高层建筑结构设计常见问题的探讨

高层建筑结构设计常见问题的探讨

摘要：伴随着高层建筑在我国的飞速发展需求，建筑高度的日益增加，建筑类型以及使用功能也日新月异，人们对楼盖结构舒适度的要求等引起世界各国广泛关注，难度相对而言越来越大。结构体系更加多样化，高层建筑结构设计现在成为结构设计人员在设计工作中的重点和难点。下文主要针对高层建筑结构设计中经常会出现的一些问

题进行分析，总结了设计经验，以达到保证建筑的安全、延长其使用寿命、满足人们各方面的使用要求的目的。

关键词：基础埋深底部嵌固层高宽比平面布置偏心距

剪力墙开洞梁的裂缝与挠度

就高层建筑结构设计中常见的问题从以下七个方面进行分析：

一、基础要有一定的埋置深度

基础应该要有一定的埋深，埋置深度可以从室外地坪一直算到基础底面，对于独立的高层建筑而言，基础埋深比较容易确定，但当今多数高层建筑与地下车库都是相互连接的，当地下车库基础采用筏板基础或设有防水底板的独立基础（防水底板一般不小于250mm）时，高层建筑的基础埋深可从室外地坪算起，此时高层建筑地下室顶板及地下车库顶板应按嵌固层要求设计，地下车库应有足够的侧向刚度作为高层建筑的侧限。假如不满足以上条件的时候，高层建筑的基础埋深应该要从地下车库地面算起。高层建筑通常设地下室来满足埋深要求，主要

有以下几点优势：

1．提高地基承载力。当高层建筑采用天然地基时，地基承载力可进行修正。随着基础埋深的增加，修正后的地基承载力随之增大，

从而可满足高层建筑对地基承载力的要求。

2．利用土体的侧压力防止水平力作用下结构的滑移和倾覆。有利于高层建筑上部结构的整体稳定。高层建筑地下室外墙一般采用钢筋混凝土墙，地下室顶板厚不宜小于160mm，地下室具有较大的层间刚度，同时地下室外墙周边土也提供了很大的侧向刚度和约束。减小土的重量，降低地基的附加压力。根据地震震害表明，有地下室的建筑物震害明显较轻。因此设地下室有利于上部结构的整体稳定，有

利于协调结构整体变形，调整地基不均匀与沉降。

3．现代高层建筑设置地下室也往往是建筑功能所需求的。

二、地下室顶板作为结构底部嵌固层的条件

当地下室顶板作为结构底部嵌固层的时候，应该要能约束结构底

部的平动和转动。地下室顶板及其下层竖向结构构件的设计应适当加强，不宜设永久变形缝，控制和提高地下室周边回填土的质量。地下室顶板与室外高差不宜过大，宜小于1/3层高。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。下部楼层侧向刚度宜大于上部楼层的侧向刚度，否则变形会集中于刚度小的下部楼层而形成结构软弱层，故规范对下层与相邻上层的侧向刚度比值进行了限制。规范规定，抗震设计的高层建筑当地下室顶板作为上部结构的嵌固层时，地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。规范规定此条的目的是保证柱端塑性铰出现在地下室顶部柱端。由于地下结构的地震、作用效应较小，即使在地下室柱与地上一层柱配筋相同时，柱端

塑性铰通常也出现在地下室顶部。

三、高层建筑的高宽比

房屋高度指室外地面至主楼主要屋面的高度。房屋宽度按所考虑

方向的最小投影宽度作为建筑物的计算宽度。

高层建筑的高宽比，是对结构刚度整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。在结构设计满足规范规定的承载力、稳定、抗倾覆、变形和舒适度等基本要求后，仅从结构安全角度讲高宽比限值不是必须满足的，主要影响结构设计的经济性。对带裙房的高层建筑，当裙房面积与其上塔楼面积比大于2.5或裙房抗侧刚度与其上塔楼抗侧

刚度比大于2.0时，可取裙房以上部分的房屋高度和宽度计算高宽比。对于难以采用最小投影宽度计算高宽比的情况，应根据工程实际确定合理的计算方法。

四、建筑结构平面布置的不规则性

高层建筑结构平面形状宜简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀，不应采用严重不规则的平面布置。除此之外，计算结构构件的最大位移比时应按刚性楼板假定；结构平面布置应减少扭转的影响。当结构的位移比和周期比超规范规定时，说明结构的抗扭刚度相对结构的抗侧刚度偏小，结构的扭转效应较大。在结构抗侧刚度较大，结构的层间位移满足要求的情况下，可减小结构的抗侧刚度，对楼层中部结构做减法，可取消、减短、减薄剪力墙，减小连梁高度等。当结构的抗侧刚度较小，侧移较大时，可对楼层周边结构做加法，可增大周边构件

的刚度。对带裙房高层建筑，带裙房部分楼层的位移比和周期比往往超规范规定。由于裙房高度不高，裙房楼层的绝对侧移值很小，因此可不按高层建筑的侧移控制条件来要求裙房，即位移

比可适当放宽。

此外，对某些建筑，因功能需要，下部几层为大空间，上部为办公或客房，隔墙较多，上下层刚度差别较大，此时刚度变化处的下一

层宜指定为薄弱层，进行内力放大调整。

五、如何解决框架结构梁柱偏心距较大

框架结构梁、柱中心线宜重合。在实际工程中，框架梁、柱中心线不重合、产生偏心的实例较多。梁柱偏心较大时，将导致节点核心区受剪面积减小，且梁端弯矩作用在节点上时出现扭矩。因此当梁柱偏心距大于柱截面在该方向宽度的1/4时，应采取措施。通常采用水平加腋或加大梁宽的方法。当设置梁水平腋时，在梁柱节点处形成了较强的刚域，梁塑性铰将外移。因此梁端箍筋加密区长度应与普通框架梁有所区别，水平加腋梁的梁端箍筋加密区长度应取普通框架梁

箍筋加密区长度与加腋水平长度之和。试验表明，采用此种方法，能明显改善梁柱节点的承受反复荷载性能。

六、较长剪力墙的开洞

高规7.1.2条规定：“剪力墙不宜过长，较长剪力墙宜设置跨高比较大的连梁将其分成长度较均匀的若干墙段，各墙段的高度与墙段

长度之比不宜小于3，墙段长度不宜大于8m。”

此条规定主要基于以下考虑：

1．提高剪力墙的延性，避免脆性破坏。细高的剪力墙（高宽比大于3）容易设计成具有延性的弯曲破坏剪力墙。墙段高宽比大于3

时一般为弯曲破坏，墙段高宽比小于3时一般为剪切破坏。

2．避免单片剪力墙承担过大的水平剪力而首先破坏，使得整个结构抗侧力构件依次破坏。在某些工程设计中，设计人员往往将较长的剪力墙开结构洞，洞口较小，形不成弱连梁，此时的剪力墙为小开口剪力墙，仍具有很大的侧向刚度，承担的水平力很大，造成剪切脆性破坏。因此开结构洞时应使洞口跨高比大于6，形成弱连梁，使得较长剪力墙开洞后形成两个较独立的墙肢。此外，当墙段长度（即墙段截面高度）很长时，受弯后产生的裂缝宽度会较大，墙体的配筋容