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摘要：随着我国经济的不断发展，城市人均居住用地也日益减少。在目前人多地少的情况下，高层建筑的兴起和推广，成为解决这一问题的有效措施。不仅满足了我们对工作、生活使用空间的需求，而且大大的减少的土地利用量的制约。但是由于高层建筑的庞大体积，对其自身结构设计和对周围环境都有很大的影响，本文从高层建筑的结构设计安全出发，探讨了高层建筑结构设计中常见的几个问题，希望对同行业相关的改进有所裨益。
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关键词：高层建筑结构设计 原则 常见问题 解决
高层建筑是高度和层数都超过一定限制的多层建筑。世界各地对高层建筑的定义都不一样，我国自2005年起规定超过10层的住宅建筑或者高度超过24米的民用建筑为高层建筑。高层建筑的结构设计问题关系到建筑的安全和稳定性，因此不可小觑。
一、 高层建筑结构设计的基本原则
高层建筑的设计要遵循以下原则1、结构设计要全面综合的考虑，认真地全面地贯彻执行国家技术设计政策；2、慎重把握结构选型、结构计算和结构构造，确保高层建筑结构合理、经济；3、根据建筑物的用途和国家规定，准确核定结构的安全等级（共三个等级）、建筑物重要性类别（共四个类别）及抗震等级（共四级）等；4、严格按照最新的国家相关规范和法规进行建筑设计，优先采用国家、地区和部门颁布的标准图和通用图，结合实际情况选用或局部修正，防止出现闭门造车；5、慎重对待结构选型环节，根据建筑物地处环境和气候、设计需要等综合决定建筑的型体构造；7、注意高层建筑结构的延性，对于高层建筑而说，在地震等外力的作用下的变形会更明显。这样可以保证结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌。
二、高层建筑结构设计中存在的问题和解决思路
（一）高层建筑结构设计中的规则性问题
对于高层建筑结构设计的规则性，在新出台的建筑规范章程的相关规定中，变动很大。新的规范标准在结构设计方面增加了一系列的限制性条件，例如，新的规范制度用强制性的条文规定了“建筑物不应该采用严重不规则的建筑设计方案”。所以，在进行高层建筑结构设计时，相关人员应注意遵守新规范制度中的限制性条件，对于设计中的不符合规定问题根据实际情况及时的调整，避免为后期工作留下隐患。
（二）高层建筑的高度比超限问题
根据我国《高层建筑混凝土结构技术规程》中的有关规定，按照经济和使用原则，对各种常见建筑结构体系的最大适用高度进行了相关限制。但是在实际的建筑工作中，很多混凝土结构的高层建筑在高度设计上已经超过了这一限制，建筑的高宽比很大（达到12），混凝土高规对高层建筑的高宽比提出一个“不宜”超过的限值，应当注意到，该限值是一个综合限值，是基于结构刚度、整体稳定、承载能力和经济性要求的一个宏观要求。也就是说，在某些条件下可以突破。一般来说，在“刚重比”满足要求的条件下，如果其它“层间位移”、“剪重比”等整体指标满足高规要求的条件下，“高宽比”不再作为必须满足的指标。但是应当注意到，由于高宽比较大，必然可能造成结构在其横向增加较多的抗侧力构件（剪力墙或支撑），必然可能造成结构在两个方向的抗侧力刚度不协调，必然可能造成结构造价增加，必然要求较大的基础刚度和整体性，需要引起结构设计人员的足够注意。对于高烈度区（八度）和风荷载较大（大于0.7）的较高的高层建筑，更应有可靠的应对措施，避免二阶效应的不利影响，保证结构的整体稳定。
（三）高层建筑的地基与基础设计问题
高层建筑的地基与基础设计一方面关系着建筑物的整体质量，同时建筑物地基基础也是整个工程造价高低的决定性因素。由于我国各地地质条件不同，所以设计人员在地基基础设计的过程中不能仅凭国家标准的《地基基础设计规范》来进行设计，对地方性规范标准也要引起重视。因为各地方出台的地方性《地基基础设计规范》更适合本地区的地基基础设计工作，其对施工设计的相关规定更为准确和详细，在进行相关工作时，一定要灵活地结合实际。
