對高層建築結構設計中常見問題的思考
出類拔萃
作者：李鴻雁
摘 要： 隨著城市人口的不斷密集，城市土地越來越緊張，越來越多的高層建築拔地而起。基礎設計根據工程勘察的地質條件，上部結構的荷載、體型、結構類型，施工條件及諸多綜合因素的考慮，應選擇合理基礎方案。結構設計所用的計算機軟件種類繁多，但高層建築荷載和結構體係複雜，不同軟件計算結果往往有所差異，應仔細校核。
關鍵詞： 高層結構 結構體係 設計原則
近年來，高層建築體係越來越多，建築結構的材料、結構類型等都發生著日新月異的變化，在相當長的一段時間內，多種模式並存是必然的。
1.高層結構常見的結構體係
1.1框架—筒體結構
高層建築與多層建築之間的不同在於傳統多層建築結構是豎向荷載起控製作用的，而高層結構特別是超過30層的高層結構，水平荷載起控製作用，這就需要更高的剛度承擔水平力。隨著高度的增加和施工技術的改進，在高層建築的設計過程中，逐漸形成了核心筒式的“內核”空間模式，這是根據各方麵綜合考慮優化設計的成果。從建築專業考慮，為了更好地利用優越的空間，將電梯間、樓梯間等不需嚴格采光的結構集中在平麵的中央，把最佳采光位置留給功能性強的空間。從結構專業考慮，電梯間等均屬於剛度較大、整體性強的筒，可以承擔較大剪力和扭矩，在此結構師與建築師不謀而合。所以建築的中心部分，利用那些不需采光或采光要求不高的服務用房形成中央核心筒體，形成核，且核處於幾何中心，使建築的剛度中心、質心及平麵幾何中心三心重合，將扭轉作用控製在最小範圍內，更有利於結構抵抗風荷載和地震荷載等水平力。
1.2巨型框架結構
以中央核心筒承受水平荷載為主的高層建築，在住宅等跨度較小的結構中尚且適用，但對於需要較大空間的公共建築便顯得力不從心。跨度稍大的結構需加強建築周邊的剛度，以有效抵抗風荷載和地震力等水平荷載的破壞，所以在平麵較大的建築中，將部分垂直交通和設備用房分散地布置在建築周邊，形成多個小筒無疑是較好的選擇，各筒相連承受水平力便形成了巨型框架結構。而從建築專業角度看，垂直交通、服務性房間和管道井分散到建築的周邊則更有利於平麵較大的建築物的避難疏散。同時，使用空間有效增大，特別通常需要較大空間的底層可以更靈活地布置。
1.3框筒結構
這種結構因為字麵上的原因，人們容易與框架—筒體結構混淆。其實，框架—筒體結構是中央形成內筒，外部是延伸出的框架結構，所以內部剛度大，外部不適宜延伸出較大的跨度；而框筒結構是外部采用密柱深梁形成外筒，承擔主要的剛度，內部是框架結構，於是內部形成大的空間結構，這樣，在建築中可以設置一個大的中庭。在休閑、娛樂、購物等場所，大中庭中可設置噴泉、植物園、兒童遊樂場等設施，從而給人一種歡快、放鬆的感覺。在高層辦公建築中，中庭中可以設置咖啡廳、娛樂室等休息空間，同時可以改善封閉的室內環境，從而緩和在辦公樓內長時間集中精力引起的視覺疲勞、心理上的孤獨感、情緒緊張等症狀，減輕人們在工作中的壓力，提高工作效率。
1.4框支結構
對於公共建築的底層來說，空間流線組織方式非常重要，底部數層的大空間顯得非常必要，於是形成這種底層或底部數層采取框架結構而上層采用剪力牆結構的結構形式。此種結構雖然從建築設計專業角度考慮非常合理適用，可以充分利用各層之間的空間優勢，但從結構設計角度講，不甚合理。首先，底部框架與上部剪力牆之間在豎向剛度方麵變化太突兀，容易形成薄弱層，雖然一般在上下部之間都會設置非常厚的轉換層，底部框架柱也做了大量的加強設置，但還是無法根本解決問題，薄弱環節依然存在。所以在設防烈度為9度的區域，一般不允許建造此種結構。