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摘要：近年来，高层建筑越来越多，越来越多的结构设计人员在设计中遇到高层建筑。掌握高层设计的要点是每个结构设计人员所必须的。笔者经过多年的设计实践，对高层建筑结构设计中常出现的问题进行总结。
关健词：高层建筑 结构设计混凝土
Abstract: in recent years, more and more high-rise buildings, more and more of the structure design personnel encountered in the design in high-rise building. Grasp the main points of high level design is each structure the design staff must. The author after years of the design practice, the structure design of high-rise building often appears the question were summarized in this paper.
Key words: designing high-rise concrete
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
引言
随着我国国民经济不断发展和人民生活的迅速提高,业主及建筑师的创新艺术使得钢筋混凝土高层建筑发展被广泛应用。高层建筑结构设计给工程设计人员提出了更高的要求,下面就结构设计中的问题进行探讨。
1合理结构体系的选择问题
1.1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。
1.2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由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。
1.3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。
2高层建筑结构设计特点
2.1水平荷载成为决定因素
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。
2.2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。
2.3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逐增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
3 结构分析与计算
在结构分析与计算阶段,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。
3.1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。
3.2是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响
该部分内容实际上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。
3.3振型数目是否足够
在新规范中增加了一个振型参与系数的概念,并明确提出了该参数的限值。
3.4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。
4高层建筑结构设计应注意的问题
4.1提倡节约
我国是发展中国家,还是要尽量提倡节约,目前我国规范中的构造要求,并非都比国外低,有的已经超过。国外大企业在北京买了按我国规范设计的大楼,说明我国规范不是进不了国际市场。现在对安全度进行讨论,应注意不要引起误导,千万不要误解提高建筑结构安全度建筑物就安全了,造成不必要的浪费。实践已经证明,现行规范安全度是可以接受的。这是重要的经验,不能轻易放弃。但考虑到客观形势变化,国家经济实力增强和住宅制度改革现状,可以将现行设计可靠度水平适当提高一点。这样投入不大,却对国家总体和长远利益有利。
4.2考虑受力性能
对于一个建筑物最初的方案设计,建筑师考虑更多的是它的空间组成特点,而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的。由于建筑物是由一些大而重的构件所组成的,因此结构必须能将它本身的重量传至地面,结构的荷载总是向下作用于地面的,而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系,所以,在建筑设计的方案阶段,就必须对主要的承重柱和承重墙的数量与分布作出总体设想。
4.3提倡使用概念设计
所谓的概念设计一般指不经数值计算,尤其在一些難以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中,依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想。从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法,可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确,避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算,具有较好的经济可靠性能。同时,也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。近十余年来我国的高层建筑建设可谓突飞猛进,其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。但是,从设计质量方面来看却不容乐观,多数设计追赶流行时尚,因此在实际中应考虑长远因素。
5抗震分析与设计在高层建筑的应用
在罕遇地震作用下,抗震结构都会部分进入塑性状态。为了满足大震作用下结构的功能要求,有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。当前国内外抗震设计的发展趋势,是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计,结构弹塑性分析成为抗震设计的必要的组成部分。我国现行抗震规范GB 5001122001要求高层建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用下(小震) ,按反应谱理论计算地震作用。用弹性方法计算内力及位移。对于重要建筑或有特殊要求时,要用时程分析法补充计算,并进行罕遇地震作用下(大震)的变形验算。
6结语
钢筋混凝土高层结构设计是一个长期、复杂、甚至循环往复的过程，在这过程中的任何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。作为工程设计人员必须充分地理解新规范软件的编制原理,密切结合新规范和工程实际情况,不断地提高工程设计水平。
关健词：高层建筑 结构设计混凝土
Abstract: in recent years, more and more high-rise buildings, more and more of the structure design personnel encountered in the design in high-rise building. Grasp the main points of high level design is each structure the design staff must. The author after years of the design practice, the structure design of high-rise building often appears the question were summarized in this paper.
Key words: designing high-rise concrete
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
引言
随着我国国民经济不断发展和人民生活的迅速提高,业主及建筑师的创新艺术使得钢筋混凝土高层建筑发展被广泛应用。高层建筑结构设计给工程设计人员提出了更高的要求,下面就结构设计中的问题进行探讨。
1合理结构体系的选择问题
1.1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。
1.2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由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。
1.3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。
2高层建筑结构设计特点
2.1水平荷载成为决定因素
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。
2.2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。
2.3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逐增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
3 结构分析与计算
在结构分析与计算阶段,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。
3.1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。
3.2是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响
该部分内容实际上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。
3.3振型数目是否足够
在新规范中增加了一个振型参与系数的概念,并明确提出了该参数的限值。
3.4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。
4高层建筑结构设计应注意的问题
4.1提倡节约
我国是发展中国家,还是要尽量提倡节约,目前我国规范中的构造要求,并非都比国外低,有的已经超过。国外大企业在北京买了按我国规范设计的大楼,说明我国规范不是进不了国际市场。现在对安全度进行讨论,应注意不要引起误导,千万不要误解提高建筑结构安全度建筑物就安全了,造成不必要的浪费。实践已经证明,现行规范安全度是可以接受的。这是重要的经验,不能轻易放弃。但考虑到客观形势变化,国家经济实力增强和住宅制度改革现状,可以将现行设计可靠度水平适当提高一点。这样投入不大,却对国家总体和长远利益有利。
4.2考虑受力性能
对于一个建筑物最初的方案设计,建筑师考虑更多的是它的空间组成特点,而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的。由于建筑物是由一些大而重的构件所组成的,因此结构必须能将它本身的重量传至地面,结构的荷载总是向下作用于地面的,而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系,所以,在建筑设计的方案阶段,就必须对主要的承重柱和承重墙的数量与分布作出总体设想。
4.3提倡使用概念设计
所谓的概念设计一般指不经数值计算,尤其在一些難以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中,依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想。从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法,可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确,避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算,具有较好的经济可靠性能。同时,也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。近十余年来我国的高层建筑建设可谓突飞猛进,其建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。但是,从设计质量方面来看却不容乐观,多数设计追赶流行时尚,因此在实际中应考虑长远因素。
5抗震分析与设计在高层建筑的应用
在罕遇地震作用下,抗震结构都会部分进入塑性状态。为了满足大震作用下结构的功能要求,有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。当前国内外抗震设计的发展趋势,是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计,结构弹塑性分析成为抗震设计的必要的组成部分。我国现行抗震规范GB 5001122001要求高层建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用下(小震) ,按反应谱理论计算地震作用。用弹性方法计算内力及位移。对于重要建筑或有特殊要求时,要用时程分析法补充计算,并进行罕遇地震作用下(大震)的变形验算。
6结语
钢筋混凝土高层结构设计是一个长期、复杂、甚至循环往复的过程，在这过程中的任何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。作为工程设计人员必须充分地理解新规范软件的编制原理,密切结合新规范和工程实际情况,不断地提高工程设计水平。