宗靖　秦峻英

（桂林市建筑設(shè)計研究院　廣西桂林市　541002）

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題及對策探討

宗靖秦峻英

（桂林市建筑設(shè)計研究院廣西桂林市541002）

本文通過對高層建筑中結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點以及其中存在的問題進行分析，并提出一些措施，期望能更好的促進高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且實現(xiàn)在穩(wěn)定高層建筑結(jié)構(gòu)的同時提高高層建筑結(jié)構(gòu)安全的效果。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題及對策

前言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展和建筑科技的不斷進步，城市的高層建筑數(shù)量和層次均有了較大的進步，很多的中大城市甚至出現(xiàn)了超高層建筑，并逐漸發(fā)展成為一種城市發(fā)展趨勢。在這一趨勢背景下，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的重要性越來越凸顯，特別在其安全性、個體差異性、廣泛性方面都提出了新的、更高的要求，所以在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要特別注重掌握高層建筑特點，掌握其設(shè)計要點，在堅持質(zhì)量、安全和經(jīng)濟的原則下，提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平。

1　高層建筑結(jié)構(gòu)主要特點

高層建筑由于建筑位置高度較高，必須考慮到更多的外來因素，比如地震、外部荷載、風(fēng)力等，高層建筑不僅僅要承受自身垂直方向的重應(yīng)力荷載，還要承受來自外界水平方向風(fēng)力產(chǎn)生的荷載，諸如此類因素均是加強高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究的重要方面。隨著未來高層建筑高度的不斷加高，為了防止更為嚴重的外來因素和位移影響，高層建筑設(shè)計時還要將抗側(cè)力結(jié)構(gòu)設(shè)計確立為結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要方面。

2　高層建筑結(jié)構(gòu)主要設(shè)計原則

2.1科學(xué)合理的基礎(chǔ)方案

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)和前提就是要有良好的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案，在實際設(shè)計過程中，設(shè)計單位通常要掌握設(shè)計地域的地質(zhì)條件，根據(jù)實際施工需求進行設(shè)計。同時還要出具較為完善的地質(zhì)調(diào)查報告，發(fā)揮建筑地基的最大潛力，如果需要還要針對地基有可能出現(xiàn)的變形做好調(diào)查研究。此外，設(shè)計機構(gòu)還要對建筑進行綜合性分析，尤其是符合情況和上部結(jié)構(gòu)。把這些要素綜合起來分析，敲定最終的科學(xué)合理的基礎(chǔ)方案，從而提高設(shè)計單位經(jīng)濟效益。

2.2科學(xué)適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D

另一個高層設(shè)計中需要注意的重要事項就是計算簡圖的設(shè)計，主要原因就是在對高層建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，需要對一些數(shù)據(jù)進行分析計算，而這些所有的這些分析都要建立在計算簡圖的基礎(chǔ)上，只有計算簡圖基礎(chǔ)上的分析數(shù)據(jù)，才可以提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計牢靠性和安全性。比如：高層建筑的結(jié)構(gòu)節(jié)點不再是傳統(tǒng)的鋼節(jié)點和鉸節(jié)點，這就需要我們對建筑物結(jié)構(gòu)節(jié)點進行合理的分析研究，利用計算簡圖進行設(shè)計，從而更好的提高計算簡圖計算的準(zhǔn)確性和精確性，把計算簡圖控制在合理的誤差范圍內(nèi)。

3　基本要求

3.1規(guī)則性

（1）不要采用不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。建筑結(jié)構(gòu)首先要符合抗震概念設(shè)計需求。①必須具有一定的剛度、承載度和變形能力；②要避免因建筑構(gòu)件和結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)喪失風(fēng)荷載、承受荷載和地震作用的能力；③對有可能出現(xiàn)問題的薄弱環(huán)節(jié)，要采取一定的有效舉措予以加強。

（2）高層建筑的結(jié)構(gòu)體系要符合下列要求：①水平布置和結(jié)構(gòu)的豎向宜具有合理的承載力和剛度分布，避免因扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和局部突變而形成薄弱環(huán)節(jié)。②宜具有較多的抗震防線。

3.2主要特征

抗側(cè)力建筑及其結(jié)構(gòu)的平面布置宜采用對稱規(guī)則，并具有較好的整體性；建筑的豎向剖面和立面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，側(cè)向剛度宜均勻變化，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向承載力和剛度突變。

