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摘要：高层建筑是近些年来广泛兴起的一种建筑形式，具有占地面积小，空间容纳性高的特点，因此逐渐受到房地产开发商的青睐。随着高层建筑的发展，随之也出现了一些结构设计上的弊端，而且随着近几年自然灾害，尤其是地震的频发，使得高层建筑的抗震设计逐渐被人们提高到一个重要的地位，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，并以某工程为实例，简单阐述了高层建筑抗震设计理念，希望对同行业相关的改进有所裨益。
关键词：高层建筑;结构设计;原则;常见问题;解决
Abstract: With the development of high-rise building, also appeared subsequently a few structural design defect, but as in recent years of natural disasters, especially the frequent earthquake, the seismic design of tall buildings has been raised to an important role, this article from the high-rise building structure design safety set out, discussed the high-rise building several common problems in structure design, and takes a project as an example, introduces the concept of the seismic design in high-rise building, we hope to the same industry related benefit the improvement of.
Key words: high-rise building; structure design; principle; common problems; address
中图分类号：[TU355]文献标识码：A 文章编号：
我国的高层建筑在十余年里可谓突飞猛进，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。我国的高层建筑建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。我国的理论研究多偏重于介绍国外的思潮流派，或是探讨文化、艺术、美学等与外在形式相关的东西，而对于功能组织和空间构成模式的研究却较少有人问津，但是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、 高层建筑结构的主体设计理念和原则
高层建筑设计中的一个全新的要求就是要实现建筑本身的生态节能。首先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，而且要慎重把握结构选型、结构计算和结构构造，确保高层建筑结构合理、经济。对于高层建筑主体的下部分裙房而言,虽然其裙房的建设对整个城市影响较小,但是对街道的尺度以及人性化空间的创造等方面的影响都很大。高层建筑的下部门裙房在立面设计上一般跟高层建筑的上部立面不同,在建筑设计当中需要比较细致的设计,要将下部裙房设计的比较多样化,以免显得过于苍白。同时裙房还要进行一定的人性化处理,原因在于群众的视觉一般接触到的都是高层建筑的裙房部分,同时裙房对人们所产生的街道空间感的影响以较大。而对于高层建筑的中的楼顶对整个高层建筑的设计形象又起到了个性化体现的作用,虽然对生态环境的意想不到,但是它们体现的是高层建筑的标志性和独特性,因此在楼顶的设计上也不是不容忽视的。
另外一个重要的方面就是在设计中，要考虑到高层建筑结构对于防震等自然突发事件方面的承受能力。
二、高层建筑结构设计常见的问题及处理
（一）高层建筑的地基与基础设计
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。
（二）高层建筑结构设计中的规则性
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。
（三）高层建筑的抗震结构设计
在国家新出台的抗震规范中，对建筑抗震的剪力墙结构设计、填充墙设计和钢筋结构等进行了相关的规定。本文以下面这一工程为例进行详细的阐述：该工程为框架—剪力墙结构，楼梯间、电梯间墙体设计剪力墙，并且在各个楼层处设置纵、横向的连梁，使框架与剪力协同工作。工程主体结构为地上13层(12+1带跃层)，室外面到主要屋面高度为39．450m，场地类别为Ⅱ类场地。
1 根据抗震等级来确定框架—剪力墙结构
根据JGJ 3-2002高层建筑混凝土结构技术规程，建筑物抗震的框架—剪力墙结构在基本振型地震作用下，框架部分承受地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，建筑物的抗震等级要按照框架来设定。具体来说，要做到以下几点：
1)按纯框架结构的要求来确定其抗震等级；
2)轴压比也按纯框架结构的规定来限制；
3)框架高度和宽度的比值可以参考框架结构和剪力墙结构的中间值，特殊情况下，取两个数的极端值——当框架部分承担总倾覆力矩的百分比接近于0时取接剪力墙结构的适用高度和高宽比；当框架部分承担总倾覆力矩百分比接近于100％时取接近框架结构的适用高度和高宽比。
2 建筑结构中填充墙的影响
建筑抗震设计规范中规定，框架结构的围护墙和隔墙再进行设计时，要充分考虑其设置对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。关于框架结构填充墙的规定为新增强制性条文，以硬性措施对建筑物的结构进行规范要求，以加强围护墙、隔墙等建筑非结构构件的抗震安全性。
在框架结构和框架中，非承重隔墙是经常见到的施工项目。当考虑建筑功能可能变化时，可采用轻质分隔墙，灵活分隔。隔墙位置较为固定并常采用砌体填充墙。砌体填充墙是在框架施工完后砌筑的，对于砌体墙要确保墙体的稳固性，砌体填充墙的上部与框架梁底之间的缝隙必须用砌块填充密实，防止出现松动。墙与框架柱的連接方法，一种是柱与墙之间留缝，并用钢筋柔性连接，计算时不考虑填充墙对框架抗侧刚度的影响；另一种是刚性连接，这种结构能够起到较好的抗震作用，使得建筑物在收到多重地震波及时能够保持稳定和牢固性，提高建筑的整体弹性，当框架侧向变形时，填充墙起着斜压杆的作用，从而提高了框架的抗侧移能力。
图1 钢筋混凝土结构中的填充墙与主体连接的构造要求
（四）高层建筑的高度比设计
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。
四、结束语
随着当今社会人口增多和人均居住面积逐渐减少的趋势越来越明显，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，高层建筑在结构设计上要充分考虑稳定性和安全性，将可能出现的问题在设计阶段予以解决，这样才能保证高层建筑这种形式设计和建设施工多方面的稳定健康发展。
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
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：高层建筑;结构设计;原则;常见问题;解决
Abstract: With the development of high-rise building, also appeared subsequently a few structural design defect, but as in recent years of natural disasters, especially the frequent earthquake, the seismic design of tall buildings has been raised to an important role, this article from the high-rise building structure design safety set out, discussed the high-rise building several common problems in structure design, and takes a project as an example, introduces the concept of the seismic design in high-rise building, we hope to the same industry related benefit the improvement of.
