试论高层民用建筑结构设计

试论高层民用建筑结构设计

李帅

华优建筑设计院有限责任公司哈尔滨分公司

摘要:随着我国经济的快速发展，城市化进程速度加快，土地资源的缺乏和人口的不断增长导致民用建筑用建筑用地使用越来越紧缺，高层民用建筑的建设是解决问题的必然之路，建筑高度不断增长，建筑功能和用途不断改变，对建筑结构的要求增加，所以建筑的结构设计研究是高层建筑的重点。本文对高层民用建筑结构设计中的部分问题进行探讨，对建筑设计的发展趋势也给出自己的见解，主要思考重点是在建筑结构的设计原则、重用设计目标、安全度等方面。

关键词:高层；民用建筑；结构设计；思考

一、国内民用高层建筑结构设计的现状

建筑物建造的过程中会有不同程度的安全事故，所以应了解结构设计可靠度和安全事故之间的关系，过去建筑行业使用的结构设计方法和现状的使用建筑设计方法乜有太大的区别，但是材料的性质来说，使用的混凝土强度有明显的提高，而且所使用的施工工艺和方法也比较先进，有效的减少安全事故，这些建筑结构设计安全度没有太大的关系。建筑行业的设计规范中，较为合理的是各种和要求建设相关的规定，在考虑国家现行的政策的基础上进行安全规范的制定，现在国内现行规定中，使用钢的量是有最低标准的，在实际设计中会人为的对标准进行提高，当用国内的最小值和其他国家对比是不科学的，无法判断出工程材料的实际使用情况。

二、高层建筑结构的特征和设计原则

1.选择合理的高层建筑结构计算简图

设计师们必须选择合理的结构计算简图。如果选择了不合理的计算简图，最后就很可能会造成结构安全事故的发生。鉴于此，我们经常说，高层建筑结构设计安全的前提就是合理的计算简图的选择。除此之外，设计师们要应该时刻要求自己采用相应的构造方法，以此来保证最终的安全。

2.选择合理的高层建筑结构基础设计

我们在选择基础方案的时候，应该使各个地基具有的潜力得到最大限度的发挥，并且在一定的情况下要求进行地基变形的验算。正常情况下，设计师应该按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。如果没有高层建筑的详细的地质勘察报告，那么我们就要进行现场勘察，并且，想方设法获取周围建筑物的相关资料。在正常情况下，我们应该采用相同的基础方案去设计相同的结构单元。

3.选择合理的高层建筑结构方案

满足经济性的需求，和满足结构形式以及结构体系的要求，是我们进行合理的结构方案设计所必备的三个要素。受力明确和传力简单是结构体系的两个要求。在相同的结构单元当中，我们当然应该选择相同的结构体系来处理，但是如果我们在地震区建立高层建筑，那么其应力就需要平面和竖向的规则。我们确定的结构方案，应该是在进行了地理条件的考察，工程设计的需求，施工条件的考核，以及材料的分析等基础上，并和建筑、电力、暖气和水等专业的综合协调下才确定的。

4.对计算结构进行准确的分析

科技的进步使我们的计算技术被广泛的应用于建筑结构设计当中。但在当前市场上却存在着各种各样、众目繁多的计算软件，这样就导致我们采用不同的软件会得到不尽相同的计算结果。所以，建筑结构设计人员务必先要了解各种不同软件的使用范围和条件之后，再选择合适的软件进行计算。另外，往往由于计算机的程序和高层建筑结构的实际情况不尽相符，所以计算机在进行辅助设计的时候，会出现人工输入错误或者因为软件本身的缺陷而导致计算、结果不准确的问题，基于此，结构设计工程师如果得到计算机软件计算出的结构之后，必须进行核对，然后进行合理判断，这样才能得出准确的结果。

三、高层建筑框架结构设计与布置原则

框架结构是指由梁柱杆系构件构成，能承受竖向和水平荷载作用的承重结构体系。优点：框架结构平面布置灵活，可根据需要分隔成小房间或者改成大房间；结构自重较轻。缺点：框架结构侧向刚度较小，竖向荷载作用下，一般情况梁端抗弯承载力首先达到其极限承载力，出现塑性铰区域，相应地梁端截面转角位移显著加大，内力向跨中发生转移，导致跨中弯矩进一步提高，跨中挠曲变形增大，直至破坏。水平荷载作用下，框架柱承受水平剪力和柱端弯矩，并由此产生水平侧移，同时由水平力引起的倾覆力矩，使框架的近侧柱拉伸、远侧柱压缩，形成框架的整体弯曲变形，水平力也引起楼层剪力，使梁、柱产生垂直其杆轴线的剪切变形和弯曲变形，形成框架的整体剪切变形，直至破坏。

