小議鋼筋混凝土高層建筑中的結構設計

摘 要：現代化的建筑，其最突出的特點是高度，越是發達的城市其建筑的高度越高，并且越來越多的高層建筑在類型與功能上的復雜程度越來越大，建筑結構更加趨向于多元化。結構工程師的工作也更加注重高層建筑的結構設計，這成為了當前結構設計工作的重難點。

關鍵詞：高層建筑；鋼筋混凝土；結構設計

1 概念設計

概念設計是在建筑結構設計中常用的設計方法，用于抗震性能的提高，通過概念設計能夠使得建筑具有良好的抗震性能。通過合理的結構方案以及有利的結構布置，來增強結構的抗震性能，通過抗扭剛度的加強以及扭轉的減少，增強結構的抗震性能，通過對延性結構的有效設計以及延性構件的有效設計，對結構薄弱層予以分析，采取相應措施防止出現薄弱層過早破壞的問題。避免設計上出現靜定結構，采取二道防線措施等結構的概念設計貫穿在每個設計步驟中。因此概念設計對于建筑結構設計而言十分重要，這就要求在設計中設計師必須特別重視有關概念設計的相關規范規程的規定，不能在設計過程中陷入只憑計算的誤區。

1.1 從結構體系上重視平面布置以及立面結構體系布置的規則性，結構選型必須予以重視，在結構體系的選擇上應當充分考慮經濟合理性并保證建筑結構具有良好的抗風、抗震性能。建筑結構應當具有優質的地震力傳遞能力，并且應當保證計算簡圖明確，在兩個主軸方向上，其結構動力特性應當保證相互近似。

1.2 工程在彈性設計中一般進行小震設計，應用了構造措施以及概念設計建筑結構可以保證抗震性能更優質，但是由于無法進行驗證，所以建筑結構能否達到設計中所預期的抗震性能，無從考證。針對一些抗震要求較高的建筑，例如超限建筑和重要建筑，需要提出相應的審查設計指標：首先為不屈服的設計；其次，為彈性設計；最后則是必須確保設計單位能夠實現設計目標。

1.3 建筑物應當具有自己本身的個性，不能一概而論。這由于建筑物所處的環境具有差異性所致。抗震設計理念，需要從宏觀上對抗震設計目標進行量化，通過多位目標的具化過渡，設計人員在設計過程中，可以根據業主的不同選擇進行抗震性能的層次確定。例如若是業主對建筑具有較高的防震要求，那么需要按照更高要求的不屈服設計以及彈性設計對建筑結構進行設計，保證建筑在地震力的作用下不會受到影響，即正常使用功能不會受到影響，而并非不倒就行。

1.4 由于地震作用在水平上會出現雙向性，所以建筑結構必須對任意方向發生的作用力具有抵抗作用，應當保證在平面主軸的兩個方向在抗震性能以及剛度上能夠滿足抗震的要求；在選擇結構時，需要決定適宜的剛度，雖然能夠對場地特征進行考慮，通過剛度的確定用以對地震作用予以降低，但是必須要注意的是，結構變形問題，若是結構變形過大則會造成結構出現破壞；結構除需要滿足水平方向剛度和抗震能力外，還應具有足夠的抗扭剛度和抵抗扭轉震動的能力。

2 結構選型

2.1 規則性問題

在規則性問題上新規范與舊規范之間的差異較大，新規范在規則性問題上添加了較多的條件限制，例如，嵌固端在上下層的剛度比、平面規則性問題等。另外新規范中對此類問題通過強制性規定進行了明確“不規則的設計方案不能夠應用到建筑的結構設計中。”所以，工程師在進行主結構設計的過程中需要對新規范中所限定的條件進行嚴格把控，避免由于設計初期的問題影響后期施工圖。

2.2 結構超高

在相關建筑規范中，針對結構的高度都會進行嚴格的控制，這種限制在抗震規范與高規中，對結構的總高度都有嚴格的限制，在新規范中要求較為明確。在實際工程設計中，會多少忽略某些問題，這種由于結構類型變更而產生的問題會使得結構類型出現變更，從而施工圖不能夠通過審查，因而造成了需要重新設計以及專家論證等問題，這會極大的影響工程的進度以及工程造價，同時會對工程造成整體影響。

2.3 設置嵌固端

高層建筑由于其建筑結構特點，一般都會在地下有兩層或者兩層以上的人防結構或者地下室，而地下結構的頂板則可以使用嵌固端，同時在人防頂板處也可以設置嵌固端，所以在嵌固端的設置上，工程師往往會在設計中忽視其設置不當所帶來的問題。

2.4 設置短肢剪力墻

短肢剪力墻截面高厚壁在新規范中在新規范中的規定為5至8，并且根據需要在高層建筑結構設計中針對短肢剪力墻添加了限制，并且需要根據實際的經驗、數據。所以高層建筑設計過程中，工程師需要減少該結構的使用，以此減少不必要的設計問題。

3 基礎設計所產生的問題

建筑質量保證的基礎便是建筑的地基以及建筑基礎，因此結構工程師往往會更加重視建筑的基礎設計，主要原因不僅僅是基礎設計會對整個設計造成影響。一個建筑的基礎質量好壞會直接決定工程的整體質量，并且會直接決定工程的造價。所以在基礎設計階段，任何錯誤的出現都會引發不可預估的損失。地方性規范是地基設計中需要注意的重點之一。

4 結構計算與分析問題

在結構計算與分析階段，如何準確，高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理，是決定工程設計質量好壞的關鍵。由于新規范的推出對結構整體計算和分析部分相當多的內容進行了調整和改進，因此，結構工程師也應該相當地對這一階段比較常見的問題有一個清晰的認識。

4.1 結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有多種，但是，由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異，因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同。所以，在進行工程整體結構計算和分析時必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件，并從不同軟件相差較大的計算結果中，判斷哪個合理、哪個可以作為參考，哪個意義不大，這將是結構工程師在設計工作中首要的工作。否則，如果選擇了不合適的計算軟件，不但會浪費大量的時間和精力，而且有可能使結構有不安全的隱患存在。

4.2 是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響，振型數目是否足夠，在新規范中增加一個振型參與系數的概念，并明確提出了該參數的限值。由于在舊規范設計中，并未提出振型參與系數的概念，或即使有該概念，該參數的限值也未必一定符合新規范的要求，因此，在計算分析階段必須對計算結果中該參數的結果進行判斷，并決定是否要調整振型數目的取值。多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計算。

4.3 非結構構件的計算與設計。在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容，尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大，因此，必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。

5 結束語

綜上所述，作為一個多元化、復雜多變且周期較長的過程，鋼筋混凝土設計中高層結構設計必須保證其結果的可靠性，避免設計中出現錯誤以及遺漏，任何問題都會使得設計出現不穩定因素，且加大了設計的復雜度。希望通過以上觀點同廣大同仁進行交流，促進我國建筑事業的發展。

參考文獻

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