Key words: high-rise building; structure design; principle; common problems; address
中图分类号：[TU355]文献标识码：A 文章编号：
我国的高层建筑在十余年里可谓突飞猛进，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。我国的高层建筑建设速度和建造数量在世界建筑史上都是少有的。我国的理论研究多偏重于介绍国外的思潮流派，或是探讨文化、艺术、美学等与外在形式相关的东西，而对于功能组织和空间构成模式的研究却较少有人问津，但是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、 高层建筑结构的主体设计理念和原则
高层建筑设计中的一个全新的要求就是要实现建筑本身的生态节能。首先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，而且要慎重把握结构选型、结构计算和结构构造，确保高层建筑结构合理、经济。对于高层建筑主体的下部分裙房而言,虽然其裙房的建设对整个城市影响较小,但是对街道的尺度以及人性化空间的创造等方面的影响都很大。高层建筑的下部门裙房在立面设计上一般跟高层建筑的上部立面不同,在建筑设计当中需要比较细致的设计,要将下部裙房设计的比较多样化,以免显得过于苍白。同时裙房还要进行一定的人性化处理,原因在于群众的视觉一般接触到的都是高层建筑的裙房部分,同时裙房对人们所产生的街道空间感的影响以较大。而对于高层建筑的中的楼顶对整个高层建筑的设计形象又起到了个性化体现的作用,虽然对生态环境的意想不到,但是它们体现的是高层建筑的标志性和独特性,因此在楼顶的设计上也不是不容忽视的。
另外一个重要的方面就是在设计中，要考虑到高层建筑结构对于防震等自然突发事件方面的承受能力。
二、高层建筑结构设计常见的问题及处理
（一）高层建筑的地基与基础设计
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。
（二）高层建筑结构设计中的规则性
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。
（三）高层建筑的抗震结构设计
在国家新出台的抗震规范中，对建筑抗震的剪力墙结构设计、填充墙设计和钢筋结构等进行了相关的规定。本文以下面这一工程为例进行详细的阐述：该工程为框架—剪力墙结构，楼梯间、电梯间墙体设计剪力墙，并且在各个楼层处设置纵、横向的连梁，使框架与剪力协同工作。工程主体结构为地上13层(12+1带跃层)，室外面到主要屋面高度为39．450m，场地类别为Ⅱ类场地。
1 根据抗震等级来确定框架—剪力墙结构
根据JGJ 3-2002高层建筑混凝土结构技术规程，建筑物抗震的框架—剪力墙结构在基本振型地震作用下，框架部分承受地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，建筑物的抗震等级要按照框架来设定。具体来说，要做到以下几点：
1)按纯框架结构的要求来确定其抗震等级；
2)轴压比也按纯框架结构的规定来限制；
3)框架高度和宽度的比值可以参考框架结构和剪力墙结构的中间值，特殊情况下，取两个数的极端值——当框架部分承担总倾覆力矩的百分比接近于0时取接剪力墙结构的适用高度和高宽比；当框架部分承担总倾覆力矩百分比接近于100％时取接近框架结构的适用高度和高宽比。
2 建筑结构中填充墙的影响
建筑抗震设计规范中规定，框架结构的围护墙和隔墙再进行设计时，要充分考虑其设置对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构的破坏。关于框架结构填充墙的规定为新增强制性条文，以硬性措施对建筑物的结构进行规范要求，以加强围护墙、隔墙等建筑非结构构件的抗震安全性。
在框架结构和框架中，非承重隔墙是经常见到的施工项目。当考虑建筑功能可能变化时，可采用轻质分隔墙，灵活分隔。隔墙位置较为固定并常采用砌体填充墙。砌体填充墙是在框架施工完后砌筑的，对于砌体墙要确保墙体的稳固性，砌体填充墙的上部与框架梁底之间的缝隙必须用砌块填充密实，防止出现松动。墙与框架柱的連接方法，一种是柱与墙之间留缝，并用钢筋柔性连接，计算时不考虑填充墙对框架抗侧刚度的影响；另一种是刚性连接，这种结构能够起到较好的抗震作用，使得建筑物在收到多重地震波及时能够保持稳定和牢固性，提高建筑的整体弹性，当框架侧向变形时，填充墙起着斜压杆的作用，从而提高了框架的抗侧移能力。
图1 钢筋混凝土结构中的填充墙与主体连接的构造要求
（四）高层建筑的高度比设计
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。
四、结束语
随着当今社会人口增多和人均居住面积逐渐减少的趋势越来越明显，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，高层建筑在结构设计上要充分考虑稳定性和安全性，将可能出现的问题在设计阶段予以解决，这样才能保证高层建筑这种形式设计和建设施工多方面的稳定健康发展。
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
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。