关键词：高层住宅建筑 平面设计 类型 问题 设计策略
一、高层住宅建筑分析
1、高层住宅建筑的类型。高层住宅主要指建筑高度大于27M以上的住宅，这些用户基本需要依靠电梯来解决垂直交通的问题，这样的高层住宅建筑的类型主要可以分为两大类：以楼层划分建筑类型和按照建筑布局划分的建筑类型。住在高层建筑的高层用户基于需求因素考虑必须得重视电梯、安全楼梯的设计。为了提高建筑面积的利用率，高层建筑靠上的部位侧重于密集型的户型设计，同样，筒状的建筑结构设计也运用的较为普遍。第二类主要特点为建筑布局的差异化，这种差异化会给建筑布局的功能性产生较大的影响，因此，在进行高层住宅类型的选择时需做好全面的分析与市场评估。
2、高层住宅平面设计应遵循的原则。首先，功能分区合理，睡眠、活动、就餐等功能区域明确，还要注意干湿分区、动静分区，减少相互干扰而又分区思路清晰才能提升住宅品质；其次，隔音设计。对于卧室和书房而言，保障其使用期间的安静是非常必要的，而这两个空间的人员流动一般较少，需远离客厅和餐厅。而客卫、客厅及门厅部位可设计为开放式，在进行门窗部位的设计时需考虑到空气流通性等因素，必要时可以采用隔断的方式来满足用户的使用需求。
二、高层住宅平面设计中存在的问题
在一个高层住宅工程的所有设计工作中，平面设计工作应是最基础的工作。由于我国不同地区的自然条件、地理环境以及人文条件都是存在了较大的差异的，因此不同区域住宅建筑平面设计工作的出发点也是有着显著的不同的，南方区域为了保证更好的散热和通风，设计时通常都是采取采取蝶式平面或是蛙式平面；而北方区域则要保证向阳和保温的需求，因此其设计时就采取十字型、双十字型或是井字型的。在此基础上，高层住宅又多了一个“高”的特点，因此其主要的交通工具就是垂直上下的电梯。和多层建筑相比，高层住宅在供电、供水、供气等方面的要求都是更高的，并且其平面布局的规划工作也更为复杂，因此其设计时也更容易出现问题。与多层住宅建筑相比，高层住宅每个单元需要服务的户数肯定是要更多的，因此高层住宅在散热、采光以及通风等方面的效果就要差一些，而噪音污染以及视线干扰也是高层住宅平面设计中存在的问题。
三、高层住宅平面布局与功能设计探讨
1、卧室区域设计
1.1设计基本原则
卧室区域主要包括家庭成员的卧室及附属的浴厕区域，需要考虑的一是房间的安静，二是好的朝向，三是浴厕的管道设备单元。这就需要我们要有取舍。将辅助房间放到北面，包括书房，必要的时候也需要牺牲一间卧室的南朝向换取起居室的日照。卧室与浴厕区域连接的紧密程度，主要取决于家庭单位的大小和平面条件。在小户型的平面布局中，浴室和厕所通常可由公共活动区域直接通达；在大户型的住宅平面中，主卧的功能性、舒适性在设计中应着重考虑，主卧一般设置在平面最深处，这样可以以给主人一个安静的休息环境，但是浴厕远离入口区域，势必要增加独立的管道设备单元。
1.2设计手法
两间以上的卧室相互连接，形成较为独立的区域，通常位于起居区的后部，远离入口，这是住宅平面设计中常用的手段，有利于动静分离，并自然形成白天与夜间活动的分隔。卧室可以一字排开、房门直接开向公共区域，也可以相对设置、房门通过共用前区联系公共区域，或是所有房门开向一条内走道，以此联系私密区与公共区。
由于不同家庭成员的卧室总是采取就近原则布置，反而提供了另一种灵活性，即与入口区域相连的独立卧室犹如一套附加的单元，与其他卧室隔着起居区域相对而立。这个卧室可以被用作儿童房、客房、工作室等，无论喧哗或是夜间使用，都不会对主卧室造成太大影响。这间卧室还可以结合入口的洗手区及卫生间布置，有三间卧室以上的住宅平面尤其适合卧室区域的再分隔。
2、厨房、起居区域设计
我们一般不愿意展示未经整理的厨房，开放式的厨房对于中餐的烹饪方式不太适用，同时由于中餐的烹饪方式带来大量的油烟，直接对外的开窗以及与其他功能区域的分隔门受到使用者的欢迎，这种平面多用于面积较大的户型。起居室则拥有了更为完整和开阔的视觉空间。此种布局在小户型中，居住者人数不多，做饭只是出于兴趣爱好偶尔为之，对起居区需求更大；还有一种情况是高层住宅结构造成了厨房面积过大，结合就餐区可以达到更高的面积利用率。这种组合形式在满足中式厨房对油烟隔离的要求的同时，厨房后部的就餐区设置在平面中自然采光最弱的区域，借助客厅及厨房两个方向的间接采光达到照明目的。在高层住宅中，有限的外墙势必造成内部采光的匾乏，此种平面以其采光及封闭厨房特有的优势得到了最广泛的应用。
