高层建设结构设计特征及问题

 摘要：我国经济的飞速发展与激烈化商业竞争，促使了高层建筑的出现和发展。随着高层建筑规模的不断扩大，建筑高度的不断增加，其结构体系越来越多样化，建筑功能及类型也越来越复杂，这就给高层建筑结构设计提出了新的饥遇与挑战。

1高层建筑结构设计的特点

1．1水平荷栽成为决定因素

水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力，与楼房高度的两次方成正比，高层建筑楼面使用荷载和楼房自重在竖构件中所引起的弯矩和轴力的数值，仅与建筑高度的一次方成正比。对某一定高度楼房来说，它的竖向荷载大体上是定值，但是其水平荷载却不是定值，它随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。

1．2结构延性是重要设计指标

与底层建筑相比，在地震作用下高层建筑的结构的变形会更大一些。为了避免高层建筑倒塌，使其具有较强的变形能力，特别需要在其构造设计上采取一定的措施，来保证结构具有足够的延性。

1．3轴向变形不容忽视

在高层建筑中，因为其竖向荷载很大，所以它能够在柱中引起较大的轴向变形，使得连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；此外它还会对预测构件的下料长度、构件剪力和侧移等产生影响。

1．4侧移成为控制指标

与底层建筑不同，结构侧移是高层建筑结构设计中的关键因素。水平荷载下结构的侧移变形随着建筑高度的增加而增大，与建筑高度的四次方成正比。因此，在水平荷载作用下，应将结构的侧移控制在一定的限度范围内。

2高层建筑的结构体系

目前高层建筑的结构体系主要有三种：框架一剪力墙体系、剪力墙结构体系、筒体体系，其优缺点见表1。3高层建筑结构设计中常见的问题

3．结构选型中常见的问题

3．1．1结构的规则性问题

与旧规范相比，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，而且新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案”。因此，结构设计工程师在设计上要严格遵守新规范的要求，避免不必要的麻烦。

3．1．2嵌固端的设置问题

由于高层建筑一般都带有人防和地下室，嵌固端有可能设置在人防顶板，也可能设置在地下室顶板等位置。在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的问题，比如：结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调、在结构整体计算时嵌固端的设置、嵌固端上下层抗震等级的一致性、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端楼板的设计等，然而忽略其中任一方面都会对后期设计工作埋下安全隐患。

3．1．3结构的超高问题

随着建筑物高度的增加，导致了很多影响因素的有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，发生了质变，比如力学模型选取、材料性能、延性要求、荷载取值、安全指标等，因此，结构设计工程师在设计的过程对该项控制因素应该严格注意。

3．2结构分析与计算中常见的问题

3．2．1结构整体计算的软件选择

目前比较通用的计算软件有ETABS、SAP、TBSA、TAT、SATWE等，由于各种软件在计算模型上存在着一定的差异，从而导致了计算结果存在或多或少的差异。因此，结构工程师在设计工作中首要的工作就是依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，如果选择了不合适的计算软，不但会}良费大量的时间和精力，而且有可能使结构有不安全的隐患存在。

3．2．2振型数目是否足够

规定与旧规范相比，在新规范中增加一个振型参与系数的概念，而且还明确指出该参数的限值。结构的层数与振型数的多少有关，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。

3．2．3考虑是否需要分开计算，非结构构件的计算与设计

对类型高层建筑进行计算分析时，结构工程师必须要考虑是将结构人为地分开进行计算，还是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算。如果多塔问刚度相差较大，可能出现即使振型参与系数满足要求的情况，但是这也有是地震力计算误差造成，因此导致结构出现不安全的隐患。在高层建筑中，会存在一些由于建筑功能或美观要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件，比如高层建筑屋顶处的装饰构件等，有因为高层建筑的风荷载和地震作用均较大，因此，结构设计工程师在设计的过程必须严格按照新规范要求对非结构构件的进行计算处理再进行设计。

3．3连梁超筋问题

连梁超筋是剪力墙结构设计中一种常见现象。计算剪力不满足剪压比要求从而导致了连梁超筋。连梁易超筋的部位，某墙段中，在大墙肢上的连梁易超筋，由于墙肢截面高度大小悬殊不均匀所造成；平面中，当墙段较长时其中部的连梁易超筋；一般剪力墙结构中，在楼层总高度1／3处连梁易超筋。

3．4轴压比的问题

在钢筋t昆凝土高层建筑结构中，通过增大柱的截面来控制柱的轴压比，即使使用高强混凝土，d土不能明显减小柱断面尺寸。限制柱的轴压比的目的是为了防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。如果柱的塑性变形能力小表明其结构的延性很差，也就说抗震能力差，遭遇地震时结构容易被破坏。但是如果在结构中保证强柱弱梁设计，使其具有良好延性，此时可放松轴压比限值。

4结论

综上所述，高层建筑结构设计是一个复杂、长期、循环往复的过程，结构设计工程师在设计的过程不仅要严格执行新规范中相应的构造要求，还要结合实际情况，进行结构分析并且制定多种方案进行比较分析，只有这样才能从根本上消除设计质量的隐患。