高層建筑設計的過程中要注意的一些問題總結

來源：建科 瀏覽：- 發布日期：2019-12-10 08:38:47

近20年隨著城市的高速發展，我國城市的高層建筑逐漸增多，成為城市的一道亮麗風景。但是高層建筑不同于普通建筑形態，其設計更為復雜，為了保證建筑的安全，高層建筑設計必須依據高層建筑設計的原則要求，保證建筑設計的合理性和安全性。下面對高層建筑設計的過程中要注意的一些問題做一個總結，希望對您有幫助。

一、基本問題：

1、應當注意防震縫的設計，必須留有足夠的寬度。

2、平面形狀或剛度不對稱，會使建筑物產生顯著的扭轉，震害嚴重。

3、凸出屋面的塔樓受高振型的影響，產生顯著的鞭梢效應，破壞嚴重。

4、高層部分和低層部分之間的連接構造不合理。

5、框架柱截面太少，箍筋不足，柱子的延性和抗震能力不夠而發生剪切破壞或柱頭壓碎。

6、由于沿豎向樓層質量與剛度變化太大，是樓層變形過分集中而產生破壞。

7、地基的穩定性問題要特別注意。

8、伸縮縫和沉降縫寬度過小，碰撞破壞很多。

9、不應在建筑物端部設置樓梯間和樓板開大洞口，因剛度不均勻而產生扭轉。

10、外縱墻門窗洞口過大，連梁尺寸太小，容易產生破壞。

11、中間部分樓層柱子截面和材料改變或取消了部分剪力墻，產生剛度或承載力突變，形成結構薄弱層。

二、宏觀控制：

高層抗震設計的基本原則：小震不壞，中震可修，大震不倒。

高層建筑結構應根據房屋高度和高寬比、抗震設防類別、抗震設防烈度、場地類別、結構材料和施工技術條件等因素考慮其適宜的結構體系。

高層建筑的高寬比是對結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性的宏觀控制。

三、沉降縫、伸縮縫和抗震縫要注意的問題：

高層建筑應當調整平面尺寸和結構布置，采取構造措施和施工措施，能不設縫就不設縫，能少設縫就少設縫，如果沒有采取措施或必須設縫時，則必須保證必要的縫寬以防止震害。

鋼筋混凝土高層建筑結構的溫度-收縮問題，一般由構造措施來解決。

后澆帶可選擇在對結構受力影響較小的部位曲折通過，不要在一個平面內，以免全部鋼筋都在同一平面內搭接。一般可設置在梁和樓板的1/3處。

目前許多工程是采用調整各部分沉降差，在施工過程中留后澆段作為臨時沉降縫，等到沉降基本穩定后再連為整體，不設永久性的沉降縫。

高層建筑的主樓和裙房的層數相差很遠，在下列條件時可不留永久沉降縫：

1、采用端承樁，樁支承在基巖上。

2、地基條件好，沉降差小。

3、有較多的沉降觀測資料，沉降計算比較可靠。

后兩種情況下，可調壓力差，主樓和裙房部分才用不同的基礎，使其沉降接近。

調時間差，先施工主樓，待主樓基本建成，沉降基本穩定，再建裙房。

抗震設計的高層建筑在下列情況下宜設防震縫：

1、平面長度和外伸長度尺寸超出了規程限值而又沒有采取加強措施時;

2、各部分結構剛度相差太遠，采取不同材料和不同結構體系時;

3、各部分質量相差很大時;

