探討高層建筑結構設計問題論文

　　關鍵詞：高層建筑結構，結構設計，短肢剪力墻，地基與基礎

　　改革開放三十年以來，隨著我國經濟的迅速發展，全國大中型城市的多高層建筑迅速增多，隨著高層建筑的建筑高度的不斷增加，建筑類型與功能的愈來愈復雜，結構體系的更加多樣化，高層建筑結構設計也越來越成為建筑結構工程師的重要工作內容。

　　1.結構選型

　　對于高層結構而言，在工程設計的結構選型階段，結構工程師應該注意以下幾點：

　　1.1合理選擇結構體系。高層建筑結構平面布置應力求簡單、規則、對稱,避免應力集中的凹角和狹長的縮頸部位；避免在凹角和端部設置樓電梯間；避免樓電梯間位置偏置，以免產生扭轉的影響。豎向體型盡量避免外挑，內收也不宜過多，力求剛度均勻漸變，避免產生應力集中。《高層建筑混凝土結構技術規程》在結構的規則性方面也規定了相應的條文，例如：平面規則性信息、豎向規則性信息等，而且，新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。論文發表。”因此，結構工程師在遵循規范的這些限制條件上必須嚴格注意，發現問題應及時和建筑工程師溝通，以避免在后期設計中帶來麻煩。論文發表。

　　1.2房屋的適用高度和高寬比。在抗震規范與高規中，對結構的總高度都有嚴格的限制，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設計中，出現過由于忽略該問題，導致施工圖審查時沒有通過，必須重新進行設計的情況，對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。高層建筑的高寬比，是對結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性的宏觀控制。A、B級高度高層建筑建筑的高寬比限值也相應不同。但在復雜體型的高層建筑中，如何計算高寬比是一個比較難以確定的問題。一般可按所考慮方向的最小投影寬度來計算，對于突出建筑物的很小的的局部結構，比如樓電梯間等，一般不應包括在計算寬度內。對于帶有裙房的高層建筑，當裙房的面積和剛度相對于其上部塔樓的面積和剛度較大時，計算高寬比的房屋高度和寬度可按裙房以上部分考慮。

　　1.3嵌固端的設置問題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面: 抗震設計的多高層建筑，當地下室頂層作為上部結構的嵌固端時，地下一層的抗震等級應按上部結構采用，地下一層以下結構的抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。地下室中超出上部主樓范圍且無地上結構的部分，其抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。對于9度抗震設計時，地下室結構的抗震等級不應低于二級。地下室的現澆頂板厚度不宜小于180mm，且不宜有較大洞口。地下室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（地下室柱子多出的縱向鋼筋不應向上延伸，而應錨固于地下室頂板的框架梁內），地下室剪力墻的配筋不應少于地上一層剪力墻的配筋。對于邊柱和角柱，由于只有一面有梁，為滿足該梁端截面實際彎矩承載力不宜小于柱下端實際承載力的要求，可采用增大梁截面，或不增大梁截面而增加梁配筋的方法。這些問題在設計中都應注意，忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

　　1.4短肢剪力墻的設置問題。短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻。近年興起的短肢剪力墻結構，雖然有利于住宅建筑布置，也可減輕結構自重，但在高層住宅中，剪力墻肢不宜太短，因為短肢剪力墻的抗震性能較差，地震區應用經驗不多，為安全起見，高層建筑結構不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構。短肢剪力墻較多時，應布置筒體(或一般剪力墻)，形成短肢剪力墻與筒體(或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結構，并且《高規》中對短肢剪力墻的最大適用高度、抗震等級、底部加強部位、縱向鋼筋總配筋率等增加了很多的限制，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。

　　2.地基與基礎設計

　　地基與基礎設計一直是結構工程師比較重視的方面，不僅僅由于該階段設計過程的好與壞將直接影響后期設計工作的進行，同時，也是因為地基基礎也是整個工程造價的決定性因素，因此，在這一階段，所出現的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。

　　高層建筑的基礎應選用整體性好，滿足地基承載力和建筑物容許變形的要求，并能調節不均勻沉降的基礎形式。高層建筑宜設置地下室以減小地基的附加應力和沉降量，有利于滿足天然地基的承載力和上部結構的整體穩定性。此外，在地基基礎設計中要注意地方性規范的重要性。論文發表。由于我國占地面積較廣，地質條件相當復雜，僅一本《地基基礎設計規范》無法對全國各地的地基基礎都進行詳細的描述和規定，因此，作為建立在國家標準之下的地方標準，地方性的“地基基礎設計規范”能夠將各地方的地基基礎類型和設計處理方法等一些成熟的經驗描述和規定得更為詳細和準確，所以，在進行地基基礎設計時，一定要對地方規范進行深入地學習。

　　3.結構分析與計算

　　在結構分析與計算階段，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應地對這一階段比較常見的問題有一個清晰的認識。

　　3.1結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，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，判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的，哪個又是意義不大的，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。

　　3.2是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內容實際上在新老規范中都有提及，只是，在新規范中根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數。

　　3.3振型數目是否足夠。在新規范中增加了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。

　　3.4多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計算。一段時間以來，大底盤，多塔樓的高層建筑類型大量涌現，而在計算分析該類型高層建筑時，是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算，還是將結構人為地分開進行計算，是結構工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大，就有可能出現即使振型參與系數滿足要求，但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大，從而便結構出現不安全的隱患。

　　4.結束語

　　總之，鋼筋混凝土高層結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程，在這過程中任何遺漏或錯誤都有可能對結構造成安全隱患。這就要求結構設計人員在工作中嚴格要求自己，不斷學習新規范，力求掌握更為合理的結構計算方法。

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