淺談高層建筑結構設計中的問題

周鎧

摘要：隨著社會的進步，文明的發展，人們對質量的追求也越來越高，尤其是對建筑的質量要求。建筑結構在整個建筑物的質量上起著決定性的作用，因此對結構的設計要嚴整、規范。作者通過自己在工作中遇到的部分問題，闡述了建筑結構設計的原則，從而提出建筑結構設計中應注意的問題。

關鍵詞：高層建筑 結構設計 問題

一、高層結構設計的設計要點

1.高層建筑的結構必須能夠承受豎向荷載、水平荷載和外荷載。其中對結構設計進行控制的主要因素就是水平荷載。高度會與結構內力和位移產生聯系，位移與彎矩大小均與高度成正比，軸向力與高度成正比。高層建筑中的結構材料必須能夠負擔水平負載力。

2.高層建筑中的結構設計必須對軸向變形引起重視，豎向荷載的增大更容易造成軸向變形，減小負彎矩值，增加跨中正彎矩。

3.高層建筑的結構必須具有結構延性。

二、高層建筑結構設計中容易出現的問題

隨著高層建筑的不斷興建，我國很多高層建筑的結構設計中都暴露出了一些問題，對高層建筑的建設帶來了不利的影響。

1.對高層建筑抗側力結構的設計與多層建筑相比，高層建筑在高度和層數上都有一個明顯的突破。從結構設計的角度，高層建筑與多層建筑在設計方法以及設計原理上基本是一致的。兩者的區別主要體現在水平荷載作用，高層建筑的結構材料必須能夠抵抗更大的水平荷載，對于高層建筑特別是帶高位轉換層、多塔樓和大底盤的高層建筑，都很容易在抗側力結構上出現問題。

2.高層建筑地基基礎設計的問題高層建筑的地基基礎設計要求很高，有很多高層建筑的地基基礎設計沒有對荷載進行全面的考慮，在進行局部填土、隔墻設置等都沒有對荷載偏心的影響進行考慮。在地基基礎設計中，沒有進行沖切、抗剪和抗彎的處理。

3.高層建筑在軸壓比的控制上的問題軸壓比的限制比在高層建筑中有著嚴格的規定，很多高層建筑的設計難以滿足軸壓比的規范要求，很多構件的截面受到了限制。軸壓比的限制對高層建筑的質量會產生很大的影響。

4.高層建筑結構設計中對結構計算的結果難以判斷對結構計算結果進行判斷并不容易，高層建筑結構計算所要考慮的因素眾多，不僅要對結構自振周期、振型曲線、水平位移特征等因素進行考慮，還要考慮其抗震設計的合理性。因此，很多高層建筑的設計中難以對結構計算的結果進行準確的判斷，往往遺漏一些影響因素，造成結構計算的不合理。

三、解決高層建筑結構設計問題的具體措施

1.如何對高層建筑結構地基基礎進行設計

（1） 當高層建筑的設計中有地下室這一內容時，要對荷載進行全面的考慮，地下室的外挑部分、局部填土、停車、水池等都會受到荷載偏向的影響。

（2）在對筏基和箱基的梁板配筋進行計算時，必須對底板上直接作用的梁板自重和荷載進行相應的扣除，當箱筏的四邊邊區格和四角的地基反應力過大的時候設計人員不要過分依賴計算軟件，需要自行判斷下是否要對其進行加強配筋，有時候自己重新劃分下計算網格會有更好的結果。

（3）如果高層建筑的地面有中庭設計，就必須對基礎底沿的軸線上進行基礎梁的設置。在使用倒梁法進行內力分析時，注意不到頂的中間柱是不能夠作為支點的，在進行集中荷載計算時必須同時計算柱底反力。

（4）如果采用的整體筏基和箱基的設計，就要對其樁土進行考慮，樁土的共同工作會產生一定的影響。在對基礎底板進行計算時，要對樁土共同作用的狀態或樁沉降狀態下的地基反力進行考慮。

