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摘 要 结合笔者从事多年的设计实践经验，针对高层民用建筑结构设计中所存在的问题，提出相应的处理措施，同时提出笔者认为能有效提高建筑结构设计水平建议，旨在为同行提供参考借鉴。
关键词 高层民用建筑；结构体系；参数选取；计算简图
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)031-0226-01
随着建筑行业的大力发展以及人民生活追求的不得提高，这给建筑设计的复杂性带来了更大的挑战，而从而为建筑结构设计带来更大的难度。从近二十年来建筑物的发展来看，建筑规模已经越来越大，而且建筑复杂性日益增大。这种变化已经给结构师们对高层民用建筑的设计带来了许多新的课题和更高的挑战。如何设计出安全的高层民用建筑，以满足消费者的需求，是设计师们要面对的问题。而掌握高层民用建筑结构设计要点，结构设计时正确合理地处理所出现的问题，是结构设计人员所需具备的要求，笔者将结合实践经验，针对高层民用建筑结构设计中所存在的问题，提出相应的处理措施。
1 高层建筑结构体系选取
结构体系的选取是结构人员设计某个建筑结构时首先要明确，只有正确选取结构体系才能设计出经济合理的结构。目前高层建筑多采用钢筋混凝土结构，其结构体系主要有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等，而高层民用建筑则多以剪力墙结构和框架剪力墙结构使用较多，对于低层建筑则多采用框架结构。
1）框架剪力墙结构体系。框架剪力墙结构是由框架和剪力墙组合而成的结构体系，其结构体系中以剪力墙作为主要抗侧力构建，而承受绝大部分水平荷载；而框架部门则主要承受竖向荷载。框架剪力墙结构中框架和剪力墙两者共同受力，合理分工。而剪力墙布置应均匀设置在建筑物的周边、电梯间、平面形状变化较大和竖向荷载较大等部位。由于该结构以框架結构为主，剪力墙为辅助，这种结构体系适用于25层以下的建筑，最高不宜大于30层。
2）剪力墙结构体系。剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，剪力墙作为竖向承重和抵抗侧力的结构，全部承受结构的竖向和水平力。这种结构体系通常采用平面布置形式，由于剪力墙受竖向荷载和水平荷载共同作用，剪力墙应双向或多向布置。同时由于该结构全部由剪力墙组成，其刚度要比框架剪力墙结构更好，该结构体系常用于40层以下的高层住宅建筑等，而且该结构高宽比不宜大于6，其高度也应考虑抗震要求。
2 计算简图的处理
当进行结构设计时，设计人员一般都是先对结构进行简化，采用计算简图进行计算分析处理，显然计算简图的合理有效性相当重要，其是确保后续计算分析工作有效性的基础。对于计算简图的处理相当讲究，结合笔者多年设计经验，以框架结构计算简图的选取为例说明。
对于无地下室的框架结构，基础埋深较深时。为了加强底层的整体性，可以在±0.00m附近设置基础连系梁。由于基础连系梁的设计仅为构造设计，无法平衡底部柱脚的弯矩，更不能够作为上部结构的嵌固部分，底层计算高度H显然不能取用基础连系梁顶面到一层楼盖顶面的高度。而正确的设计应是柱的H值取用基础顶面至连系梁顶面的高度，即把基础连系梁以下的部分作为计算简图的底层，而把实际建筑的底层作为计算简图第二层，层高取用连系梁顶层至一层楼面的高度。当采用这样方法确定计算简图时，应注意底层柱的配筋应取用基础连系梁顶面和基础顶面中较大内力设计值进行计算。
对于带有地下室的框架结构，计算简图中合理确定上部结构的嵌固位置是非常关键的，这需要结合工程实际情况来分析。例如采用箱型基础的地下室结构，可以把地下室顶板作为框架上部结构的嵌固位置。在利用PKPM进行设计时，楼层总数仅输入地下室以上的实际层数，底层的实际层高就是层高H。这样设计的地震作用和实际情况较为接近，但竖向荷载只计算到底层的柱底处。当地下结构是采用的筏板基础，嵌固位置最好取在基础顶面。
3 结构计算参数的选取
1）地震力的振型组合数。地震力的振型组合数，对高层建筑，当不考虑扭转耦联计算时，至少应取3，当振型系数多于3时，宜取3的倍数，但不应多于房屋的层数《建筑抗震设计规范》指出，合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。SATWE已有这种功能，可以很方便地输出这种参与质量的比值。此外，由于耦合计算的地震剪力通常小于非耦合计算，仅结构存在明显扭转时才采用耦合计算，但在必要时应补充非耦合计算。
2）梁刚度放大系数。在利用PKPM系列软件中，TAT或SATWE计算软件的梁输入模型都是矩形截面，没有考虑存在楼板形成T型截面而引起的梁刚度增加，造成结构的实际刚度大于计算刚度，算出的地震作用剪力偏小，使结构不安全。因此计算时应将梁刚度放大，放大系数边梁取1.5、中梁取2.0为宜。
3）框架结构活荷载的最不利布置、组合。当活荷载较大时，是否进行活荷载的最不利布置、组合对计算结果的影响非常大。使程序给定的梁设计弯矩放大系数，也不一定能反映出工程实际应力分布的情况，有可能造成结构不安全或保守。而且由于PKPM中无法区分荷载规范表4.1.1中第1（1）项与第1（2）～12项，根本就很难实现“荷载规范”区分不同荷载种类采用不同的楼面荷载折减系数的要求。因此，结构计算时应考虑区分不同构件进行分步计算，并在荷载输入时将楼面活荷载折减。
