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广东省高州市建筑设计院 525200
摘要：本文通过对高层建筑结构设计中的一些问题进行探讨，结合实践经验提出具体建议。
关键词：高层建筑；结构设计；计算方法；计算结果
随着人们对建筑功能要求的多样化，建筑类型和功能愈来愈复杂，结构体系日趋多样化，出现了各种形式的多塔、错层、带转换层、楼板局部开大洞的结构类型，其中立面布置也越来越复杂。下面就本人在这几年的设计实践中的一些体会进行总结。
1高层建筑的结构初步设计
结构初步设计是高层建筑结构设计最关键的一个步骤，因为在结构初步设计中，要进行方案的比较，最终确定高层建筑的结构方案，而结构方案在结构设计乃至整个高层建筑的设计中起决定性的作用。在高层建筑结构初步设计过程中，需要进行各种适宜方案的比较分析，结构工程师需要具备丰富的设计经验知识。我们研究开发高层建筑结构初步设计的专家系统的根本目的就是：建立一个知识系统，为高层建筑结构初步设计提供切实可行的方案，来进行智能化的计算机辅助设计，以提高设计质量和设计效率。
2结构初步设计的特点
结构初步设计是结构设计中最关键的一环，结构初步设计中的失误是无法在施工图设计中弥补的。工程师在确定结构初步方案时往往不是依靠计算而是靠与过去已建方案的比较，也就是说，主要是一个分布信息的映射过程。尽管有时需要进行一些试分析，所需要的计算精度也不高。此外，在结构初步设计阶段必须考虑到各种工种的配合，特别是与建筑、设备和环境工种的相互配合。因此各结构参数的选定必须满足多目标的要求，各种影响因素的关系常常是一种网络关系。最后方案的选取在一定程度上因人而异，有一定的灵活性。许多结构物的概念特征都在初步设计中得以体现。
3高层建筑结构初步设计的内容
高层建筑的定义并不取决于它的高度或层数，最重要的准则在于它的设计是否受到某些“高度”特性的影响：高层建筑的“高度”强烈地影响着其规划、设计、建造和使用；高层建筑的“高度”使得它与“常规”建筑有较大的区别。建筑结构设计不是纯推理问题，其方案设计与建筑设计有着紧密的联系。为此，在进行建筑平面布置、确定立面造型与剖面构造的同时，就要充分考虑结构方案的可行性，其中包括材料的选用与施工条件等现实问题。高层建筑结构初步设计的首要问题是在上述约束下做出结构体系优选的决策。就国内应用最为广泛的钢筋混凝土结构而言，从结构体系来分，主要有框架结构、剪力墙结构、框架；剪力墙结构、框架；筒体结构、筒中筒结构以及巨型框架结构。一般结构要同时承受垂直荷载和水平荷载，还要抵抗地震作用。高层建筑由抗侧力结构体系和抗重力结构体系构成。在高层建筑中，水平荷载和地震作用是控制因素。高层建筑设计不仅需要较大的承载能力，而且需要较大的侧向刚度，使水平荷载产生的侧向变形限制在一定范围内。因此，高层建筑结构设计中，抗侧力结构的设计成为关键。高层建筑结构初步设计的目标就是确定一个结构安全合理、满足建筑功能要求、经济上合理的结构方案。
4计算模型的选取
由于建筑都是空间整体的，在当今计算机使用普及和要求计算分析精度的情况下，应优先采用基于空间作用的计算机分析方法及相应软件。
4.1 楼板变形比较显著的结构
在下列情况下，楼板变形比较显著，楼板平面内刚度无限大的假定不符合实际情况，应对采用刚性楼面假定的计算结果进行修正，或采用楼板面内为半刚性的计算方法。①楼面有很大的开洞或缺口，楼面宽度狭窄；②平面上有较长的外伸段；③底层大空间剪力墙结构的转换层楼面；④错层结构；⑤楼面的整体性较差。
4.2 多塔楼结构的计算分析
