分析高层民用建筑结构设计的要点和常见问题

方泽鹏

（东风设计研究院有限公司，武汉 430056）

0 引言

随着我国经济的飞速发展，商业竞争越来越激烈，在这种背景下，高层建筑也得到了空前的发展，建设规模越来越大，建筑的结构和高度也出现了很大的改变，结构功能越来越复杂，为了保证建筑结构的质量，就需要对建筑设计的要求进行提升。

1 高层建筑结构设计时应遵循的原则

1.1 选择良好的结构方案

在设计高层时，需要考虑设计的合理性和经济性，要尽可能选择务实的结构形式和结构体系，在相同的结构单元中，一般不建议把各种不同类型的结构体系混合起来进行使用，要保证结构体系受力的明确性和受力传达的便捷性，在设计高层结构的时候，要对各种影响因素进行全面的分析，和相关的专业设计人员进行讨论，最后设计出合理的高层建筑结构施工方案[1]。

1.2 选择合理计算简图

高层建筑结构的计算简图对高层结构的计算公式、结构构造方法都有比较大的影响，如果选择的计算简图不正确，会对高层结构的结构安全造成较大的影响，因此选择合理的计算简图是保证高层建筑结构安全的基础。在选择计算简图时，不可避免的会有误差出现，为了保证建筑的施工质量，要将误差控制在设计规定的范围中。

1.3 对计算结果进行合理的分析

在高层建筑设计过程中，计算机技术是一种使用比较广泛的技术，不过因为当前市面上存在的计算机软件类型比较多，不同的计算机软件所得到的计算结果也存在较大的差异化，因此，结构设计人员要对各种软件的适用范围和使用条件有一个详细的了解，从而避免在计算机计算辅助结构时，因为软件自身的局限性，程序无法适应结构等情况，对工程建筑的设计造成较大的影响。另外，要尽可能避免在使用计算机设计的过程中出现人为性的操作问题，除了设计师要认真地进行数据的输入以外，在后续的工作中，结构工程师要认真审查数据，对计算数据进行分析，从而做出准确的判断。

2 高层建筑结构设计的特点

2.1 要给予轴向变形的问题足够的重视

在高层建筑施工的过程中，因为竖向负荷比较大，会导致柱中出现程度比较大的变形，对弯矩和连续墙造成比较大的影响。一般情况下，此影响主要有下面两个方面：一是降低连续梁中间支座的负弯矩值，二是对跨中正弯矩的数值或端支座负弯矩数值进行增加，除了会对以上两个因素造成影响外，还会对构件的剪力、侧移、构件的下料长度造成较大的影响，通过使用构件的竖向变形和构件进行对比，可以得出不安全的结果，可以参考计算轴向变形的数值对构件下料长度的影响进行预测，然后根据预测结果合理的分配下料长度[2]。

2.2 结构延性是设计的重要指标

和低层的建筑结构相比，高层建筑结构在结构方面较为柔和，在受到地震作用时，如何保证建筑结构变形的合理性就变得非常重要，为了防止高层建筑在受到大的冲力后，高层建筑仍然有良好的变形能力，不会有坍塌的情况出现，就需要在设计高层建筑的结构时，使用科学合理的预防措施，确保高层建筑结构有加大的抗冲击延性。

2.3 水平荷载对设计结构的影响

对于绝大多数的高层建筑来说，竖向荷载是一个定值，而对于风荷载、地震作用等水平荷载，会在高层建筑结构动力特性不断变化的情况下，有较大的浮动变化，而且，高层建筑高度引起的轴力数值和楼房自身的重量以及建筑的高层成一次方正比，而水平荷载引起的轴力和倾覆力矩与建筑高度的二次方成正比。

3 结构设计中常见的问题和解决方法

3.1 结构设计过程中的常见问题

3.1.1 结构超高的问题

在建筑物高度不断增加的情况下，一些对建筑结构造成影响的因素已经超出了规定的范围，出现了很大的变化，例如材料的性能、力学模型的选择、荷载的取值、延性的基本要求、安全指标等，都发生了比较大的改变，所以，在设计的过程中，设计师要注意对此项控制的因素进行认真考虑。