2.如何對高層建筑的軸壓比進行控制一般來說提高混凝土的強度是對高層建筑軸壓比進行控制的直接方法。如果還不能達到相關標準，則還可以使用其他方法來對軸壓比進行控制。

（1）混凝土的變形能力受到柱的箍筋的影響，因此可以通過對混凝土的橫向變形進行約束，來對裂縫的擴展進行延緩，并對截面抗剪能力進行提高。增大配箍率、使用合適的配箍形式都可以實現結構延性的提高。在設計時，如果采用井字復合箍進行沿柱全高，且保持箍筋的直徑、間距和肢距，一般來說直徑在8毫米以上，間距在100毫米以內，肢距在100毫米以內。如果采用復合螺旋箍進行沿柱全高，則要保證8毫米以上的箍筋直徑，100毫米以內的螺距和100毫米以內的肢距。

（2）在彈性模量方面，鋼筋的彈性模量高于混凝土6倍有余，如果配置了較多的縱向鋼筋在柱中，有余軸向壓力的影響，鋼筋會承擔更多的壓力，從而降低混凝土承擔的壓力。在設計中可以在柱截面中部加入附加芯柱，另加的縱向鋼筋的總面積不少于柱截面面積的0.8%都必須加入縱向鋼筋。

（3）提高混凝土強度等級對軸壓比的控制有直接的效果，但混凝土的強度越高其脆性也越大，因此要控制混凝土強度等級不超過C60。

3.如何進行連梁設計

在《高層建筑混凝土結構設計規程》以及《建筑抗震設計規范》等相關設計規范當中都明確的規定了連梁的截面尺寸、剪壓比限制以及剪力設計取值等內容。在具體的工程設計過程當中，因為連梁具有較小的跨度以及高度較大的截面，因此在地震的作用下，彎矩和剪力在經過內力的計算之后都比較大，因此無法使規范的要求得到充分的滿足，在對其進行設計的時候必須要以不同的情況為根據從而采取不同的措施。在地震作用下，為了對連梁的延性進行保障，并對剪力和彎矩進行有效的傳遞，剛度折減的系數就要高于0.55；在風荷載的作用下，為了將連梁的裂縫控制在正常的適用范圍內，就要使剛度折減的系數高于0.80。此外，如果調整剛度折減系數后連梁仍然難以滿足要求，則可以采用內調幅，并配置足夠的箍筋。有些工程師在連梁超筋時喜歡點鉸處理筆者認為這種做法并不可取，若連梁的超筋較多時，在位移容許的情況下可以對連梁的高度進行減小，以減小剪力和彎矩。

4.合理的判斷結構計算結果

（1）結構自振周期：應該在下列的范圍之內針對高層建筑計算的自振周期進行控制：

框架結構T1=（0.1～0.15）NS；

框架-剪力墻結構T1=（0.08～0.12）NS；

剪力墻結構T1=（0.04～0.06）NS；

框架筒體結構T1=（0.1～0.15）NS（NS為建筑物的層數）。

應該在以下的范圍之內針對第二周期以及第三周期的結構進行控制：

第三周期T3=（1/5～1/7）T1；

第二周期T2=（1/3～1/5）T1。

（2）振型：振型曲線一般情況下必須要做到具有光滑連續的特點，不規則的凹凸以及突變的轉折點等都不應該在其中出現；通常情況下，應該在以下范圍內針對零點到底部在各振型曲線當中的高度進行控制：

第一振型：沒有出現零點；

第二振型：有一個零點點存在于（0.7～0.8）H處，其中H為的建筑物計算高度；第三振型：有兩個零點分別存在于（0.8～0.9）H處以及（0.4～0.5）H處。

四、結語

結構工程師在設計高層建筑結構的過程中，不僅要對結構計算的準確性進行重視，同時還要關注如何合理地選擇結構方案，設計界現在對概念設計進行了大力的提倡，然而在實際的工程設計當中卻具有千差萬別的情況，所以設計人員必須要以工程中遇到的實際情況為根據進行科學合理的設計。

參考文獻

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