本文選自國家級期刊《中國住宅設(shè)施》，《中國住宅設(shè)施》由中國房地產(chǎn)及住宅研究會主辦，建設(shè)部主管，是集經(jīng)濟、技術(shù)、信息于一體，深入、生動、及時、全面的反映住宅設(shè)施市場動態(tài)及國內(nèi)外住宅設(shè) 施發(fā)展狀況，面向國內(nèi)外公開發(fā)行的國家級建設(shè)綜合信息類優(yōu)秀期刊。國際刊號ISSN1672-5093，國內(nèi)刊號CN11-5143/TU，郵發(fā)代號 82-276。

　　摘要：隨著城市化發(fā)展以及建筑用地的緊張，高層建筑將日益增多。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅應(yīng)保證高層建筑具有足夠的安全性，還應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性、合理性。本文對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個問題進行探討。以達到保證建筑的安全、延長其使用壽命的目的。

　　關(guān)鍵詞：高層建筑,結(jié)構(gòu)設(shè)計,特點,問題,規(guī)劃

　　一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與多層建筑結(jié)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面布置、立面體形、樓層高度、設(shè)備布置、施工技術(shù)、工期長短和投資造價等。其主要特點有；

　　1水平力是設(shè)計主要因素。在多層建筑結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，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(shù)值隨著結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大的變化。

　　2側(cè)移成為重要控制指標。與多層結(jié)構(gòu)不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大�？紤]到安全性和舒適性，側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。

　　3抗震設(shè)計要求更高。和多層建筑相比，高層建筑自身的特點決定了其對地震作用更為敏感，一旦破壞對人們的生產(chǎn)生活甚至生命財產(chǎn)安全影響更大。有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)，必須采取比多層建筑更嚴格的抗震措施，以保證其具有良好的抗震性能，做到小震不壞、中震可修、大震不倒。

　　4軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在豎向承重構(gòu)件中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁內(nèi)力分布產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。

　　5結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標。

　　相對于多層而言，高層結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧�，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

　　二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常會出現(xiàn)的一些問題

　　1基礎(chǔ)埋深問題

　　基礎(chǔ)應(yīng)該要有一定的埋深，埋置深度可以從室外地坪算到基礎(chǔ)底面，對于獨立的高層建筑而言，基礎(chǔ)埋深比較容易確定。但當今多數(shù)高層建筑與地下車庫都是相互連接的，當?shù)叵萝噹旎�礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)或設(shè)有防水底板的獨立基礎(chǔ)（防水底板不宜太�。�時，高層建筑的基礎(chǔ)埋深可從室外地坪算起，此時高層建筑地下室頂板及地下車庫頂板應(yīng)按嵌固層要求設(shè)計，地下車庫應(yīng)有足夠的側(cè)向剛度作為高層建筑的側(cè)限。若不滿足以上條件，高層建筑的基礎(chǔ)埋深則應(yīng)從地下車庫地面算起。高層建筑通常設(shè)地下室來滿足埋深要求，主要有以下幾點優(yōu)勢：

　�。�1）提高地基承載力。當高層建筑采用天然地基時，地基承載力可進行修正。隨著基礎(chǔ)埋深的增加，修正后的地基承載力隨之增大，從而可滿足高層建筑對地基承載力的要求。

　　（2）有利于高層建筑上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。高層建筑地下室外墻一般采用鋼筋砼墻，地下室頂板厚不宜小于160mm，地下室具有較大的層間剛度，同時地下室外墻周邊土也提供了很大的側(cè)向剛度和約束。因此設(shè)地下室有利于上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，有利于協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)整體變形，調(diào)整地基不均與沉降。

　　2地下室頂板作為結(jié)構(gòu)底部嵌固層的條件

　　當?shù)叵率翼敯遄鳛榻Y(jié)構(gòu)底部嵌固層的時候，應(yīng)該要能約束結(jié)構(gòu)底部的平動和轉(zhuǎn)動，故必須要滿足下列條件：

　　（1）地下室頂板與室外高差不宜過大，宜小于1/3層高。

　�。�2）以樓層剪切剛度計算，地下室的剛度不宜小于相鄰上部結(jié)構(gòu)剛度的2倍，不應(yīng)小于1.6倍。計算地下室結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度時，可考慮地上結(jié)構(gòu)以外的地下室相關(guān)部位的結(jié)構(gòu)，“相關(guān)部位”指地上結(jié)構(gòu)外擴不超過三跨或20米的地下室范圍。樓層側(cè)向剛度比按《高規(guī)》附錄E.0.1條公式計算。這里需指出的是，高規(guī)12.2.1條規(guī)定，高層建筑地下室頂蓋作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時，地下室頂板應(yīng)避免開設(shè)大洞口。當?shù)叵率翼斏w開有較大洞口時，即使剪切剛度比滿足要求，也不能認為地下室頂蓋為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。

　　3房屋高寬比

　　房屋高度指室外地面至主樓主要屋面的高度。房屋寬度按所考慮方向的最小投影寬度作為建筑物的計算寬度。

　　對帶裙房的高層建筑，當裙房面積與其上塔樓面積比大于2.5或裙房抗側(cè)剛度與其上塔樓抗側(cè)剛度比大于2.0時，可取裙房以上部分的房屋高度和寬度計算高寬比。

　　4建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性界定

　　建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性除應(yīng)按高規(guī)3.4與3.5節(jié)的相關(guān)規(guī)定界定外，還需注意以下問題：