对于大底盘结构，如果把裙房部分按塔楼的形式切开计算，则下部裙房及基础的计算误差较大，且各塔楼之间相互影响无法考虑。因此应先进行整体计算，按《高层建筑混凝土结构技术规程》取够振型数，并考虑塔楼之间的相互影响。计算时，假定楼板面内分块无限刚。
4.3 带转换层、加强层以及连体的结构
对带转换层的结构、带加强层的结构、连体结构，应选用合适的计算单元进行分析。在整体分析后，应对简化处理过的转换层、加强层及连接体进行更细致的应力分析。
4.4 关于结构底部的嵌固部位的确定
建筑物，尤其时高层建筑，在进行结构计算分析之前，必须首先确定结构嵌固端所在的位置。嵌固端的正确选取是高层建筑结构计算模型中的一个重要假定，它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性，而且还影响到结构局部的经济性。确定嵌固部位可通过刚度和承载力调整迫使塑性铰在预期部位出现，但嵌固端的选取却可能因为建筑物的各种不同情况：
（1）不設地下室但基础埋深较大。
（2）有地下室，但地下室层数有多有少，而且基础形式不同，产生不同的技术问题。
4.4.1 单层地下室
当高层建筑仅设一层地下室时，其嵌固端位置需视情况而定。首层楼面留有大洞，或选用无梁楼盖结构时，一般取地下室底板为结构嵌固端；当地下室作为防空地下室的情况，因为防空地下室之顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度，因此可取其顶板处为上部结构的嵌固端。
4.4.2 无地下室
高层建筑不设地下室通常是针对层数有限的小高层，或者其基础持力层较浅的情况。从抗震角度考虑，不提倡不设地下室。无地下室的高层建筑，不管是采取天然地基基础抑或采用桩基础，如要以基础（承台）面为结构嵌固端，则必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结，首层计算层高应从基础面算起；倘若基础（承台）面标高处无基础梁连结或者所设的基础梁刚度过弱，但地面标高处设有刚性地面，则此刚性地面可作为嵌固端，其首层计算层高可从地面算起。
4.4.3 多层地下室
带多层地下室的建筑，宜将上部结构的嵌固端部位设在地下室顶板，此时应满足下列条件：
（1）地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大，一般应小于地下一层层高的1/3；
（2）若由于地下室大部分顶板降板或地下一层为车库（墙体少）等使用要求，不能满足地下顶板作为结构嵌固部位的要求时，对于层数为三层或三层以上的地下室，可将结构嵌固部位置于地下1 层底板，此时除应满足规范所要求的其他条件外（但部位相应由地下室顶板改为地下一层），还应满足下列条件：①地下一层楼层剪切刚度应大于地上一层楼层剪切刚度；② 地下二层楼层剪切刚度应大于地下一层楼层剪切刚度，并应大于地上一层楼层剪切刚度的2.0 倍；
（3）地下室顶板结构应为梁板体系，且该层楼面不得留有大孔洞，楼面框架梁的抗弯刚度要足够大；
（4）地下室柱截面每侧截面的纵向钢筋面积，除应满足计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1 倍；
（5）地下室结构应能承受上部结构屈服超强及地下室本身的地震作用，地下室的楼层剪切刚度不小于相邻上部结构楼层剪切刚度的2 倍；
（6）计算多塔大底盘地下室楼层剪切刚度比时，大底盘地下室的整体刚度与所有塔楼的总体刚度比应满足上述第4 款的要求，每栋塔楼范围内（塔楼周边向外扩出与地下室高度相等的水平长度）的地下室剪切刚度与相邻上部塔楼的剪切刚度比不宜小于1.5。
5 结束语
高层建筑结构设计、计算是一项复杂的工作，它要结构设计人员既要有扎实的理论功底，又要有丰富的工程经验，这样设计出来的建筑物才能达到既安全、可靠，又经济、合理。