3.1.2 设置嵌固端是出现的问题

因为高层建筑一般都设置有地下室和人防，通常情况下会将地下室顶板和人防顶板设置为嵌固端。在设计的过程中，常常会出现结构设计师对嵌固端设计考虑不完善，从而引发的各种问题[3]。例如嵌固端位置和结构抗震缝之间设置的协调性、计算整体结构时，嵌固端上下层的抗震等级，嵌固端上层和下层的刚度情况，在处理的过程中，任何一个方面忽略都会对以后的设计工作造成影响，存在较大的安全隐患。

3.1.3 结构的规则性

和以往的设计规范相比，新规范的限制条件有了很大的增加，而且新规范也明确规定不允许在建筑中使用不规范的设计方案，所以，在设计结构的过程中，相关的设计师要认真遵守相关的要求规定，避免出现一些不必要的麻烦。

3.2 计算和分析结构过程中常见的问题

3.2.1 是否有足够的振型数量

在新的设计规范标准中，新增了一个振型参与系数的概念，并且将此参数的限值指了出来，通常情况下，振型数量的多少和结构的层数有直接的联系，所以，在计算分析的过程中，需要对计算结果中的参数进行判断，然后决定是否对振型数量的取值进行调整。

3.2.2 选择合理的结构计算软件

当前 SAP、ETABS、TBSA、ASTWE、TAT 是比较常用的计算软件，因为不同的软件在模型方面存在很大的差异性，进而导致计算结果也不尽相同。如果使用的计算软件不合理，不仅浪费了大量的时间和精力，而且有比较大的安全隐患存在。所以，在设计的过程中，结构工程师首先要根据计算机软件模型的基本特征和建筑的结构类型，使用合理的计算软件。

3.2.3 设计和计算非结构构件

在对高层建筑进行计算分析时，结构工程师要考虑是按照多塔类型对结构进行整体性的计算，还是分开计算。当多塔间刚度有比较大的差异时，即是相关的系统参数和振型参数符合要求，仍然会有地震力计算误差存在，进而使得结构出现安全隐患。

3.3 超筋的问题

在剪力墙结构中，连梁超筋是一种非常常见的现象，主要是因为剪力无法满足剪压比，引起的连梁超筋的情况。在墙段中，大墙肢上的连梁容易出现超筋的情况，这主要是因为墙肢界面的高度不一致引起的。在平面结构中，当墙段比较长的时候，中部位置很容易有连梁超筋的情况出现，在剪力墙结构中，楼层高度1/3的位置容易出现连梁超筋的情况。

3.4 轴压比存在问题

在高层钢筋混凝土建筑结构中，一般会利用增加柱子截面的方法来对轴压比进行控制，通过对轴压比进行控制，可以有效地避免受拉钢筋没有达到屈服，而出现的混凝土被压碎的情况[4]。在施工的过程中，如果柱子的变形能力不高，就证明结构的延性不高，即抗震性能差，遇到地震时，结构就会被破坏。但是在设计的过程中，如果可以保证强柱弱梁的设计质量，使其拥有良好的延性，就可以对轴压比的限值进行适当的放松。

4 结语

总而言之，随着近年来我国高层建筑行业的迅猛发展，高层建筑结构设计已经成为高层建筑行业的一个重要的施工环节，由于高层建筑设计质量的良好性，对高层建筑的施工质量有比较大的影响，因此对高层建筑设计的质量要求也越来越高，对建筑行业发展的可持续性有较大的影响。本文通过对高层建筑结构的设计特点和设计原则进行分析，对设计过程中容易出现的问题进行探讨，以期在以后的设计过程中，可以设计出质量标准高的施工方案。

[1]蒋晟.浅探高层建筑设计和城市空间合理化[J].城市建设理论研究（电子版），2013，13（09）：129-130.

[2]何玮玮.高层建筑设计规划设计要点探究[J].城市建设理论研究（电子版），2013，33（19）：67-68.

[3]魏巍.基于性能的抗震计方法在高层建筑设计的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012，46（28）：134-135.

[4]莫雪辉.深度探讨如何提高建筑结构设计水平[J].科技资讯，2008（28）：365-366.