　�。�1）計算結(jié)構(gòu)的周期比和位移比時采用剛性樓板假定。

　�。�2）當結(jié)構(gòu)的位移比和周期比超規(guī)范規(guī)定時，說明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度偏小，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較大。此時，可按照“強周邊，弱中間”的原則調(diào)整結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的布置。若結(jié)構(gòu)側(cè)移較小，則適當削弱建筑中部抗側(cè)力構(gòu)件，如取消、縮短、減薄剪力墻，加大洞口減小連梁高度，用跨高比大于5的框架梁代替跨高比小于5的連梁等。若結(jié)構(gòu)側(cè)移較大，可加強建筑周邊結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的剛度，尤其是以結(jié)構(gòu)剛心為參照點的建筑遠端。對帶裙房高層建筑，裙房部分樓層的位移比往往超規(guī)范規(guī)定。此種現(xiàn)象常見于裙房平面長寬尺寸較大，裙房邊緣離結(jié)構(gòu)剛心較遠時。由于裙房高度不高，裙房樓層的絕對側(cè)移值很小，因此對于裙房部分可不按高層建筑的要求執(zhí)行，位移比可適當放寬。

　�。�3）對某些有底部大空間要求的建筑，如底部為商場或商業(yè)網(wǎng)點而上部為住宅或公寓的商住建筑，或因功能需要，上部隔墻較多較密而下部為開場大空間的建筑，均屬于上下層剛度差別較大的豎向不規(guī)則建筑。此時剛度變化處的下一層宜按薄弱層的要求調(diào)整內(nèi)力。

　　5框架結(jié)構(gòu)梁柱偏心距較大應(yīng)采取的措施

　　框架結(jié)構(gòu)梁柱偏心較大時，將導(dǎo)致節(jié)點核心區(qū)受剪面積減小，且梁端彎矩作用在節(jié)點上時出現(xiàn)扭矩。因此當梁柱偏心距大于柱截面在該方向?qū)挾鹊?/4時，可加大梁寬或設(shè)置梁水平腋。當設(shè)置梁水平腋時，在梁柱節(jié)點處形成了較強的剛域，梁塑性鉸將外移。因此水平加腋梁的梁端箍筋加密區(qū)長度應(yīng)取普通框架梁箍筋加密區(qū)長度與加腋水平長度之和。梁端水平腋的尺寸若不能同時滿足《高規(guī)》6.1.7-1、2、3條，則應(yīng)首要滿足前兩條的規(guī)定。

　　6較長剪力墻宜開設(shè)洞口

　　高規(guī)7.1.2條規(guī)定：“較長剪力墻宜設(shè)置跨高比較大的連梁將其分成長度較均勻的若干墻段，各墻段的高度與墻段長度之比不宜小于3，墻段長度不宜大于8m。”此條規(guī)定主要基于以下考慮：

　　（1）提高剪力墻的延性，避免脆性破壞。過長的剪力墻抗側(cè)剛度很大，在水平剪力作用下易首先破壞，導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件依次破壞。細高的剪力墻(高寬比大于3)容易設(shè)計成具有延性的彎曲破壞剪力墻。當墻的長度很長時，可通過開設(shè)洞口將長墻分成長度較小的墻段，使每個墻段成為高寬比大于3的獨立墻肢或聯(lián)肢墻，洞口上可設(shè)置弱連梁。

　　（2）當墻段長度（即墻段截面高度）很長時，受彎后產(chǎn)生的裂縫寬度會較大，墻體的配筋容易拉斷，因此墻段的長度不宜過大。

　　7懸挑梁的梁高選用問題

　　懸挑梁的梁高不應(yīng)小于凈懸挑長度的1/6，并應(yīng)驗算其撓度。部分結(jié)構(gòu)設(shè)計師常忽略對挑梁撓度的計算，梁高設(shè)計比較小，造成梁截面受壓區(qū)的應(yīng)力過高。在正常使用狀態(tài)下，梁截面的受壓區(qū)產(chǎn)生非線性徐變，梁的撓度隨時間推移而逐漸加大。挑梁的變形導(dǎo)致了梁板裂縫，由于挑梁變形的不斷擴大，裂縫也隨之加寬，直接影響建筑物的正常使用。挑梁的變形使得梁支座截面上部受拉區(qū)出現(xiàn)跨比較大的豎向裂縫。受支座附近的剪彎作用影響，豎向的裂縫在梁支座位置斜向延伸成為斜裂縫，縫越靠上寬度越大。挑梁截面過于窄小對建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果影響很大。懸挑結(jié)構(gòu)對非水平地震的作用極為敏感。當梁高較小時，梁截面的受壓區(qū)高度相應(yīng)較大，梁的延性較小，在豎向地震作用下梁容易發(fā)生斷裂而失去承載力。

　　三、高層建筑的規(guī)劃設(shè)計

　　1避免高層建筑密集。高層建筑的密集雖然對于城市辦公等條件方便有利，卻給城市空間帶來很多壓力，造成城市空間和城市交通的擁擠，一些高層建筑玻璃幕墻的大面積使用也造了成大量光污染。

　　2控制超高層建筑數(shù)量。一些已建成的超高層建筑投入使用后表明收益并不樂觀，可以說僅僅是體現(xiàn)城市形象，提高城市知名度。

　　3高層建筑與城市街道。高層建筑一般分布在城市中商業(yè)發(fā)達的地段，這些地段的街道本身交通荷載就較大，在規(guī)劃設(shè)計時要對這些街道進行擴展，加大其通行能力。

　　四、結(jié)語

　　近些年來，我國的高層建筑建設(shè)發(fā)展迅速。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設(shè)計中遇到的各種問題。從而使高層建筑設(shè)計與城市空間的融合不斷地完善發(fā)展。

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