4 高层结构设计的参数控制、调整
高层结构设计中各参数的控制将直接影响结构的安全性、合理性，特别有些参数在高层结构中显得更重要。因此，合理的选取各控制参数，同时调整参数将有助于提高结构整体控制的效率，同时可使结构设计更加安全、经济合理。以下这些参数控制与调整是工程实践证明相当重要的参数之一。
1）轴压比：限制结构的轴压比，以保证结构的延性要求。当不满足规范要求时可以通过增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度的办法调整。
2）层间位移角：限制结构在正常使用条件下的水平位移，确保高层结构应具备的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。当不满足规范要求时，只能通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。
3）周期比：限制结构的抗扭刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结构产生的不利影响。当不满足规范要求时，只能通过调整改变结构布置，提高结构的抗扭刚度。
4）剪重比：限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全。当偏小且与规范限值相差较大时，可通过增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。
5）刚重比：规范上限主要用于确定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。当不满足规范下限要求时，可以通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。
6）刚度比：主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层。当不满足规范要求时，可以适当加强本层墙、柱和梁的刚度，或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度以满足要求。
5 结语
本文结合笔者设计经验，以及结合相关规范，指出了在高层结构设计中应注意的一些问题，以提高结构设计的准确性、安全性和经济合理性，同时提出相应处理措施供设计人员参考借鉴。
参考文献
[1]胡涛.建筑结构设计浅析[J].山西建筑,2002,22(07):47～48.
[2]莫雪辉.深度探讨如何提高建筑结构设计水平[J].科技资讯,2008,15(10):31～33.
[3]赵亮,杨金招.建筑结构设计整体结构合理性计逄探讨[J].河南建材,2008,18(06):103~105.
关键词 高层民用建筑；结构体系；参数选取；计算简图
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)031-0226-01
随着建筑行业的大力发展以及人民生活追求的不得提高，这给建筑设计的复杂性带来了更大的挑战，而从而为建筑结构设计带来更大的难度。从近二十年来建筑物的发展来看，建筑规模已经越来越大，而且建筑复杂性日益增大。这种变化已经给结构师们对高层民用建筑的设计带来了许多新的课题和更高的挑战。如何设计出安全的高层民用建筑，以满足消费者的需求，是设计师们要面对的问题。而掌握高层民用建筑结构设计要点，结构设计时正确合理地处理所出现的问题，是结构设计人员所需具备的要求，笔者将结合实践经验，针对高层民用建筑结构设计中所存在的问题，提出相应的处理措施。
1 高层建筑结构体系选取
结构体系的选取是结构人员设计某个建筑结构时首先要明确，只有正确选取结构体系才能设计出经济合理的结构。目前高层建筑多采用钢筋混凝土结构，其结构体系主要有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等，而高层民用建筑则多以剪力墙结构和框架剪力墙结构使用较多，对于低层建筑则多采用框架结构。
1）框架剪力墙结构体系。框架剪力墙结构是由框架和剪力墙组合而成的结构体系，其结构体系中以剪力墙作为主要抗侧力构建，而承受绝大部分水平荷载；而框架部门则主要承受竖向荷载。框架剪力墙结构中框架和剪力墙两者共同受力，合理分工。而剪力墙布置应均匀设置在建筑物的周边、电梯间、平面形状变化较大和竖向荷载较大等部位。由于该结构以框架結构为主，剪力墙为辅助，这种结构体系适用于25层以下的建筑，最高不宜大于30层。
2）剪力墙结构体系。剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，剪力墙作为竖向承重和抵抗侧力的结构，全部承受结构的竖向和水平力。这种结构体系通常采用平面布置形式，由于剪力墙受竖向荷载和水平荷载共同作用，剪力墙应双向或多向布置。同时由于该结构全部由剪力墙组成，其刚度要比框架剪力墙结构更好，该结构体系常用于40层以下的高层住宅建筑等，而且该结构高宽比不宜大于6，其高度也应考虑抗震要求。
2 计算简图的处理
当进行结构设计时，设计人员一般都是先对结构进行简化，采用计算简图进行计算分析处理，显然计算简图的合理有效性相当重要，其是确保后续计算分析工作有效性的基础。对于计算简图的处理相当讲究，结合笔者多年设计经验，以框架结构计算简图的选取为例说明。
