本文選自國家級期刊《中國住宅設施》，《中國住宅設施》由中國房地產及住宅研究會主辦，建設部主管，是集經濟、技術、信息于一體，深入、生動、及時、全面的反映住宅設施市場動態及國內外住宅設 施發展狀況，面向國內外公開發行的國家級建設綜合信息類優秀期刊。國際刊號ISSN1672-5093，國內刊號CN11-5143/TU，郵發代號 82-276。

　　摘要：隨著城市化發展以及建筑用地的緊張，高層建筑將日益增多。高層建筑的結構設計不僅應保證高層建筑具有足夠的安全性，還應保證結構的經濟性、合理性。本文對高層建筑結構設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。

　　關鍵詞：高層建筑,結構設計,特點,問題,規劃

　　一、高層建筑結構設計的特點

　　高層建筑結構設計與多層建筑結構相比，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面布置、立面體形、樓層高度、設備布置、施工技術、工期長短和投資造價等。其主要特點有；

　　1水平力是設計主要因素。在多層建筑結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，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件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑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，其數值隨著結構動力特性的不同而有較大的變化。

　　2側移成為重要控制指標。與多層結構不同，結構側移已成為高層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。考慮到安全性和舒適性，側移應被控制在某一限度之內。

　　3抗震設計要求更高。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生活甚至生命財產安全影響更大。有抗震設防的高層建筑結構，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，豎向荷載數值很大，能夠在豎向承重構件中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁內力分布產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之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。

　　5結構延性是重要設計指標。

　　相對于多層而言，高層結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

　　二、高層建筑結構設計中經常會出現的一些問題

　　1基礎埋深問題

　　基礎應該要有一定的埋深，埋置深度可以從室外地坪算到基礎底面，對于獨立的高層建筑而言，基礎埋深比較容易確定。但當今多數高層建筑與地下車庫都是相互連接的，當地下車庫基礎采用筏板基礎或設有防水底板的獨立基礎（防水底板不宜太薄）時，高層建筑的基礎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按嵌固層要求設計，地下車庫應有足夠的側向剛度作為高層建筑的側限。若不滿足以上條件，高層建筑的基礎埋深則應從地下車庫地面算起。高層建筑通常設地下室來滿足埋深要求，主要有以下幾點優勢：

　　（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構的整體穩定。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向剛度和約束。因此設地下室有利于上部結構的整體穩定，有利于協調結構整體變形，調整地基不均與沉降。

　　2地下室頂板作為結構底部嵌固層的條件

　　當地下室頂板作為結構底部嵌固層的時候，應該要能約束結構底部的平動和轉動，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構剛度的2倍，不應小于1.6倍。計算地下室結構樓層側向剛度時，可考慮地上結構以外的地下室相關部位的結構，“相關部位”指地上結構外擴不超過三跨或20米的地下室范圍。樓層側向剛度比按《高規》附錄E.0.1條公式計算。這里需指出的是，高規12.2.1條規定，高層建筑地下室頂蓋作為上部結構的嵌固端時，地下室頂板應避免開設大洞口。當地下室頂蓋開有較大洞口時，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構的嵌固端。

　　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或裙房抗側剛度與其上塔樓抗側剛度比大于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建筑結構不規則性界定

　　建筑結構不規則性除應按高規3.4與3.5節的相關規定界定外，還需注意以下問題：

　　（1）計算結構的周期比和位移比時采用剛性樓板假定。

　　（2）當結構的位移比和周期比超規范規定時，說明結構的抗扭剛度相對結構的抗側剛度偏小，結構的扭轉效應較大。此時，可按照“強周邊，弱中間”的原則調整結構抗側力構件的布置。若結構側移較小，則適當削弱建筑中部抗側力構件，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。若結構側移較大，可加強建筑周邊結構抗側力構件的剛度，尤其是以結構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范規定。此種現象常見于裙房平面長寬尺寸較大，裙房邊緣離結構剛心較遠時。由于裙房高度不高，裙房樓層的絕對側移值很小，因此對于裙房部分可不按高層建筑的要求執行，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網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則建筑。此時剛度變化處的下一層宜按薄弱層的要求調整內力。

　　5框架結構梁柱偏心距較大應采取的措施

　　框架結構梁柱偏心較大時，將導致節點核心區受剪面積減小，且梁端彎矩作用在節點上時出現扭矩。因此當梁柱偏心距大于柱截面在該方向寬度的1/4時，可加大梁寬或設置梁水平腋。當設置梁水平腋時，在梁柱節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長度應取普通框架梁箍筋加密區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》6.1.7-1、2、3條，則應首要滿足前兩條的規定。

　　6較長剪力墻宜開設洞口

　　高規7.1.2條規定：“較長剪力墻宜設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。過長的剪力墻抗側剛度很大，在水平剪力作用下易首先破壞，導致整個結構抗側力構件依次破壞。細高的剪力墻(高寬比大于3)容易設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的獨立墻肢或聯肢墻，洞口上可設置弱連梁。

　　（2）當墻段長度（即墻段截面高度）很長時，受彎后產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

　　懸挑梁的梁高不應小于凈懸挑長度的1/6，并應驗算其撓度。部分結構設計師常忽略對挑梁撓度的計算，梁高設計比較小，造成梁截面受壓區的應力過高。在正常使用狀態下，梁截面的受壓區產生非線性徐變，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出現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構的抗震效果影響很大。懸挑結構對非水平地震的作用極為敏感。當梁高較小時，梁截面的受壓區高度相應較大，梁的延性較小，在豎向地震作用下梁容易發生斷裂而失去承載力。

　　三、高層建筑的規劃設計

　　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發達的地段，這些地段的街道本身交通荷載就較大，在規劃設計時要對這些街道進行擴展，加大其通行能力。

　　四、結語

　　近些年來，我國的高層建筑建設發展迅速。高層建筑結構設計人員應根據具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設計中遇到的各種問題。從而使高層建筑設計與城市空間的融合不斷地完善發展。

　　參考文獻：

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