（四）底层层高超高的问题
对大部分高层建筑来说，地下室上面一层的高度都很高，有的甚至达到了9米，二层及以上各层层高均较小（3.0米左右）：该种情况多出现在结构底层层高较大而二层及以上层高较小的住宅楼或商住楼，其直接的后果就是在底层出现“软弱层”，对结构抗震不利，应予避免。一般采取的措施就是加大底层结构的刚度，使得刚度比满足规范“底层刚度不小于上部一层刚度70%”的要求。应当注意到，该刚度比的控制是基于抗震概念设计中“保证结构竖向刚度变化和顺”对刚度的基本要求。当底层计算高度是上部一层计算高度的2倍以上时，通过增加底层抗侧力构件的刚度来调整层间刚度比变得非常困难，建议建筑方案调整。当调整难度很大时，可以考虑一个综合的措施：①加大底层抗侧力构件的尺寸（长度和厚度）②加大二层楼板的刚度，包括加大较软弱方向框架梁的刚度，加厚楼板厚度，适当设置一定体量、一定刚度的裙房。③在适当位置另外加设抗侧力构件。④适当加大二层的层高。
（五）地下室顶板存在较大高差的问题
一般有两种情况：1、建筑设计通过在主楼与纯地下室交接处的顶板设置600――1200的高差，解决室内地面覆土厚度问题。2、地下室长度较长（达200米），地面高差较大，需要通过顶板设置高差与地面高差协调。①对于第一类问题，需要考虑地下室顶板处水平力可靠传递的问题。高差不大于600mm时，可以认为该高差对水平力传递不会产生大的影响，适当对高差处的梁采取加强措施即可。当高差大于600mm时，可考虑在高差处楼板加掖处理，也可以将框架梁端部加掖。②对于第二种情况，可按照常规处理。应注意到一种特例，高差设置在主楼顶板范围内，且高差较大，则需要考虑底层抗侧力构件由于约束高度不同产生的的刚度不均匀问题，注意扭转效应的不利影响。
（六）跃层楼板开洞率较大或者楼层挑空无楼板问题
在高层复式住宅楼中，跃层楼板在客厅顶部开大洞挑空，加上楼梯的开洞面积，跃层楼板的开洞面积一般都会超过30%，有的会超过50%。对于只在高层建筑的顶部楼层设置楼中楼的情况，我们一般按照普通的楼板不连续问题采取构造加强措施即可，比如洞口周边楼板加厚不少于20mm，一般情况下板厚不小于120mm（连接板带宽度小于5米的，可考虑加厚至150mm），通长配筋并适当加大楼板配筋率；加大洞口周边梁的断面和配筋；加大洞口周边柱墙的配筋率。
局部楼层挑空无楼板，剪力墙的计算高度即稳定性问题在高层建筑设计以及其它跃层住宅就相当的普遍。由于中间层无楼板，剪力墙的高度为两层高，必然带来约束条件的改变，剪力墙的厚度按照构造要求取值时应考虑这个因素，否则可能造成剪力墙稳定性不满足高规要求。
（七）建筑结构的防火设计
高层建筑的防火设计，必须遵循“预防为主，防消结合”的消防工作方针。根据国家规定，我国18层以上的高层建筑必须有两个楼梯间，用于逃生和紧急疏散；楼梯间与居民分户门之间必须设计消防前室，以阻挡火灾发生时的烟气。我国还规定高层建筑每个楼层、每个楼梯间都必须装有防火门，以防止由于一个楼层起火而快速蔓延到别的楼层，每个楼层也要求配备消火栓等消防设施。此外，我国高层住宅的底楼楼梯间一般都要求设计两个通道，以达到应急效果。
三、结束语
高层建筑广泛普及的趋势不可改变，作为城市未来人们进行生产生活的主要建筑，在结构设计上要充分考虑稳定性和安全性，重视结构设计中存在的问题，最大限度的保证结构设计和经济成本的双重目标。
参考文献：
[1]刘大海,杨翠如等,高楼结构方案优选[M].陕西:陕西科学技术出版社,2008
[2]赵西安,高层结构设计[M].中国建筑科学研究院结构研究所,2008
[3]何广乾,陈祥福等,高层建筑设计与施工[M].北京:科学出版社,2007
[4]王守中,高层建筑结构设计特点[J].工程技术,2007-115
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发表于 2018-7-16 17:18:15