁水平腋。在设置梁水平腋时，梁柱节点处就会形成较强的刚域，梁塑性铰将会外移。因此在梁端箍筋加密区的长度应和普通框架梁的有所区别，水平加腋梁梁端箍筋加密区的长度应采取普通框架的梁箍筋加密区的长度和加腋水平的长度之和。

七、较长的剪力墙开洞的问题

高规7.1.5条规定：“较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较为均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8m.”此条规定主要基于如下考虑：

1．提高剪力墙延展性，避免脆性的破坏。通常墙段高宽之比＞2时为弯曲破坏，墙段高宽之比＜2时为剪切破坏。

2．避免单片的剪力墙承担太大水平剪力而先破坏，从而造成整个结构的抗侧力构件依次遭到破坏。在一些工程设计上，设计人员通常在较长的剪力墙上开结构洞，洞口较小，且形不成弱连梁，此时剪力墙是小开口的剪力墙，仍具有极大的侧向刚度，承担的水平力过大，就会造成剪切脆性的破坏。所以开结构洞时定要开大洞，形成弱连梁，连梁跨高比例最好大于6，这样较长的剪力墙开洞后可形成两个较为独立的墙肢。

八、悬挑梁梁高度的选用问题

现在，建筑结构设计师通常会忽略对梁高度的计算。梁高比较小，会造成梁截面受压区的压力过高，在正常使用状态下，梁截面受压区会产生非线性渐变。随着时间推移，梁挠度逐渐加大。挑梁的变形会导致梁板裂缝，由于挑梁变形不断扩大，裂缝宽度随之加宽，这样就会直接影响到建筑物正常使用。就是说挑梁变形的进一步发展，会使梁支座的截面上部的受拉区经常出现跨度较大的竖向裂缝。受支座附近剪弯作用的影响，竖向裂缝不断往下延伸成为斜的裂缝，这时候梁已接近毁坏。裂缝在梁支座的位置斜向延伸，会使缝越靠上，宽度越大。挑梁截面过窄对建筑结构抗震效果影响较大。悬挑结构对竖向地震的作用也极为敏感。当梁高相对较小时，梁截面对应受压区的高度也是较大的，但梁的延性较小，在竖向地震作用下易产生断裂，从而失去原有承载力。

九、结语

在今后的工作当中，建筑结构的设计人员需重新认识到工作的重要性，明确自己责任，提高对结构设计的质量安全的问题辨别能力，积累结构设计工作经验，使建筑结构的设计工作行业逐渐步入正轨，使建筑物设计更安全合理。

参考文献：

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[2]范小平，高层建筑结构概念设计中相关的个问题应用分析[J]，福建建材，2008

[3]于险峰，高层建筑结构设计特点集气体系[J]，建筑技术，2009（24）