摘要：隨著社會經濟的發展，建筑高度的不斷增加，風格的變化多樣，給高層結構設計提出了新的課題和挑戰。本文結合論述高層建筑結構設計有很多基本概念，掌握理解這些概念對從事高層建筑結構設計的工程技術人員十分有益。

　　關鍵詞：高層建筑 結構設計 問題分析

　　Abstract: with the development of social economy, building highly continue to increase, the style of the diverse, to the high-level structure design puts forward the new problems and challenges. This paper discusses the designing high-rise have many basic concepts, grasp understand these concepts to engage in high-rise building structural design of engineering and technical personnel is very beneficial.

　　Keywords: high building structural design problem analysis

　　中圖分類號：TU973          文獻標識碼：A          文章編號：

　　一、高層建筑各專業設計的協調

　　高層建筑設計是個多專業、多程序的復雜系統工程，涉及“建筑、結構、設備”三個基本環節，參與高層建筑設計的工程師都深深體會到，對于每個專業單獨而言是最完美的設計，但結合在一起卻不是優秀的設計。各專業之間的矛盾如不妥善處理!高層建筑就無法施工，建成后也無法使用。“建筑、結構、設備”是互相制約的三個有機組成部分，高層建筑設計既是各個專業自我完善的過程，也是各個專業之間互相協調的過程。提高高層建筑設計質量，不但依賴于各個專業設計水平的提高，而且在很大程度上取決于“建筑、結構、設備”的協調。我們認為在方案設計、初步設計階段一般應以建筑專業牽頭進行各專業協調，在施工圖設計階段則應以結構專業為主進行各專業協調。高層建筑結構設計除了采用合理的結構體系，先進的計算技術外，大量的工作是搞好與其它專業的協調，以便保證結構計算簡圖的實現。

　　二、高層結構分析設計特點

　　（1）水平荷載成為決定因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與樓房高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩以及由此在豎向構件中引起的軸力，是與樓房高度的二次方成正比；另一方面，對某一定高度的樓房來講，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值則隨結構動力特性的不同而有較大幅度的變化。

　　(2)軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大；還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值對下料長度進行調整。另外，會對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結果。

　　(3)側移成為控制指標。與較低的樓房不同結構側移已成為高層建筑結構設計中的關鍵因素隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。

　　三、高層建筑的結構體系分析

　　(1)框架一剪力墻體系。當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當位置設置較大的剪力墻來代替部分框架，因而便形成了框架一剪力墻體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板與連梁組成協同工作的結構體系。在該體系中，框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力。框架一剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設置增大了結構的側向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低，且內力沿豎向的分布趨于均勻，所以，框架一剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。

　　(2)剪力墻體系。當受力主體結構全部由平面剪力墻構件組成時，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結構，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度均比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，是一種良好的結構體系，能建高度大于框架或框架一剪力墻體系。

　　(3)筒體體系。凡采用筒體為抗側力構件的結構體系統稱為簡體體系，包括單簡體、簡體一框架、筒中筒、多束筒等多種形式。筒體是一種空間受力構件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結構單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構成的空間受力構件。簡體體系具有很大的剛度和強度，各構件受力比較合理，抗風、抗震能力很強，往往應用于大跨度、大空間或超高層。

　　四、高層建筑結構設計的問題分析

　　（1）結構選型①結構的規則性問題。新規范對這方面的內容有了較大的變動，增加了相當多的限制條件，例如平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等。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。”因此，結構工程師在遵循新規范的這些限制條件時必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作的被動。②高度問題。按我國現行《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)規定，綜合考慮經濟與適用的原則，給出了各種常見結構體系的最大適用高度。對結構的總高度均有嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，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。因為在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態會發生很大的變化。隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發生質變，即有些參數本身超出了現有規范的適宜范圍，如安全指標、延性要求、材料性能、荷載取值、力學模型選取等。③嵌固端的設置問題。由于高層建筑一般都帶有2 層或2 層以上的

　　地下室和人防設施，嵌固端有可能設置在地下室頂板或人防頂板等位置。在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由于嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的問題，如嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等。而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留下安全隱患。④短肢剪力墻的設置問題。在新規范中，將墻肢截面高厚比為5-8 的墻定義為短肢剪力墻，且根據試驗數據和實際經驗，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。

　　（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，這不僅僅是因為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，同時也因為地基基礎是整個工程造價的決定性因素。在地基基礎設計中要注意地方性規范的重要性。由于我國幅員遼闊，地質條件相當復雜，僅依據GB50007--2002{地基基礎設計規范》，無法對全國各地的地基基礎均進行詳細的描述和規定，而地方性的“地基基礎設計規范”則能夠將各地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，以避免對整個結構設計或后期設計工作造成較大的影響。

　　（3）結構計算與分析。在這一階段，如何準確、高效地對工程進行內力分析并按照規范的要求進行設計和處理，是決定工程設計質量的關鍵。由于新規范中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，因此對這一階段比較常見的問題應該有一個清晰的認識①結構整體計算的軟件選擇。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如果選擇了不合適的計算軟件，不但會浪費大量的時問和精力，而且有可能使結構存在不安全隱患。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舊規范中均已涉及，只是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，并決定是否需要調整振型數目的取值。④多塔之間各地震周期的相互干擾，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出現，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，但對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然較大的情況，從而給結構留下不安全隱患。⑤非結構構件的計算與設計。在高層建筑中，往往存在著一些由于建筑美觀或功能要求而非主體承重骨架體系以內的非結構構件。在對這部分非結構構件尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。

　　五、結語

　　高層建筑結構設計是一個長期復雜的過程，對于低層、多層或高層建筑，其豎向和水平結構體系設計的基本原理是相同的。但隨著高度的增加，豎向結構體系成為設計的控制因素：一個是較大的豎向荷載要求有較大的柱、墻和井筒；另一個更重要的是，側向力所產生的傾覆力矩和剪切變形要大得多，高層建筑結構設計人員必須以精心設計來保證。因此，在設計過程和設計管理過程中，對此必須給予高度重視。