高層建筑結構設計應注意的問題

徐敬蓮

（貴州省建筑設計研究院貴州貴陽　550001）

高層建筑結構設計應注意的問題

徐敬蓮

（貴州省建筑設計研究院貴州貴陽550001）

隨著我國經濟的高速發展，高層建筑發展迅速，建筑平面布置與豎向體型也越來越復雜，其結構體系也越來越趨于多樣化和復雜化，給高層建筑的結構設計提出了更高的要求。與此同時高層建筑的結構設計過程中的一些常規問題卻往往被忽視，給工程質量留下安全隱患，筆者根據在施工圖審查過程中經常遇到的此類問題進行了歸類、總結，可供同行參考。

高層建筑；結構設計

高層建筑的結構布置應滿足下列三條：

（1）其結構平面布置宜簡單、規則、對稱，減少偏心；質量、剛度和承載力分布宜均勻，不應采用嚴重不規則的平面布置。也即：在考慮偶然偏心影響的規定水平地震力的作用下，樓層豎向構件最大的水平位移和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.5倍；B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結構及《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第10章所指的復雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.4倍。結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比，A級高度高層建筑不應大于0.9，B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結構及《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第10章所指的復雜高層建筑不應大于0.85。

（2）高層建筑的豎向體型宜規則、均勻，避免有過大的外挑和收進。結構的側向剛度宜下大上小，沿豎向逐漸均勻變化，避免側向剛度和承載力突變，也即：①對框架結構，樓層與其相鄰上層的側向剛度比不宜小于0.7，與相鄰上部三層剛度平均值的比值不宜小于0.8。②對框架-剪力墻、板柱-剪力墻結構、剪力墻結構、框架-核心筒結構、筒中筒結構，樓層與其相鄰上層的側向剛度比不宜小于0.9；當本層層高大于相鄰上層層高的1.5倍時，該比值不宜小于1.1；對于結構底部嵌固層，該比值不宜小于1.5。③A級高度高層建筑的樓層抗側力結構的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應小于其相鄰上一層受剪承載力的65%；B級高度高層建筑的樓層抗側力結構的層間受剪承載力不應小于其相鄰上一層受剪承載力的75%。

（3）在正常使用條件下，高層建筑結構應具有足夠的剛度，避免產生過大的位移而影響結構的承載力、穩定性和使用要求，也即：①按彈性方法計算的風荷載或多遇地震標準值作用下的樓層層間最大水平位移與層高之比宜符合下列規定：高度不大于150m的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比：框架結構不宜大于1/550；框架-剪力墻、框架-核心筒、板柱-剪力墻結構不宜大于1/800；筒中筒、剪力墻、除框架結構外的轉換層結構不宜大于1/1000；高度不小于250m的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比不宜大于1/500；高度在150～250m之間的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比的限值可按前2項的限值線性插入取用。②房屋高度不小于150m的高層混凝土建筑結構應滿足風振舒適度的要求，也即在現行國家標準《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）規定的10年一遇的風荷載標準值作用下，結構頂點的順風向和橫風向振動最大加速度計算值不應超過：住宅、公寓為0.15m/s2；辦公、旅館為0.25m/s2。③樓蓋結構應具有適宜的舒適度。樓蓋結構的豎向振動頻率不宜小于3Hz，豎向振動加速度峰值不應超過：住宅、公寓為0.07m/s2（豎向自振頻率不大于2Hz時）、0.05m/s2（豎向自振頻率不小于4Hz時），商場及室內連廊為0.22m/s2（豎向自振頻率不大于2Hz時）、0.15m/s2（豎向自振頻率不小于4Hz時），樓蓋結構豎向自振頻率為2～ 4Hz時，峰值加速度限值可按線性插值選取。

