关于高层建筑结构设计要点
摘要：高层建筑越来越多，建筑类型与功能越来越复杂，结构体系更加多样化，高层建筑的结构设计也成为结构工程师设计工作的主要重点和难点。根据以往的实践经验，为实际高层建筑结构分析与设计提供一定参考。
关键词：高层建筑结构设计
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一些探讨。
1 高层建筑结构设计的意义及依据
1．1概念设计的意义
高层建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计．发挥结构的功能并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。
1．2概念设计的依据
高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质，设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，吸取或不断积累的实践经验。
2高层建筑结构设计体系
2．1 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。
2．2 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。
2．3 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。
2．4 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。
3高层建筑的整体隐定性
对高层建筑来说．在抗震没汁中，房屋的高宽比是一个需慎重考虑的问题。
3．1对整个建筑进行抗倾覆稳定性验算，使地震作用下的倾覆矩与相应的重力薪载在基础与地基交界面上的合力作用点．不应超出力矩作用方向抗倾覆构件基础边长的1／4。
3．2加大建筑物下部儿层的宽度．使其满足规范高宽比的限值，从而保证上部结构的稳定。
3．3使基础有足够的置深度。有些裙楼和高层主楼从地上到地下用变形缝彻底分开．导致主楼基础埋深不够，地震时会使建筑物发生滑移、整体倾斜甚至倾覆
3．4对于高宽比很大的高层建筑，建议采用桩基础，桩基础钢筋在承台内的锚固长度要足够大。因为桩是埋在土中的细长构件，由于桩土摩擦力的存在，桩的抗拔性能较好，从而能很好地抵抗上部结构的倾覆。避免采用天然地基或复合地基上的浅基础。
4 结构设计应注意的问题
4.1周期控制
结构周期反映了结构体系的柔刚性，周期越长说明结构的整体刚度越柔，同时结构的位移也就越大，控制结构的位移和控制结构的周期是同一性质的，结构位移与结构周期是息息相关的，前者随后者的增大而单调增长。新抗震规范和高规还进一步提出了对结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期之比的限定规定。对于侧向刚度沿竖向分布基本均匀的较规则结构，其规律性较强，扭转为主的第一周期tt和平动为主的第一周期t1都比较好确定，但是对于平面或竖向布置不规则的结构，则难以直观地确定tt和t1。为了便于设计人员执行这条规定，在新规范软件中增加了根据振动方向因子判断各振型的振动形态功能和主振型判断功能。
4.2控制层刚度比
层刚度和层刚度比是两个重要参数。目前计算层刚度主要有三种方法：a．层剪力与层间位移比值方法。b．剪切刚度方法；c．剪弯刚度方法；按抗震规范定义：层的抗侧移刚度实际上就是使层刚心产生单位所需的水平力。层刚度比可以判断各层间的刚度均匀分布，在新高规4．4．2条，l0．2．6条，4．4．3条，5．3．7条对高层结构的层刚比作了规定。
4.3控制扭转不规则
根据新抗震规范3．4．2条及表3．4．2.1的规定，楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)，大于该楼层两端弹性水平位移(或
层间位移)平均值的1．2倍，同时抗震规范3．4．3条规定，扭转不规则时，应计及扭转影响且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1．5倍；因此通过控制结构的扭转位移，使结构具备必要的抗扭刚度，保证结构满足地震作用下的抗扭要求，更好地满足结构的抗震安全性。
4.4偶然偏心影响
根据高规第3．3．3条规定：计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。做法是把各楼层质心求出后，按规范规定的偏移值向同一个方向偏移。
因是质心偏移，当考虑耦连计算时结构的动力特性均会改变，程序计算出各种组合后按最不利情况进行配筋计算。按“高规”规定，一般工程均应考虑偶然偏心影响。当考虑双向地震作用时可以不考虑偶然偏心的影响，“抗震规范”中规定规则结构不进行扭转耦连计算时，采用增大边榀内力的简化处理方法。实际工程计算建议采用考虑扭转耦连的方式进行计算。
4.5对振型数量的要求
“高规”中第3．3．10条，第3．3．1l条及第5．1．13条规定了计算地震作用时的最少振型数量。实际上最根本的要求是要保证振型参与质量达到总质量的90％以上程序自动计算各个振型数时的振型参与质量，当用户输入振型数量不足时，设计人员可以增加振型数使振型参与质量达到总质量的90％以上。
