浅谈高层民用建筑结构设计问题

　　前言

　　有市场就必然有竞争，建筑行业也不例外。随着生活水平的不断提高，人们在对民用建筑的也要求越来越高，如何设计出舒适、安全、环保的高层住宅，以满足消费者的需，是设计师们当前要面对解决的首要问题。笔者结合自己的设计经验，对高层民用建筑结构设计中常出现的问题进行了总结。

　　1.高层建筑结构体系介绍

　　钢筋混凝土结构是当前大部分高层建筑采用的结构体系，它包括框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构等，其中框架剪力墙结构和剪力墙结构在实际当中应用较多。

　　1.1剪力墙结构

　　剪力墙结构(Shearwall Structure)是用钢筋混凝土墙板来代替框架

　　结构中的梁柱，能够承担各类荷载引起的内力，并可以有效地控制结构的水平力，用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构。

　　一般采用平面布置形式，并且剪力墙应双向或多向布置，原因是剪力墙受竖向和水平方向荷载的共同作用。另外，该结构体系全部由剪力墙组成，那么它的刚度要比框架剪力墙结构更好，适用于 40 层以下的的高层民用建筑。还有，该结构的高宽比应不大于 6，高度上还要考虑抗震的要求。

　　1.2 框架剪力墙结构

　　框架剪力墙结构是由框架和剪力墙组合而成的一种结构体系。这种结构体系的受力特点是，剪力墙承受水平荷载，而框架承受竖向荷载，两者合理分工，共同受力。在设计中，剪力墙要均匀布置在建筑物的

　　周边、电梯间、平面形状变化较大和竖向荷载较大的部位。此外，该结构以框架结构为主，剪力墙为辅助体系，所以此结构体系通常用于25 层以下的建筑，最高也不要大于 30 层。

　　1.3 框架结构

　　框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。

　　2.高层建筑结构设计的控制参数选取

　　高层建筑设计中各种控制参数的选取将会直接影响到整个结构的安全性、合理性等。因此，合理地选取各个控制参数，不仅有助于提高结构整体的控制效率，还有助于使结构设计更加安全、经济、合理。

　　2.1 轴压比：为保证结构的延性要求，要限制结构的轴压比。通常采

　　用增大强或柱的截面或提高该层强、柱混凝土强度的办法，来调整轴压比以满足规范的要求。

　　2.2 剪重比：通过限制各个楼层的最小水平地震剪力来确保较长周

　　期的结构安全。通过增强竖向构件如墙、柱等的刚度，可以增大剪重比，解决偏小甚至与规范值相差较大的问题。

　　2.3 刚重比：这个的规范上限用于判断重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应是否可以忽略不计。如果不满足规范的下限要求，就通过调整来增强墙、柱等竖向构件的刚度来调整。

　　2.4 层间位移角：这个参数用来限制结构在正常使用的条件下的水平位移，以确保高层结构应具备的刚度，避免过大的位移影响到结构的承载力、稳定性和使用要求。在不满足规范要求的情况下，就只能采用调整竖向构件，增加竖向构件的刚度的办法调整。

　　2.5

　　层间位移比：此参数限制结构平面布置的不规则性，以避免贵大的偏心而导致结构产生教的扭转效应。若不满足规范的要求，则改变结构平面布置，减小结构刚心和质心的偏心距来达到规范要求。

　　2.6 周期比：该参数限制结构的抗扭刚度，不能太弱，结构具有必要的抗扭刚度可以减少扭转对结构产生的不利影响。一般是调整改变结构布置，提高结构的抗扭刚度，以达到规范的要求。

　　2.7刚度比：为了限制结构的竖向布置的不规范性，避免结构刚度

　　沿竖向突变，形成薄弱层，影响结构的安全性而设置此参数。

　　如果不满足规范的要求，就采用适当加强本层墙、柱和梁的刚度，过适当削弱上部相关楼层的墙、柱等竖向构件的刚度的方法来调整。

　　3.框架计算简图的处理对于无地下室的基础埋深较深的框架结构，可以在0.00m附近设置基础连系梁，以增强底层的整体性。因为基础连系梁的设计只是构造设计，根本不能平衡底部柱脚的弯矩，更不能作为上部结构的嵌固部分，因此基础顶面至一层楼盖顶面的高度显然不能作为底层的计算高度 H。那么正确的设计应该是：基础顶面至连系梁顶面的高度取做柱的H，也就是吧基础连系梁以下的部分当成一层，而把实际建筑的一层当做第二层计算，层高取连系梁顶层至一层楼面的高度。那么在计算简图时，底层柱的配筋应取基础连系梁顶面和基础顶面两个中内力较大的值进行计算。而对于带有地下室的框架结构，关键是如何合理确定上部结构的嵌固位置。但是在《建筑抗震设计规范》和《混凝土结构设计规范》中都没有明确提出具体位置，这就需要我们根据工程的实际情况来确定了。对于箱型基础或设计能够满足《建筑抗震设计规范》的地下室结构，可以将室顶作为框架上部结构的嵌固位置。在使用 PKPM软件进行设计时，楼层总数一栏仅输入地下室以上的实际层数即可，楼层的实际层高就是层高 H。这样的设计，在进行地震作用时和实际情况较为接近。但是如果地下结构采用的时筏板基础，嵌固位置最好选取基础顶面，因为竖向荷载的计算只计算底层的柱底处。电算时，总的层数是所有的楼层数，包括地下室，如地上 6 层，地下 2 层，那么总的层数取 8 层。这样的计算简图，地震作用相对保守，结构设计也相对安全。

　　4.结构计算参数的选取

　　4.1 地震力的振型组合系数

　　高层建筑的设计中，如果不考虑扭转藕联计算，那么地震力的振型组合数至少要取 3，当振型系数大于 3 时，要取 3 的倍数，但不要大于建筑的层数。SATWE 软件可以方便地计算出某种振型的参与质量与总质量的比值，《建筑抗震设计规范》提到这个比值在 90%比较合适。

　　4.2 框架结构的活荷载的最不利布置、组合

　　是否进行活荷载的最不利布置、组合对计算结果的影响很大，尤其是在活荷载较大的时候。软件给定的梁设计弯矩放大系数，不一定可以反映出工程的实际应力分布，使用它可能造成结构不安全或太保守。在PKPM 软件中不能区分荷载规范，很难实现《荷载规范》中区分荷载种类和楼面荷载折减系数的要求。处理方法是按楼面活荷载类型考虑，取相应的折减系数，这里还要考虑区分不同的构件进行分布计算，在荷载输入时将楼面活荷载折减。

　　结论

　　笔者根据多年的高层建筑结构设计的实践经验，介绍了高层建筑结构体系，同时根据高层建筑结构设计的相关规范，介绍了一些在设计中常用的控制参数，如轴压比、位移比、刚度比等的使用以及具体的调

　　整方法。然后以框架结构为例，大致说明了再电算中的计算参数的选

　　择，并重点介绍了振型组合系数等的选择。本文还指出了在高层建筑结构的设计中一些应该注意的问题，可供相关人员参考，希望可以提高设计的安全性、经济性和合理性。

　　参考文献

　　[1]高层建筑混凝土结构设计规范[S]

　　[2]高层建筑混凝土结构设计规范(JGJ3- 2002)补充规定[S]

　　[3]王亚勇,戴国莹.建筑抗震设计规范疑难解答[M].中国建筑工业出版社,2006

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