規(guī)則結(jié)構(gòu)一般指：平面立面規(guī)則，結(jié)構(gòu)平面布置對稱、均勻并具有較好的抗扭剛度；結(jié)構(gòu)豎向布置均勻，結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和質(zhì)量分布均勻，無突變。

3.3滿足規(guī)則平面布置的要求

（1）結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮有利于抵抗豎向和水平荷載，傳力直接，受力明確，力爭做到均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)影響。在地震作用下，建筑平面要力求簡單、規(guī)則，風(fēng)力作用下則可適當(dāng)放寬。抗震設(shè)防的高層建筑，平面形狀宜對稱、簡單、規(guī)則，以減少地震帶來的傷害。

（2）在一個獨立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使用結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則，剛度、承載力分布均勻的平面布置，不要采用不規(guī)則的平面布置。

（3）抗震設(shè)計B級的混合結(jié)構(gòu)高層建筑和高度鋼筋混凝土高層建筑，其平面布置應(yīng)簡單、規(guī)則。

4　存在的問題及對策

4.1結(jié)構(gòu)超高問題及對策

高是高層建筑最大最顯著的特點，這種建筑物本身的高度特性使得建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計顯得越來越困難，比如在抗震規(guī)定中對建筑的高度就有著嚴格的規(guī)范，尤其是目前新制定的范圍中對建筑物超高問題進行了一系列非常明確的限制。另外當(dāng)前建筑的實際施工過程中常常會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)類型改動的情況，而計劃是按原來的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行的，因此使得實際情況和原定計劃之間存在較大的誤差。結(jié)構(gòu)超高不符合規(guī)范為后期的高層建筑安全問題埋下了隱患。其有效對策為：新規(guī)范對高層建筑添加了更多的限制條件，按照新規(guī)范設(shè)計高層建筑的安全性，強調(diào)高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)范性設(shè)計。

4.2地下室層高問題及對策

地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計一般不可能做大幅度的調(diào)整和改變，而且地下室的層數(shù)直接影響到整個建筑的建造，比如：土方開挖、降水要求、抗浮水位、基坑支護以及施工工期等。所以一般建筑的設(shè)計人員會把層高壓得很低，而提高地下室頂板結(jié)構(gòu)的最低點是縮短地下室凈高的最有效的方法。針對這一問題，其一般處理方法是采用預(yù)應(yīng)力空心樓板、無梁樓蓋或?qū)挶饬旱?。在建筑結(jié)構(gòu)計算中應(yīng)計算到滿足嵌固端要求的底板或地下室層數(shù)，在布置柱網(wǎng)時，可以通過對地下室的建筑的布置作合理的調(diào)整來減少地下室的凈高。這些都對減少地下室造價起著很大的作用。

4.3抗浮問題及對策

如果建房區(qū)域高層建筑地下室埋藏較深或地下水的水位較淺時，就會出現(xiàn)抗浮不足的情況發(fā)生。應(yīng)采取以下幾種舉措：①在設(shè)計允許的前提下，提高坑底設(shè)計高度，降低抗浮設(shè)防水位。②高層建筑設(shè)計建議采取寬扁梁或無梁樓蓋設(shè)計形式，一般情況下，寬扁梁的截面高度是跨度的約6%，可以進一步降低抗浮設(shè)防水位。③最直接的方法就是在增加地下室重量的同時，加大地下室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的層高。④通過設(shè)置抗拔樁解決抗浮問題。該方法一般應(yīng)用在裙樓等地下室上部建筑層數(shù)不多的部分。

4.4不均勻沉降問題及對策

①設(shè)置高層建筑與裙房之間沉降縫，這樣做可以使各個部分沉降自由，互不影響，也可避免不均勻沉降所產(chǎn)生的內(nèi)力。②裙房和高層建筑之間采用端承樁的方式，將端承樁設(shè)置在堅硬的基巖上。