水平荷载是高层框架结构的主要荷载，由此产生的整体倾覆力矩可能使部分柱受拉,整体抗倾覆稳定性验算要求决定了结构的最大高度。

对高层建筑结构来说，其层数度多，高度大，为保证在正常使用条件下，主体结构基本处于弹性受力状态，控制裂缝的开展及控制其宽度在规范允许范围内，以及保证填充墙、隔墙及幕墙等非结构构件的完好，要求高层建筑结构必须具有足够的刚度，且须对结构楼层层间最大位移与层高之比进行限值，所以必须验算结构的侧向位移。

梁弯矩调幅原因是按照框架结构的合理破坏形式，在梁端出现塑性铰是允许的，为了便于浇筑混凝土，也往往希望节点处梁的负钢筋前插弯距放的少些；而对于装配式和装配整体式框架，节点并非绝对刚性，梁端实际弯矩将小于其弹性计算值，因此，在进行框架结构设计时，一般均对梁端弯矩进行调幅。

保证框架柱结构构件具有足够延性的措施有：①限制框架柱的剪跨比；②限制框架柱的轴压比；③限制框架柱的剪压比；④限制框架柱的纵筋配筋率;⑤限制框架柱的箍筋配箍率。

四、高层建筑剪力墙结构设计与布置

剪力墙结构定义：由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。剪力墙或沿横向、纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，同时墙体也作为维护及房间分隔构件的结构体系，优点：剪力墙结构刚度大、空间整体性好，抗震性能也很好；缺点：墙体多，平面布置不灵活，结构自重大，不容易布置面积较大的空间。

抗震延性悬臂剪力墙设计成高宽比大于2的细高剪力墙，这种剪力墙为弯曲破坏的延性剪力墙，可避免脆性剪切破坏发生，当建筑要求更长的剪力墙时，为满足每个墙段高宽比大于2的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度小、较均匀的联肢墙或整体墙，且洞口连梁宜采用弱连梁，以减少连梁对墙肢的约束作用。

开洞剪力墙中，具有合适强度、刚度和良好变形能力的连梁，能在墙肢屈服之前屈服，发挥其塑性变形能力，连梁起着联系墙肢和传递荷载的作用。具有合适强度、刚度和良好变形能力的连梁，能在墙肢屈服之前屈服，发挥其塑性变形能力，耗散地震能量，有效减轻主体结构构件的损坏。连梁变形性能的改善将有效地改善机构的变形性能。改善连梁延性，主要措施就是设法抑制其剪切失效。

连梁延性设计要点：①限制梁的名义剪压比；②限制梁的剪箍比；③当名义剪压比过高时，通过调幅降低连梁的弯矩，并降低纵向配筋率；或用加大截面宽度b，提高砼标号等措施来降低名义剪压比；④当采用上述各措施均有苦难而[删除]不能降低名义剪压比斯[时]，建议采用斜交叉配筋，或采用在梁中部开水平缝（开梁缝）等具有较好塑性变形性能的连梁。如都做不到，则在设计时要考虑连梁可能较早丧失承载能力而形成独立墙抗震的情况。

结语

高层建筑的特点适应我国城市发展的需求，近年来被广泛的应用和推广，对房地产经纪及资源利用效率有积极意义，随着房产技术的快速发展，其结构设计也逐渐成熟，但是在具体设计中还有一些问题，需要设计师重点关注，设计师应紧随建筑发展的步伐，拥有稳固的专业知识和超前的设计理念，在设计的时候应融合城市的发展规划，充分加入人文化的要素，使得我国的高层民用建筑健康的发展。

参考文献:

[1]陈曦.高层民用建筑结构设计研究[J].科技致富向导，2013，08：361.

[2]尹政雯.高层民用建筑结构设计安全度的思考[J].中国新技术新产品，2014，11：163.

[3]李柳华.对高层民用建筑结构设计中问题的分析[J].门窗，2015，05：145.