时间：2013-11-29 分类：建筑设计
摘 要：由于高层建筑越来越多，类型和功能也越来越复杂，使得高层建筑的结构设计也越来越复杂，本文就结构设计中结构选型、结构计算与分析几方面简要总结了一些在结构设计过程要注意的问题。
关键词：高层建筑 结构设计 结构体系 剪力墙
前 言
近年来，高层建筑越来越多，越来越多的人在设计中遇到高层建筑。掌握高层设计的要点是我们每个结构设计人员所必须的。经过笔者这些多年来的设计实践，发现在高层建筑结构设计过程中经常出现一些遗漏或错误。为了避免在钢筋混凝土高层结构设计过程中少犯或不犯这些错误，现将这些常常出现的问题总结如下：
1 高层建筑结构设计
1.1 水平荷裁成为决定因素。
一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比。
1.2 轴向变形不容忽视。
高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大。
1.3 侧移成为控制指标。
随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结
构在水平荷载作用下的侧移应被控翩在某一限度之内。
2 剪力墙设计
2.1钢筋混凝土抗震墙的延性和破坏形态与墙体的高宽比和超静定次数密切相关。
2.1.1为了提高抗震墙的变形能力，避免发生剪切破坏.对于一道截面较长的抗震墙，应该利用洞口没置弱连粱，使墙体分为小开口墙、多肢墙或单肢墙，并使每个墙段的高宽比不小于2。所谓弱连粱，是指在地震作用下各层连粱的总约束弯矩不大于陔墙段总地震弯矩的20%;连梁不能太强，以免水平地震作用F某个墙肢出现全截面受拉，这是比较危险的。但是，考虑到耗能.连粱又不能太弱、连梁弱到成为一般小粱时，墙肢就变成单肢墙，而单肢墙的延性很差.仅为多肢墙的一半，且单肢墙仅具有一道抗震防线，超静定次数少.在地震作用下是
很不利的。
2.1.2在实际设计中，对连梁的刚度都要进行折减，这是因为剪力墙的刚度一般都很大，在水平力作用下、剪力墙中的连粱会因为很大的内力而超过截面允许值，可靠的办法是让这些连梁先刷服，要使连梨能形成塑性铰而不发生脆性破坏，连粱首先就必须满足强剪弱弯的要求，对连粱的刚度进行折减实际上就是降低其抗弯能力。
2.2规范规定，剪力墙在端部应设置略柱、端柱等边缘构件。这些边缘构件的作用相当于砖混结构的约束柱，当结构的刚度较小，地震作用下层间位移和顶点位移较大时，边缘构件所起的作用也就越大.此时暗柱的截面和配筋就应加大。
3 地下室外墙的设计
在一般情况下，地下室外墙所承受的主要荷载为结构自重、地面活载、侧向土压力等。在已建成的高层建筑中，地下室外墙的墙厚和配筋相差很大，在结构可靠与经济之间选择一个合理的平衡，是一个值得探讨的课题。地下室外墙的受力状况与上部结构类型及平而机置有很大关系。当上部结构为框架结构时，上部填充砌体及-i\'-O.Of)楼板对地下室外墙顶端的约束程度很小，此时可假定墙体顶端为铰接。当上部结构为钢筋混凝土剪力墙结构时，剪力墙及±O.O0楼板对地下室外墙顶部的约束程度很大，此时可假定墙壁顶端为固接。基础的刚度一般远大于墙体刚度，所以墙的下端一般视为固定端。在实际情况中，考虑到边界条件不十分明确，为安全起见，可对同一边界采用两种不同的假设，如按端部固定计算墙端弯矩，按端部铰接计算墙跨中弯矩。一般来讲，当上部结构为框架时，地下室外墙的墙厚和配筋要大些;当上部结构为剪力墙时，由于正压应力的存在，墙体厚度和配筋相对要小些。计算表明，外墙壁配筋满足裂缝宽度要求后，一般能同时满足承载力计算和构造要求;而当外墙配筋满足承载力汁算时，却不一定满足最大裂缝宽度允许值要求。
4 不同类型高层建筑，应该选择合理的结构体系
4.1 结构的规则性问题
新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，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，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
4.2 结构的超高问题
在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A 级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通
过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
4.3 嵌固端的设置问题
由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了自嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。#p#分页标题#e#
4.4 短肢剪力墙的设置问题
在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
5 高层建筑结构分析和计算中应注意以下问题
在结构计算与分析阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此，结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。
5.1 结构整体计算的软件选择
目前比较通用的计算软件有：SATwE、TAT、TBSA 或ETABS、SAP等，但是，由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须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，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪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。
5.2 是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响
该部分内容实际土在新老规范中都有提及，只是，在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。
5.3 振型数目是否足够
在新规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中，并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，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。
5.4 多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算
一段时间以来，大底盘，多塔楼的高层建筑类型大量涌现，而在计算分析该类型高层建筑时，是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算，还是将结构人为地分开进行计算，是结构工程师必须注意的问题。如果多塔问刚度相差较大，就有可能出现即使振型参与系数满足要求，但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大，从而便结构出现不安全的隐患。
5.5 非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容，尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大，因此，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。
6 结束语
钢筋混凝土高层建筑结构设汁是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这个过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。把每个重要问题都考虑全面了，才能保证结构设计的安全。
参考文献
1、《混凝土结构设计规范》.GB 50010—2010.
2、《建筑抗震设计规范》.GB 50011—2010.
3、《高层建筑混凝土结构技术规程》.JGJ 3—2010.