4.5裂縫控制問題及對策

在工程建設(shè)實踐中，由于受基坑邊壁和地下室結(jié)構(gòu)本身等因素的約束和影響，地下室的外墻混凝土很容易出現(xiàn)收縮的現(xiàn)象。處理這種現(xiàn)象的對策主要是：根據(jù)裂縫的寬度驗算來控制配筋量，一般情況下，外墻裂縫寬度通常要控制在0.2mm以內(nèi)，由于高層建筑地下室的整體超長，在設(shè)計上應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)手段，有效防止建筑裂縫的不斷擴大，應(yīng)采取的主要措施有補償收縮混凝土，即在混凝途中摻入HEA、UEA等微膨脹劑。

4.6高層建筑結(jié)構(gòu)抗震問題設(shè)計及建議

①減少地震能量輸入，高層建筑受地震破壞主要體現(xiàn)在地震時產(chǎn)生的能量輸入高層建筑后，使其受到共振和沖擊破壞這兩個方面，采取的對策是在考慮地勢地形的前提下，選擇比較堅硬的地基來建造一個堅實的地基，不僅僅可以明顯減少地震所產(chǎn)生的能量輸入，而且還可以有效地防止共振破壞。②選用較為合適的結(jié)構(gòu)材料。在設(shè)計和材料選擇上：a.要專業(yè)設(shè)計人士學(xué)會創(chuàng)新，需要過硬的人員素質(zhì)，需要創(chuàng)新能力和實踐能力的結(jié)合。b.材料選擇也是決定高層建筑抗震的主要因素，當(dāng)今社很多的豆腐渣工程被揭露出來，這里面固然有施工人員的素質(zhì)問題，但更為主要的還是建筑物的材料問題，差的材料不僅僅影響房屋的質(zhì)量，對房屋的抗震性影響也很大。③減輕高層建筑的結(jié)構(gòu)自重。除了以上兩點，在高層建筑的設(shè)計之中還要充分考慮高層的特殊性，適當(dāng)舍去一些低層建筑必需而高層不一定需要的東西。另外，還可以利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)為高層建筑的抗震提供服務(wù)，更好的減輕高層建筑自重。④設(shè)置多道抗震防線。設(shè)置多道防線的最大好處就是在第一道防線失守后，后面的抗震防線還可以繼續(xù)發(fā)揮作用，發(fā)揮備用作用，這樣做不僅增加了抗震的效果，還可以增強地震受災(zāi)人員的心理防線。⑤推廣消能隔震和減震設(shè)計。國內(nèi)外普遍使用的傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系是延性結(jié)構(gòu)體系，適當(dāng)對結(jié)構(gòu)物的剛度進行控制，同時容許結(jié)構(gòu)的構(gòu)建在地震時通過進入非彈性狀態(tài)獲得較大延性，從而達到減輕地震反應(yīng)、消耗能量的目的，保證高層建筑物不發(fā)生倒塌。這一設(shè)計雖然是比較傳統(tǒng)的方法，但是它能夠有效的保證建筑的抗震能力，值得去發(fā)揚光大。

5　結(jié)束語

對于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先要考慮的是其與多層建筑設(shè)計特點和特性的不同。風(fēng)和地震的水平荷載是高層建筑中起到控制作用的主要因素，而不是豎向荷載，所以作為建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計者在進行設(shè)計的時，一定要遵循高層建筑的設(shè)計規(guī)范和原則，充分考慮到影響施工各方面的因素，然后根據(jù)具體的情況，進行建筑結(jié)構(gòu)選型等操作，在建立初步的設(shè)計方案之后，要根據(jù)整體的情況進行分析，最終確定最合理的方案。

[1]賈坤明，馮貴楠.高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題分析[J].城市建設(shè)理論研究，2014，34.

[2]蔡昊.高層建筑混凝土剪力墻接哦故連梁設(shè)計及超筋處理問題探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014，23.

[3]顧菡.高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計中所遇問題與解決方法探討[J].商品與質(zhì)量（消費視點），2014，07.

[4]馮嘯虎，廖建英.淺析高層建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中存在的問題[J].城市建設(shè)理論研究，2014，19.

[5]沈倩.高烈度地區(qū)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中應(yīng)重視的幾個問題[J].科技致富向?qū)В?014，08.

[6]孫善堂.結(jié)構(gòu)設(shè)計中高層建筑的問題及措施研究[J].企業(yè)導(dǎo)報，2014，04.

TU973+.2

A

1673-0038（2015）38-0003-02

2015-7-27

宗靖（1983-），男，中級，學(xué)士，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

秦峻英（1981-），女，中級，大學(xué)本科，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。