3、交通区域设计
3.1户内交通
3.1.1内走道式：内走道式―交通空间脱离房间独立存在的平面形式，早期的内走道为所有房间的连系通道，起居室、餐厅均为独立封闭房间。现在起居区域开放，使得内走道更多的应用于卧室区，因此此种布局主要适用于双朝向开间多的板式高层。
3.1.2包厢式：包厢式―公共性的生活区域同时也是内部交通的结合区域，由此通达各个独立的房间的平面形式。
3.1.3入口分流式：入口分流式―通过入口区将主要居室分离，一部分朝南，一部分朝北，所有用水房间都集中在居住性能最差的中央区段，从而使各居室都有与户外的接触面。
3.2户间交通：在高层住宅中，可使用的户间交通联系方式有单元式、独立点式、廊式、组合式等。我们需要以基础调查的资料为依据，明晰居住者的生活意象，并根据高层住宅的高度、结构性能、经济性等条件来选择不同的交通组织方式。由于高层住宅的垂直交通以电梯为主、楼梯为辅，在建筑高度为27m的范围内，消防云梯可以起到第二条逃生通道的作用；超过27m并且低于54m的时候，可利用安全楼梯间和出屋面楼梯进行疏散；超过这个建筑高度则必须安装第二座楼梯。在小高层住宅中，单元式住宅形式较为普遍，住宅平面的设计很大程度上继续沿用多层住宅的设计手法；12层以上的住宅则更多的选用独立点式或廊式等连接方式；超高层住宅为了追求结构合理性和确保容积率，以独立点式及面向中庭的廊式较多。
总结：住宅是人们生活中的重要场所，因此在具体的平面设计中，需要考虑到居住的舒适度、便利性及实用性，尊重用户的个人喜好进行建筑结构的调整，在遵循其既定的设计原则之后可以从细节上进行完善。值得注意的是，设计师需对当前高层住宅设计中存在的普遍问题进行全面的分析，避免在个人的设计中出现类似问题。突出主次，做到公共区域视野开阔、空气流通，私人区域独立、安静，促进我国高层住宅设计事业的全面发展。
参考文献：
[1]姬长文.住宅总平面及户型分布设计思路探讨[J].科技创新导报.2011（03）
关键词:不规则结构,扭转效应,扭转不规则
前言
高层建筑结构设计中,平面布置规则性是必须仔细考虑的因素,由于不规则平面布置结构使其平面质量中心同刚度中心不重合,使结构绕刚心发生扭转,导致同层构件同一方向上产生不同位移,严重时导致结构整体破坏,所以在结构设计中,必须对结构平面布置不规则扭转问题提起足够重视。
一、关于平面不规则结构的定义
1、若干规范关于平面不规则结构的定义
关于结构规则与否的定义及规定,不同国家的标准出发点是不相同的。欧洲规范比较定量地规定了规则结构的指标,如表1所示[3]。美国规范和澳大利亚规范却从相反的角度定义了结构的规则性,即不规则结构的量化指标,如表2所示。
类型 定义
平面
规则
准则 建筑结构在平面内沿两正交方向上侧向刚度和质量分布接近对称
平面轮廓简洁紧凑,即无诸如H,L,X等形状,总的凹角或单一方向凹
入尺寸不超过对应方向建筑总外部平面尺寸的25%
楼板平面内刚度同竖向结构的侧向刚度相比足够大,以致于楼板变形
对竖向结构构件间力的分配影响很小
在采用基底剪力法给出地震力的情况下,加上偶然偏心,任一楼层沿
地震作用方向的位移不超过平均楼层位移的20%
表1规则结构的准则
2、不对称与不规则之间的关系
