高層建筑結構設計若干問題探討

宮本鎮

遼寧金海建筑設計研究院有限公司（118000）

高層建筑結構設計若干問題探討

宮本鎮

遼寧金海建筑設計研究院有限公司（118000）

高層建筑在我國發展迅速，針對結構選型、電算和概念設計，本文提出了一些應注意的問題。

高層建筑；設計；原則

0 前言

高層建筑是指層數較多、高度較高的建筑。但迄今為止，世界各國對多層和高層建筑劃分界限并不統一,為適應我國高層建筑的發展形式并與國際上諸多國家的界定相適應,我國的規范規定10層及10層以上的民用建筑結構，或其層數雖未達到10層，但其房屋層高較高，為適應設計需要，將房屋高度超過28 m的民用建筑也納入了該規程的適用范圍。對于房屋層數少于10層或房屋高度小于28 m,但接近10層或28 m的鋼筋混凝土結構民用建筑，若無專門規范，其結構設計也可參照高層建筑的有關規定進行。

1 高層建筑設計原則

1.1 合理原則

由于建筑功能不同,對結構的體系型式提出了不同的要求，在空間的布置上也有不同，具有不同的功能空間特征。此外還要具體考慮建筑地點的地質條件，采取合理的抗震措施,整體效能的有效發揮有賴于各參數要在合理的范圍之內。

1.2 整體性原則

建筑結構系統是一個由多個子結構及其若干組成構件組成的空間結構體系,一個結構的抗震能力不僅取決于各子結構及相應構件強度、剛度、延件及其受力狀態，而更主要地取決于保證這些子結構、構件能協同工作的能力或空間整體性能。

1.3 經濟原則

結構設計要充分考慮到施工的方便性，設計質量的好壞直接決定著結構的施工工藝、施工難度、施工工期及可能的施工質量，施工工期和材料的選擇直接影響到工程的總造價，在設計中要避免設計與施工相脫節。

1.4 重視概念設計

在高層建筑中,除了要根據結構高度和使用要求選擇合理的結構體系外，還要恰當地設計和選擇建筑物的平面、立面形狀和體型。對于高層建筑，特別是需要進行抗震設防的結構，因地震作用影響因素多，對一些結構部位常常無法進行精確計算，因此，安全、合理、經濟的結構設計必須注重概念設計的方法。

2 設計中應注意的問題

2.1 結構選型

結構初步設計直接影響結構設計質量的好壞，一個好的結構形式的選擇，不僅要考慮建筑的使用功能，結構上的安全合理，施工上的可能條件，也要考慮造價經濟和選型的美觀。在高層建筑結構初步設計中最重要的內容便是結構體系的選擇，主要包括結構的材料、抗側力體系、豎向結構的類型和大跨度樓蓋類型等。目前普遍采用的專家系統是根據現有的工程經驗對擬建工程的結構選型提出建議,然而每個工程的技術條件、材料供給狀況、施工水平等不盡相同，很難做出透徹地分析，具有技術上的時間滯后性。所以在工程方案選擇上不能依賴系統，要根據具體條件具體分析，請設計人員和專家填寫選擇可能的結構選型的權重,從而形成評判矩陣。最后根據模糊數學的綜合評判原理,得到評判向量，根據模糊數學中的最大隸屬原則，確定結構選型。

2.2 設計軟件

高層建筑都是由大量的結構構件構成的，早期由于條件限制，為了減少計算量，減少計算自由度，通常引入樓板在其平面內剛度無窮大、在平面外剛度為零的假定。雖然樓板剛度無窮大假定使高層建筑結構分析得到了極大的簡化，但對于復雜體型結構形式的建筑物分析往往存在不確定性，特別是帶有結構轉換層、建筑平面狹長等結構形式，樓板變形的影響已經不能忽視。

高規在考慮抗震設計時荷載效應與地震作用效應的基本組合公式中，恒荷載與活荷載是合在一起考慮的。在進行整體結構計算時，恒荷載與活荷載宜分開考慮，這樣在考慮地震作用時,計算重力荷載代表值時可以按照可變荷載的組合系數對活荷載進行折減,從而使得結構設計更為經濟合理。

對于高層鋼結構，必須考慮二階效應，隨著建筑層數的增加以及高寬比的增大，P-D效應造成的附加彎矩與附加位移所占的比重逐漸加大，當建筑層數到達50層時，二階內力與位移可占15%左右，如果不考慮二階效應，可能造成一些構件實際負擔的內力超過其承載力，造成結構破壞。

2.3 概念設計

概念設計是指建筑師和結構工程師根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想,進行建筑和結構整體布置并確定細部構造的過程,在設計實踐中與數值設計同等重要。

防止結構由于變形過大而可能遭受損壞或破壞的控制因素是層間相對位移，而其限值在現行規范中偏嚴，在適當情況下可予放松。在電算中，層間位移有的是指樓層形心位移，有的則專指考慮樓層轉動后的最大角點位移，后者通常比前者要大，形心位移對規則建筑有意義，而角點位移則更能反映結構樓層的真實位移,因此角點位移是結構工程師必須關注的一個數值。

[1]周云波,趙巖.淺談高層建筑結構設計原則[J].黑龍江科技信息,2009,(01).

[2]王云飛.淺談高層建筑設計中應注意的問題[J].山西建筑,2007,(20).