高層民用建筑結構設計的探討

曲淑華

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摘要：高層民用建筑在現代社會中越來越普遍，因此其結構設計也越來越多并且越來越重要。本文作者根據自己的多年工作經驗，針對民用建筑工程結構設計會對建筑的質量產生的影響的影響進行了一點闡述，尤其高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑建設的各項事宜等。因此，在進行民用建筑結構設計時，一定要嚴格控制設計質量

關鍵詞：高層建筑；結構設計；原則；問題；措施

1、高層建筑結構設計應遵循的基本原則

1.1結構方案最優化原則

建筑結構的方案設計是整個建筑施工的首要環節，對于整個建筑框架的構建起著宏觀指導作用。在制定結構設計方案時，要對建筑所處地區的詳細資料做到全面了解和掌握，從經濟、技術、施工可行性等多個方面進行綜合評定考慮，從而選出最佳設計方案。在設計方案編制過程中，同一結構單元設計中應盡量使用同一種結構體系，確保結構受力均勻，傳力便捷。在高層建筑結構設計過程中，設計人員應進行充分討論，最終確定符合施工現場操作的施工方案和設計施工圖。

1.2計算簡圖合理化原則

高層民用建筑在進行結構設計時，為了保證結構的穩定性和安全性，必須要進行周密的公式計算，把結構設計數字化，從細節上杜絕安全隱患的存在。選用的計算公式和計算方法，以及結構設計方案都會對計算結果產生不同程度的影響，因此，制定標準的計算規范，選擇合適的計算簡圖是保證公式計算結果準確的有效手段。這就需要設計人員根據具體的施工條件和作業要求，結合相關的設計指標，在充分協商交流的基礎上，選擇最佳的計算簡圖。

1.3、結果分析精準化原則

隨著計算機技術的普及應用，給數據處理帶來了極大的便利。在進行建筑結構設計時，通過計算機強大的數據分析和計算能力，構件建筑模型，能夠幫助設計人員更加直觀的找出結構設計方案中存在的缺陷與不足，從而能夠在最短時間內實現方案的優化。另外，在計算時要注意使用統一的計算機軟件，防止不同軟件之間的計算誤差影響結果分析的準確性。

2、影響高層民用建筑結構設計的主要因素

2.1外力作用的影響

作用在建筑物上的各種外力統稱為荷載。荷載可分為恒荷載（如結構自重）和活荷載（如人群、家具、風雪及地震荷載）兩類。荷載的大小是建筑結構設計的主要依據。也是結構選型及構造設計的重要基礎，起著決定構件尺度、用料多少的重要作用。風載是高層建筑水平荷載的主要因素，風力隨著地面的不同高度而變化，在沿江沿海地區，風力影響更大，設計時必須遵照有關設計規范執行。

地震荷載也是主要荷載。地基土的縱波使建筑物產生上下顫動；橫波使建筑物產生前后或左右的水平方向的晃動。但這三個方向的運動并不同時產生，其中橫波的振動往往超過風力的作用，所以地震力產生的橫波是建筑物的主要側向荷載。地震的大小用震級表示，震級的高低是根據地震時釋放能量的多少來劃分的，釋放能量愈多，地震越大，震級也愈高。故震級是地震的大小指標。在進行建筑物抗震設計時，是以該地區所定地震烈度為依據，地震烈度是指在地震過程中，地表及建筑物受到影響和破壞的程度。

2.2氣候條件的影響

我國各地區地理位置及環境不同，從炎熱的南方到寒冷的北方，氣候條件有許多差異。太陽的輻射熱、自然界的風、雨、雷、霜、地下水等構成了影響建筑物的多種因素。有的構、配件因熱脹冷縮而開裂；有的部位出現滲漏水現象；有的因室內過冷或過熱而妨礙工作等等.放在進行構造設計時，應該針對建筑物所受影響的性質與程度，對各有關構、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保溫、隔熱、設伸縮縫、設隔蒸汽層等等。以防患于未然。

