高层建筑结构设计的问题与对策

　　高层建筑已经成为城市建筑的主要建筑结构，随着建筑高度的增加，施工难度也逐渐加大，本文主要研究高层建筑结构设计的问题。

　　《山西建筑》杂志立足山西省、面向全国的建设行业科技刊物。主要刊登建筑规划设计、建筑结构抗震、施工技术、建筑材料、建筑机械与设备、地基处理、给排水、暖通、建筑电气、建筑业管理、城乡建设、房地产、建设监理、工程造价、招投标等方面的专业技术论文。及时反映建设科技动态，专业技术内容丰富，很有参考价值。

　　1、前言

　　目前，高层建筑已成为衡量一个国家建筑科学技术水平的重要标志，更是检验一个国家建筑结构技术成熟程度的标尺。但随着高度的增加，高层建筑的技术问题、建筑艺术问题、投资经济问题以及社会效益问题、环境问题等日益变得复杂、严峻，因此需要深入的研究结构设计问题，增强对实践的导向作用。

　　2、高层建筑结构的特点

　　2.1高层建筑受力和位移特点

　　(1)高层建筑中水平荷载产生的影响远大于垂直荷载产生的影响，因此，高层建筑结构必须是一个既能抗弯曲又能抗剪切，还能使其地基和基础承受上部传来各种作用力的结构系统。建筑物抗弯曲要求必须达到三个条件：不会使建筑物发生倾斜;支承体系(柱或墙)的某些部位不致被压碎、压屈或拉断;其弯曲侧移(和剪切侧移的总和)不应超过弹性可恢复极限。建筑物抗剪切要求必须达到两个条件：不会使建筑物被剪断;其剪切侧移(和弯曲侧移的总和)不应超过弹性可恢复极限。 对地基和基础来说，该建筑结构系统的各支承点之间不应发生过大的不均匀变形，而且其地基和地下结构应能承受侧向荷载引起的水平剪力，并不致引起水平滑移。

　　(2)高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用。竖向荷载在结构的竖向构件中主要产生轴向压力，其数值仅与结构高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中所引起的位移，其数值与结构高度的二次方和四次方成正比。因此，设计高层建筑时，不仅要求结构具有足够的强度，还应具备足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在规定的范围内。

　　2.2建筑高度与材料用量、工程造价的关系

　　随着建筑高度的增加，材料用量、工程造价将呈抛物线关系增长。

　　3、高层建筑结构设计问题分析及对策

　　3.1剪力墙设计存在的问题及对策

　　复杂截面剪力墙配筋设计一直是结构设计中的一个难题。其原因：(1)混凝土本构关系。各国规范一般采用等效矩形方法计算截面承载力，等效矩形方法根据矩形截面制定的相关规定，不便于直接应用于复杂截面剪力墙正截面承载力计算。(2)截面内力。现行软件一般不支持复杂截面剪力墙整截面内力求取。基于上述两个原因，复杂截面剪力墙配筋设计一直未能得到很好的解决。实际工程中，常采用分段设计方法，将整截面的剪力墙分成几个矩形截面来设计，其安全性、合理性有待研究。

　　针对上述两个问题，解决方案可以从以下几个方面入手：(1)从混凝土单轴受压本构关系出发，采用一个便于计算承载力的简化单轴受压应力一应变曲线方程。(2)从截面所受到的弹性应力分布出发，直接积分求出复杂截面剪力墙整截面内力，或从复杂截面剪力墙各矩形截面内力出发，叠加求解整截面内力。(3)采用截面应变平截面假定给出对应配筋的设计承载力骨架曲线，求出整截面承载力所需的配筋[2]。

　　基本思路为：从有限元线弹性模型计算结果的截面应力分布出发，积分求解整截面内力，或直接从复杂截面剪力墙各矩形截面内力出发，叠加求出整截面内力;采用截面应变线性分布的平截面假定，采用简化混凝土和钢筋的本构关系，反求此时的受压区混凝土的应力分布和截面中钢筋的应力。钢筋对截面承载力的贡献可直接求得，混凝土对截面承载力的贡献可采用积分方法求出，求解截面内混凝土和钢筋承载力，即可得到截面承载力。通过截面设计承载力对截面设计内力的包络，得到所需纵筋面积。

　　3.2耗能减震结构设计

　　耗能部件应满足下列要求：

　　(1)耗能器应具有足够的吸收和耗散地震能量的能力和适当的阻尼;耗能部件附加给结构的有效阻尼比宜大于15%，超过25%时宜按25%计算。

　　(2)耗能部件应具有足够的初始刚度，并满足下列要求：

　　耗能器的极限位移应不小于罕遇地震下耗能器最大位移的1.2倍;对于速度相关型耗能器，耗能器的极限速度应不小于地震作用下耗能器最大速度的1.2倍，且应满足当时的承载力要求。

　　(3)耗能器应具有优良的耐久性能，能长期保持其初始性能;

　　(4)耗能器构造应简单，施工方便，易维护性好;

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