4、各部分有較大錯層時。

此外，各結構單元之間設了伸縮縫和沉降縫時，其縫寬應滿足防震縫寬度的要求。

防震縫應在地面以上全高設置，當不作為沉降縫時，基礎可以不設防震縫，但要加強構造和連接。

高層建筑各部分之間凡是設縫的，就要分得徹底;凡是不設縫的，就要連接牢固。

《高層規程》規定：

1、框架結構房屋，高度不超過15m的部分，可取70;超過15m的部分，6、7、8、9度相應每增加高度5、4、3、2m，宜加寬20。

2、框架-剪力墻結構房屋可按第一項數值的70%采用，剪力墻結構房屋可按第一項規定數值的50%采用，但二者均不宜小于70。

四、結構設計：

結構豎向布置

沿豎向剛度突變還由于下述兩個原因產生：

1.抗側力結構(框架、剪力墻、筒體等)突然改變布置。

2.結構的豎向體型突變。

當小墻肢截面的高度小于等于墻厚的4倍時，應按框架柱設計，箍筋按框架柱全長加密。

抗震設計的軸壓比控制：

特一級、一級(9度)為0.4;一級(7、8度)為0.5;二級為0.6。

抗震墻的翼墻長度小于其3倍厚度或端柱截面邊長小于2倍墻厚時，視為無翼墻和無端柱。

按照結構延性系數的大小排序：鋼結構、鋼管混凝土結構、型鋼混凝土結構、鋼筋混凝土結構、配筋砌體結構、砌體結構。結構的延性系數大，說明結構抗震的變形能力大，結構的耐震性能好。有條件時，建筑的主體結構可采用延性系數較大的結構材料。

地下室頂板應采用現澆梁板結構，其樓板厚度不小于180，混凝土強度等級不宜小于C30，并應采用雙層雙向配筋，且每個方向的配筋率不宜小于0.25%。

抗震框架柱配筋要注意的三個方面：

最小配箍率、最小體積配箍率、最小縱筋配筋率。

當地下室做為上部結構的嵌固端時，地下一層的抗震等級應按上部結構采用，地下一層以下結構的抗震等級可根據具體情況采用。

地下室柱截面每側的縱向鋼筋面積除應符合計算要求外，不應少于地上一層對應柱每側縱向鋼筋面積的1.1倍。

短柱：柱凈高與截面寬度之比小于4的柱子。箍筋需全長加密。

剪跨比

柱剪跨比：柱子凈高與2倍柱子截面高度的比值。

梁剪跨比：剪跨與梁截面有效高度的比值。廣義剪跨比=M/Vh=a/h。剪跨比反映了截面上正應力和剪應力的相對比值，在一定程度上也反映了截面上彎矩與剪力的相對比值。它對梁的斜截面受剪破壞形態和斜截面受剪承載力，有著極為重要的影響。

高寬比

6、7度抗震設防烈度的A級高度建筑，其高寬比限值分別為：框架4，框剪5，剪力墻6，筒體6。

抗震設計一般剪力墻結構底部的加強部位：墻肢總高度小于50m時取其總高度的1/6，大于50m時取 1/8，超過150m，取1/10。

裙房與主樓相連時，加強范圍也宜高出裙房至少一層。

對于框剪結構或框筒結構，采用模擬施工算法3是比較合理的，可以避免剪力墻軸力遠大于實際的不合理情形。

振型個數一般可以取振型參與質量達到總質量的90%所需的振型數。振型個數至少取3，最好為3的倍數，當然，振型個數也不能大于3倍質點數。

當考慮扭轉耦聯計算時，振型數應不少于9。對于多塔結構振型個數應大于12。

高規要求有效質量系數不應小于90%。

樓梯柱可視為短柱，箍筋需全長加密。

五、高層結構設計需要控制的七個比值

1、軸壓比：主要為控制結構的延性，規范對墻肢和柱均有相應限值要求。

2、剪重比：主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結構安全性。

3、剛度比：主要為控制結構豎向規則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層。

4、位移比：主要為控制結構平面規則性，以免形成扭轉，對結構產生不利影響。

5、周期比：主要為控制結構扭轉效應，減小扭轉對結構產生的不利影響，要求見高規。

6、剛重比：主要為控制結構的穩定性，以免結構產生滑移和傾覆，要求見高規。

7、層間受剪承載力比：控制豎向不規則性，以免豎向樓層受剪承載力突變，形成薄弱層。

總之，在高層建筑設計的過程中，要保證高層建筑結構安全、適用、耐用，其中最重要要考慮的問題就是安全、荷載與抗震能力，還有防火要求，這些在結構設計時都必須要詳細考慮的問題，需要引起每個建筑設計相關人員的重視。