2.3各種人為因素的影響

人們在生產和生活活動巾，往往遇到火災、爆炸、機械振動、化學腐蝕、噪聲等人為因素的影響[3]。故在進行建筑構造設計時，必須針對這些影響因素，采取相應的防火、防爆、防振、防腐、隔聲等構造措施，以防止建筑物遭受不應有的損失。

3、高層民用建筑結構設計問題

3.1短肢剪力墻的設置問題

在新高規中，對墻肢截面高厚比為5-8的墻定義為短肢剪力墻。且根據實驗資料和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。

3.2結構的超高問題

基于高層建筑抗震的要求，我國的建筑相關規范對其結構的高度有非常嚴格的要求，對于高層建筑超高問題，新高規中將原有限制的高度定為A級高度，而且將B級高度增加，高層建筑結構處理設計方法與措施因此有了進一步優化。實際工程設計中，對高層超高問題的忽視常會導致在施工圖審查時不能通過，從而影響建筑工程整體工期以及造價。

3.3高層建筑結構設計中的扭轉問題

建筑結構的幾何形心、結構重心、剛度中心，就是建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡量匯于一點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發生扭轉振動效應。

3.4嵌固端的設置問題

因為高層建筑通常都有至少二層或者二層以上的地下室，因此嵌固端有可能設置在地下室頂板，結構設計人員常常忽略了嵌固端的設置需要注意的問題，比如：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層抗震、嵌固端上下層剛度比的限制等，而忽視其中任何一個方面都會對后期設計修改或安全埋下隱患。

4、高層民用建筑結構設計問題解決措施

4.1短肢墻剪力墻設置問題的解決

短肢墻的布置應均勻、對稱以及合理，盡量使剛度中心與質量中心重合。建筑平面外邊緣的角部處的墻肢是短肢剪力墻結構的抗震的薄弱部位，一旦出現扭轉效應，就會使得已有的翹曲變形加劇，導致墻肢開裂，所以對其抗震構造制定有效措施，比如可以將軸壓比減小、縱筋增加以及增加箍筋的配筋率都是有效的措施。主要抗側力結構（筒體或長墻）通常利用電梯間，但剛度要保持均衡性，盡量不要集中布置，避免建筑產生較大的扭轉效應。

4.2嵌固端的設置問題解決

高層建筑在進行結構分析計算之前應該先確定結構嵌固端的所在位置，而影響嵌固端位置的因素非常多，比如沒有地下室，地下室層數以及基礎形式等。結構嵌固端一般情況下是選擇在地下室頂蓋標高處，然而地下室頂蓋能否真正成為結構嵌固端是有條件的。設計時常會遇到結構轉換層設于大底盤的屋頂標高處的情況。地下室頂板作為上部結構嵌固部位結構計算中，地下室頂板作為上部結構嵌固部位時，地下室結構的樓層側向剛度應該大于相鄰上部結構樓層側向剛度的2倍。室外地坪與地下室頂板標高的高差不能過大。特殊情況下，比如半地下室則首層樓面通常不能成為結構嵌固端，除非其高差僅為1—3級臺階高度時才可能考慮；地下室頂板結構應為梁板體系，樓板厚度要大于180mm，砼強度等級不宜低于C30，應采用雙層雙向配筋，每層每方向配筋率要大于0.25%。

4.3扭轉問題解決措施

為避免建筑物因水平荷載作用而發生的扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡單平面形式。在某些情況下，由于城市規劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡單平面形式，當需要采用不規則L 形、T 形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規范允許的范圍之內。

5、結語

總之，隨著層建筑市場需求量的不斷增大，未來建筑設計業發展前景十分廣闊，與此同時，對于高層建筑結構性能的設計要求也會更加嚴格，設計人員應不斷更新專業知識的儲備，設計出更加符合市場需求的作品，質量標準高的設計方案。

參考文獻：

[1]黃雄輝.民用建筑結構設計與相關問題分析[J].科技創新導報.2009（2）.

[2]鄭喜若.高層民用建筑結構設計問題探討[J].黑龍江科技信息.2011（10）.