摘要：本文通过对高层建筑结构设计中的一些问题进行探讨，结合实践经验提出具体建议。
关键词：高层建筑；结构设计；计算方法；计算结果
随着人们对建筑功能要求的多样化，建筑类型和功能愈来愈复杂，结构体系日趋多样化，出现了各种形式的多塔、错层、带转换层、楼板局部开大洞的结构类型，其中立面布置也越来越复杂。下面就本人在这几年的设计实践中的一些体会进行总结。
1高层建筑的结构初步设计
结构初步设计是高层建筑结构设计最关键的一个步骤，因为在结构初步设计中，要进行方案的比较，最终确定高层建筑的结构方案，而结构方案在结构设计乃至整个高层建筑的设计中起决定性的作用。在高层建筑结构初步设计过程中，需要进行各种适宜方案的比较分析，结构工程师需要具备丰富的设计经验知识。我们研究开发高层建筑结构初步设计的专家系统的根本目的就是：建立一个知识系统，为高层建筑结构初步设计提供切实可行的方案，来进行智能化的计算机辅助设计，以提高设计质量和设计效率。
2结构初步设计的特点
结构初步设计是结构设计中最关键的一环，结构初步设计中的失误是无法在施工图设计中弥补的。工程师在确定结构初步方案时往往不是依靠计算而是靠与过去已建方案的比较，也就是说，主要是一个分布信息的映射过程。尽管有时需要进行一些试分析，所需要的计算精度也不高。此外，在结构初步设计阶段必须考虑到各种工种的配合，特别是与建筑、设备和环境工种的相互配合。因此各结构参数的选定必须满足多目标的要求，各种影响因素的关系常常是一种网络关系。最后方案的选取在一定程度上因人而异，有一定的灵活性。许多结构物的概念特征都在初步设计中得以体现。
3高层建筑结构初步设计的内容
高层建筑的定义并不取决于它的高度或层数，最重要的准则在于它的设计是否受到某些“高度”特性的影响：高层建筑的“高度”强烈地影响着其规划、设计、建造和使用；高层建筑的“高度”使得它与“常规”建筑有较大的区别。建筑结构设计不是纯推理问题，其方案设计与建筑设计有着紧密的联系。为此，在进行建筑平面布置、确定立面造型与剖面构造的同时，就要充分考虑结构方案的可行性，其中包括材料的选用与施工条件等现实问题。高层建筑结构初步设计的首要问题是在上述约束下做出结构体系优选的决策。就国内应用最为广泛的钢筋混凝土结构而言，从结构体系来分，主要有框架结构、剪力墙结构、框架；剪力墙结构、框架；筒体结构、筒中筒结构以及巨型框架结构。一般结构要同时承受垂直荷载和水平荷载，还要抵抗地震作用。高层建筑由抗侧力结构体系和抗重力结构体系构成。在高层建筑中，水平荷载和地震作用是控制因素。高层建筑设计不仅需要较大的承载能力，而且需要较大的侧向刚度，使水平荷载产生的侧向变形限制在一定范围内。因此，高层建筑结构设计中，抗侧力结构的设计成为关键。高层建筑结构初步设计的目标就是确定一个结构安全合理、满足建筑功能要求、经济上合理的结构方案。
4计算模型的选取
由于建筑都是空间整体的，在当今计算机使用普及和要求计算分析精度的情况下，应优先采用基于空间作用的计算机分析方法及相应软件。
4.1 楼板变形比较显著的结构
在下列情况下，楼板变形比较显著，楼板平面内刚度无限大的假定不符合实际情况，应对采用刚性楼面假定的计算结果进行修正，或采用楼板面内为半刚性的计算方法。①楼面有很大的开洞或缺口，楼面宽度狭窄；②平面上有较长的外伸段；③底层大空间剪力墙结构的转换层楼面；④错层结构；⑤楼面的整体性较差。
4.2 多塔楼结构的计算分析
对于大底盘结构，如果把裙房部分按塔楼的形式切开计算，则下部裙房及基础的计算误差较大，且各塔楼之间相互影响无法考虑。因此应先进行整体计算，按《高层建筑混凝土结构技术规程》取够振型数，并考虑塔楼之间的相互影响。计算时，假定楼板面内分块无限刚。
