刍议高层房屋建筑结构设计

　　摘要：高层建筑的结构设计问题是一个长期而复杂的过程，也是建筑师开展设计工作的重点与难点，其结构专业在各专业中占有很更重要的位置。本文将通过对高层房屋建筑结构设计中存在的一系列问题提出相应对策并对此做简要分析。

　　关键词：高层建筑;结构设计;方案

　　Abstract: the problem of structure design of high-rise building is a long and complicated process, also is the architect in the key work of design and the difficulty, its structure in each major professional plays very more important position. This paper will be through the high-rise building structural design of a series of problems and put forward the corresponding countermeasures to make the brief analysis.

　　Keywords: high building; Structure design; scheme

　　中图分类号：TU8 文献标识码：A 文章编号：

　　我国改革开放以来综合国力的不断提高，建筑业有了突飞猛进的发展，已成为当今社会的支柱产业之一。由于我国是人口大国，土地资源宝贵，所以要求高效的利用土地资源。高层建筑因为其有效的解决了土地高效利用问题，加之计算机技术在建筑中广泛的利用，所以高层建筑在现代建筑结构设计中发展迅速，数量与日剧增;作为结构设计人员，必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系，只有这样才能使设计达到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量的基本原则。

　　1.高层房屋建筑结构设计中常见问题

　　1.1 地基方面。地基与基础是整个建筑工程中的一个重要组成部分,它的质量好坏关系到建筑物的安全、经济和正常使用,由于基础工程在地下或水下进行,施工难度较大,造价、工期和劳动消耗量在整个工程中所占的比重亦较大。如需人工处理或采用深基础,则其造价和工期所占的比例更大。由于地基基础属于隐蔽工程,一旦出现事故,处理不易,因而更应慎重。在这方面经常出现的问题大多数是：高层房屋建筑基础设计由于设计周期短，设计人员对基础设计没有做到优化设计，对基础进行多方案比较设计、测算，做到即安全又经济。

　　1.2 地下室设计方面。地下室工程涉及的专业极为复杂，在建筑的地下室结构设计时，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。对于具有大底盘地下室的高层建筑群体而言，塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题，但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求的问题。而且由于实际地下室抗浮设计中往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，因而也会造成施工过程中由于抗浮不够而出现局部破坏，加上地下室防水工程是一项系统性工程，涉及设计、施工、材料选择等诸多方面因素，因此造成了地下室结构设计难点繁多，一般来讲概括起来为：一是结构平面设计;二是抗震设计;三是地下室抗浮、抗渗设计;四是外墙结构设计。

　　1.3 高层房屋建筑中柱、梁以及基础的活荷载未按规范乘以折减系数方面。设计人员设计高层建筑时，在计算梁、柱和基础的活荷载时未按照现行设计规范活荷载乘折减系数计算其效应组合。

　　1.4 房屋建筑高度、高宽比超过现行规范、规程限值方面。现行的规范、规程给出的房屋最大适用高度和高宽比限值。按照现行抗震规范，高宽比虽然不是强制性条文，但是合理的高宽的影响，因为高宽比过大(尤其在高烈度地区)将会影响建筑的位移比和剪力墙，柱，梁的配筋。一些高层建筑房屋高度超过最大适用高度规定限值，甚至个别建筑的高度和高宽比均超出规定限值。设计人员在结构设计过程中，对于房屋高度、高宽比和体型复杂程度超过现行规范、规程的高层建筑，会按超限高层建筑进行设计。同时，还有不容忽视的问题是高层建筑适用高度除与结构体系类型及抗震设防烈度有关外，还与场地类别与结构是否规则等因素有关，当位于Ⅳ类场地或结构平面与竖向布置不规则时，其最大适用高度应适当降低20%。

　　1.5结构缝设置不合理，缝宽度不足方面。在实际设计过程中，对于超长建筑物而言，为减少温度变化对结构的不利影响，合理地设置伸缩缝是有必要的。有些设计人员用后浇带代替伸缩缝，其实这种做法存在一定的问题。因为后浇带仅能减少混凝土材料干缩的影响，不能解决温度变化的影响。后浇带处的混凝土封闭后，若结构再受温度变化的影响，后浇带就不能再起任何作用了。

　　1.6 板承受线荷载时弯矩计算方面。在高层房屋建筑中，常常在楼板上布置一些非承重隔墙，在楼板设计中设计人员会错把该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后，进行板的配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载附以板的总面积。同时，板上隔墙顶部处理常采用立砖斜砌砌顶紧上部分的楼、屋面板，这样会给上部的板增加了一个中间支承点，使其变为连续板，支承点上部出现了负弯矩，而在板的设计中又没考虑该部分的影响，致使板顶出现裂缝(尤其是大跨度板)。

　　2.高层房屋建筑结构设计方案

　　高层房屋建筑结构设计包括房屋工程结构总体的优化设计和房屋工程分部结构的优化设计两方面。其中房屋工程分部结构的优化设计包括：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对以上几个方面的优化设计还包含选型、布置、受力分析、造价分析等内容，并应在满足设计规范和使用要求前提下，结合具体工程实际情况，围绕其综合经济效益的目标进行结构优化设计。下面就对高层房屋建筑结构设计的对策做一阐述。

　　2.1 概念设计处理实际问题。事实上，概念设计所要处理的问题比较多，但我们可以肯定的是希望通过概念设计，高层房屋建筑结构能在各种不同外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，分析如何应对高层方面建筑可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。比如：地震是最为难以预料的，破坏性也最大。所以在高层房屋建筑设计过程中应未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取有助于提高抗震能力的措施。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段;延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏;多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。

　　2.2 设计要考虑水平力。在低层和多层房屋建筑结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层房屋建筑设计中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化，所以对风荷载比较敏感的高层建筑，风荷载须按100年风压计算。

　　2.3 应用剪力墙结构体系设计。在高层房屋建筑设计中剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为围护及房间分格构件。剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量也较少。

　　2.4 应用筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。

　　2.5 减轻高层房屋建筑自重。高层房屋建筑减轻自重比多层建筑更有意义。我们从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。

　　本人认为，在满足建筑结构长远效益的前提下，应尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。与传统设计相比，可以充分利用计算机资源，进行多种结构形式进行结构试算、分析、比较，选择合理的结构类型，可以使建筑工程造价降低5%～30%。优化技术的实现，可以最合理的利用材料的性能，使建筑结构内部各单元得到最好的协调，并具有建筑规范所规定的安全度。同时，它还可为建筑整体性方案设计进行合理的决策，优化技术是实现建筑设计的" 适用、安全和经济 " 目标的有效途径。

　　参考文献：

　　[1]方鄂华等编著.高层建筑结构设计.北京：中国建筑工业出版社，2003.

　　[2]王光远.工程结构与系统抗震优化设计的实用方法[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：5-37.