高層建筑結構設計中應注意結構的適用高度，在《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第3.3節中，規定了高層建筑結構的總高度的限制，因此結構設計人員必須對結構的該項控制因素嚴格注意，當結構為B級高度建筑甚至超過了B級高度時，其設計方法和處理措施將有較大的變化。在具體的實際工程設計中，發生過由于結構類型的變化而沒有注意其適用高度的限制，導致結構施工圖審查時沒有通過，需要重新進行結構設計或需要召開專家會議進行論證等工作的情況，對工程的工期、造價等整體規劃造成了巨大影響，阻礙了工程的開展，這種情況必須引起結構設計人員的高度重視。

按《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第12.1.1條，高層建筑宜設置地下室。這是因為有地下室的高層建筑其地震破壞比無地下室的高層建筑輕，而且有地下室對提高地基的承載力有利，對結構抗傾覆有利，而且也滿足了《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第12.1.8條：“基礎應有一定的埋置深度……”的要求，筆者在施工圖審查過程中經常見到結構設計人員不設置地下室，由于無地下室，基礎的埋置深度顯然不夠，而且也未采取任何加強措施，這就給設計帶來了安全隱患。

再有就是嵌固端的設置問題，當嵌固端設置在地下室頂板時，有些結構設計人員往往忽視了由于嵌固端的設置而帶來的一系列需要注意的問題如：

①嵌固端處地下室指的是周邊均有側限的地下室，像貴州地區等山區建筑中，多數地下室為半地下室，這種半地下室是不能作為結構的嵌固端的。

②在結構整體計算中嵌固端的設置：對于不同的結構計算軟件，嵌固端的設置層號是不同的，結構設計人員應仔細閱讀其使用說明書，避免嵌固端位置的設置錯誤，從而導致結構整體計算的結果錯誤。

③嵌固端處上下層剛度比的限制：按《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第5.3.7條：“高層建筑結構整體計算中，當地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時，地下一層與首層的側向剛度比不宜小于2。”

④嵌固端處樓板的設計：按《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第：3.6.3條“……作為上部結構嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應采用梁板結構（請注意是：“梁板結構”，因此不能采用空腹樓板結構”），樓板厚度不宜小于180mm，應采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不宜小于0.25%?！?/p>

⑤嵌固端處上下層抗震等級的一致性：按《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第3.9.5條：“抗震設計的高層建筑，當地下室頂層作為上部結構的嵌固端時，地下一層相關范圍的抗震等級應按上部結構采用，地下一層以下抗震構造措施的抗震等級可逐層降低一級，但不應低于四級；地下室中超出上部主樓相關范圍且無上部結構的部分，其抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。”

⑥嵌固端處框架的梁柱節點設計：按《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第12.2.1-3條：“地下一層柱截面每側的縱向鋼筋面積除應符合計算要求外，不應少于地上一層對應柱每側縱向鋼筋面積的1.1倍；地下一層梁端頂面和底面的縱向鋼筋應比計算值增大10%采用?！?/p>

⑦嵌固端處剪力墻的設計：按《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第12.2.1-4條：“地下室與上部對應的剪力墻墻肢端部邊緣構件的縱向鋼筋截面面積不應少于地上一層對應的剪力墻墻肢邊緣構件的縱向鋼筋截面面積?！?/p>

⑧結構抗震縫（包括伸縮縫、沉降縫）設置與嵌固端位置的協調，等等。

而忽略以上其中任何一個方面都有可能致使后期的結構設計工作的大量修改及返工或留下安全隱患。

總之，高層建筑結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程，任何在這個過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個結構設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全的因素。要想讓建筑項目成為安全、經濟、合理的優秀設計項目，那么從頭至尾正確的概念設計，準確的計算模式、構造和合理的配筋是必不可少，這就要求結構設計人員要加強自身的學習，充分理解規范條文的要求，深入分析、仔細思考，才能夠保證結構設計的結果即安全又經濟。

[1]《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）.中國建筑工業出版社，2010.

[2]《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）.中國建筑工業出版社，2010.

TU973

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1673-0038（2015）15-0038-02

2015-3-21