对于无地下室的框架结构，基础埋深较深时。为了加强底层的整体性，可以在±0.00m附近设置基础连系梁。由于基础连系梁的设计仅为构造设计，无法平衡底部柱脚的弯矩，更不能够作为上部结构的嵌固部分，底层计算高度H显然不能取用基础连系梁顶面到一层楼盖顶面的高度。而正确的设计应是柱的H值取用基础顶面至连系梁顶面的高度，即把基础连系梁以下的部分作为计算简图的底层，而把实际建筑的底层作为计算简图第二层，层高取用连系梁顶层至一层楼面的高度。当采用这样方法确定计算简图时，应注意底层柱的配筋应取用基础连系梁顶面和基础顶面中较大内力设计值进行计算。
对于带有地下室的框架结构，计算简图中合理确定上部结构的嵌固位置是非常关键的，这需要结合工程实际情况来分析。例如采用箱型基础的地下室结构，可以把地下室顶板作为框架上部结构的嵌固位置。在利用PKPM进行设计时，楼层总数仅输入地下室以上的实际层数，底层的实际层高就是层高H。这样设计的地震作用和实际情况较为接近，但竖向荷载只计算到底层的柱底处。当地下结构是采用的筏板基础，嵌固位置最好取在基础顶面。
3 结构计算参数的选取
1）地震力的振型组合数。地震力的振型组合数，对高层建筑，当不考虑扭转耦联计算时，至少应取3，当振型系数多于3时，宜取3的倍数，但不应多于房屋的层数《建筑抗震设计规范》指出，合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。SATWE已有这种功能，可以很方便地输出这种参与质量的比值。此外，由于耦合计算的地震剪力通常小于非耦合计算，仅结构存在明显扭转时才采用耦合计算，但在必要时应补充非耦合计算。
2）梁刚度放大系数。在利用PKPM系列软件中，TAT或SATWE计算软件的梁输入模型都是矩形截面，没有考虑存在楼板形成T型截面而引起的梁刚度增加，造成结构的实际刚度大于计算刚度，算出的地震作用剪力偏小，使结构不安全。因此计算时应将梁刚度放大，放大系数边梁取1.5、中梁取2.0为宜。
3）框架结构活荷载的最不利布置、组合。当活荷载较大时，是否进行活荷载的最不利布置、组合对计算结果的影响非常大。使程序给定的梁设计弯矩放大系数，也不一定能反映出工程实际应力分布的情况，有可能造成结构不安全或保守。而且由于PKPM中无法区分荷载规范表4.1.1中第1（1）项与第1（2）～12项，根本就很难实现“荷载规范”区分不同荷载种类采用不同的楼面荷载折减系数的要求。因此，结构计算时应考虑区分不同构件进行分步计算，并在荷载输入时将楼面活荷载折减。
4 高层结构设计的参数控制、调整
高层结构设计中各参数的控制将直接影响结构的安全性、合理性，特别有些参数在高层结构中显得更重要。因此，合理的选取各控制参数，同时调整参数将有助于提高结构整体控制的效率，同时可使结构设计更加安全、经济合理。以下这些参数控制与调整是工程实践证明相当重要的参数之一。
1）轴压比：限制结构的轴压比，以保证结构的延性要求。当不满足规范要求时可以通过增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度的办法调整。
2）层间位移角：限制结构在正常使用条件下的水平位移，确保高层结构应具备的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。当不满足规范要求时，只能通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。
3）周期比：限制结构的抗扭刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结构产生的不利影响。当不满足规范要求时，只能通过调整改变结构布置，提高结构的抗扭刚度。
4）剪重比：限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全。当偏小且与规范限值相差较大时，可通过增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。
5）刚重比：规范上限主要用于确定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。当不满足规范下限要求时，可以通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。
6）刚度比：主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层。当不满足规范要求时，可以适当加强本层墙、柱和梁的刚度，或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度以满足要求。
5 结语
本文结合笔者设计经验，以及结合相关规范，指出了在高层结构设计中应注意的一些问题，以提高结构设计的准确性、安全性和经济合理性，同时提出相应处理措施供设计人员参考借鉴。
参考文献
[1]胡涛.建筑结构设计浅析[J].山西建筑,2002,22(07):47～48.
[2]莫雪辉.深度探讨如何提高建筑结构设计水平[J].科技资讯,2008,15(10):31～33.
[3]赵亮,杨金招.建筑结构设计整体结构合理性计逄探讨[J].河南建材,2008,18(06):103~105.