4.3 带转换层、加强层以及连体的结构
对带转换层的结构、带加强层的结构、连体结构，应选用合适的计算单元进行分析。在整体分析后，应对简化处理过的转换层、加强层及连接体进行更细致的应力分析。
4.4 关于结构底部的嵌固部位的确定
建筑物，尤其时高层建筑，在进行结构计算分析之前，必须首先确定结构嵌固端所在的位置。嵌固端的正确选取是高层建筑结构计算模型中的一个重要假定，它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性，而且还影响到结构局部的经济性。确定嵌固部位可通过刚度和承载力调整迫使塑性铰在预期部位出现，但嵌固端的选取却可能因为建筑物的各种不同情况：
（1）不設地下室但基础埋深较大。
（2）有地下室，但地下室层数有多有少，而且基础形式不同，产生不同的技术问题。
4.4.1 单层地下室
当高层建筑仅设一层地下室时，其嵌固端位置需视情况而定。首层楼面留有大洞，或选用无梁楼盖结构时，一般取地下室底板为结构嵌固端；当地下室作为防空地下室的情况，因为防空地下室之顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度，因此可取其顶板处为上部结构的嵌固端。
4.4.2 无地下室
高层建筑不设地下室通常是针对层数有限的小高层，或者其基础持力层较浅的情况。从抗震角度考虑，不提倡不设地下室。无地下室的高层建筑，不管是采取天然地基基础抑或采用桩基础，如要以基础（承台）面为结构嵌固端，则必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结，首层计算层高应从基础面算起；倘若基础（承台）面标高处无基础梁连结或者所设的基础梁刚度过弱，但地面标高处设有刚性地面，则此刚性地面可作为嵌固端，其首层计算层高可从地面算起。
4.4.3 多层地下室
带多层地下室的建筑，宜将上部结构的嵌固端部位设在地下室顶板，此时应满足下列条件：
（1）地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大，一般应小于地下一层层高的1/3；
（2）若由于地下室大部分顶板降板或地下一层为车库（墙体少）等使用要求，不能满足地下顶板作为结构嵌固部位的要求时，对于层数为三层或三层以上的地下室，可将结构嵌固部位置于地下1 层底板，此时除应满足规范所要求的其他条件外（但部位相应由地下室顶板改为地下一层），还应满足下列条件：①地下一层楼层剪切刚度应大于地上一层楼层剪切刚度；② 地下二层楼层剪切刚度应大于地下一层楼层剪切刚度，并应大于地上一层楼层剪切刚度的2.0 倍；
（3）地下室顶板结构应为梁板体系，且该层楼面不得留有大孔洞，楼面框架梁的抗弯刚度要足够大；
（4）地下室柱截面每侧截面的纵向钢筋面积，除应满足计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1 倍；
（5）地下室结构应能承受上部结构屈服超强及地下室本身的地震作用，地下室的楼层剪切刚度不小于相邻上部结构楼层剪切刚度的2 倍；
（6）计算多塔大底盘地下室楼层剪切刚度比时，大底盘地下室的整体刚度与所有塔楼的总体刚度比应满足上述第4 款的要求，每栋塔楼范围内（塔楼周边向外扩出与地下室高度相等的水平长度）的地下室剪切刚度与相邻上部塔楼的剪切刚度比不宜小于1.5。
5 结束语
高层建筑结构设计、计算是一项复杂的工作，它要结构设计人员既要有扎实的理论功底，又要有丰富的工程经验，这样设计出来的建筑物才能达到既安全、可靠，又经济、合理。