如前所述,关于不规则结构的定义,目前为止尚无明确严格的定义。但不对称结构较为严格意义上的定义为,结构自由振动的某一振型同时出现平动与扭转振型,即平动与扭转振型耦联,对应的平动振型方向因子及扭转振型方向因子均不为零时,即为不对称结构。从结构分析和设计的要求出发,以对称与不对称结构分类,实际的工程意义似乎不大,因为客观上存在的大量不对称但经过结构布置调整的建筑,其振动特性仍与对称结构类似,可以归入规则结构,而其余的则归入不规则结构。我国规范规定了平面不规则的三种类型,凡符合至少其中任意一条的结构均为不规则结构的范畴。需要指出的是,扭转不规则的定义是在刚性楼盖假定的前提条件下得出的。换句话说,即便是不对称结构, 但由于其不对称性较弱,算得的扭转位移比小于规定值1.2时,仍可归为规则结构。由此可见,不对称结构规则与否,不仅与其形状的对称性强弱有关,而且与其质量分布和刚度分布密切相关。也就是说,结构的对称性是一个综合的概念,包含平面形状的对称,质量、刚度的对称等,这些因素决定了结构的规则性问题。而这正好与前述若干规范关于不规则结构的定义实质是一致的。更为严格或更为科学的说法应该采用规则与不规则的说法,而不是对称、不对称的概念。
非规则类
型和定义 美国规范 澳大利亚规范
扭转非规
则性―――当
横隔板为
非柔性时 当垂直于某轴线结构物一端的最
大层偏移大于结构物二端层偏移
平均的1.2倍时,则应考虑扭转的
非规则性。在计算端最大层偏移
时,要考虑偶然扭矩的影响 当结构的重心与刚心之间
的距离大于沿地震力作用
方向结构尺寸的10%时
则应考虑扭转的非规则性
凹角 结构物的平面外形及其抗倒向力
体系具有凹角,且凹角两边的突出
部分均大于该方向结构物平面尺
寸的15% 同上
横隔板
不连续 横隔板突然不连续或刚度变化,包
括挖去的或开口的面积大于横隔
板毛面积50%或某楼层到相邻层
的横隔板有效刚度的变化大于50% 同上
平面
外分支 侧向力路线不连续,例如,垂直单
元的平面外分支 同上
不平
行的体系 垂直抗侧力单元与抗侧力体系的
主正交轴不平行也不对称 同上
表2结构的平面非规则性
二、关于扭转效应产生的原因分析
1、外来干扰。地震波通过地面时的运动是极其复杂的,各点的周期和相位是不同的。由于地面质点间运动的差别,可使地面的每一部分不仅产生平动分量,而且也产生转动分量,这种转动分量迫使结构产生扭转振动和扭转效应,而不论结构对称与否。
2、建筑结构自身的特性。在一般的结构抗震分析中,通常是将建筑结构简化成平面模型,分别在其两个主轴方向进行计算严格来说,这样的分析方法只适用于质量中心和刚度中心相重合且在一条直线上的四平八稳、庄重对称的建筑结构。而对体型多样化、质量中心和刚度中心不重合的不规则结构显然是不适用的。这主要是因为地震时作用在质量中心的惯性力将对刚度中心产生扭转力矩,迫使结构产生扭转耦联的空间振动。
三、关于扭转效应的控制
1、有关扭转不规则的相关讨论
为了控制结构的扭转效应,我国《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》均规定了结构的位移比限值后者同时还给出了周期比的控制指标。文献[4]指出了规范判别结构扭转不规则的位移比计算方法―――完全平方和的不尽合理之处,相应给出了三种补充计算方法,并通过实例验证了补充方法的可靠性和有效性。文献[5]详细分析了耦联反应及相对偏心距、平动周期与扭振周期的比值对扭转效应的影响,但它采用的是一阶振型,没有考虑高阶振型的影响。文献[6]指出:国内外有关抗震规范均未提到结构各楼层在地震作用下产生的楼层(构件)扭转角度对竖向构件造成扭转所带来的不利影响,也没有提出层间扭转角的限值及如何控制的措施。文中给出了扭转位移比与层间扭转角的关系、楼层扭转角的计算方法、竖向构件的扭矩计算方法以及抗扭计算。文献[7]指出了《规范》及《规程》中关于扭转不规则判别界限存在的问题,提出用楼层转角来反映框架结构及框剪、剪力墙结构的扭转不规则实际状况,并给出了各自作为判别扭转不规则界限的楼层转角值。需要指出的是,文中给出楼层转角界限值时没有考虑楼层层高的变化及剪力墙厚度的变化所带来的影响。
2、扭转效应的控制方法及措施
归结起来,有关扭转不规则的相关条款和控制指标为位移比和周期比及偶然偏心距的考虑。周期比的控制,是从结构的自身性能来考虑,以确保结构具有相当的抗扭刚度。而位移比的规定,是从另一个侧面来反映结构是否规则、对称,结构中的质量刚度是否均匀。规范与规程之所以采用位移比控制指标,主要是由于结构的刚心和质心位置都无法直接定量计算。需要明确的是,单单从位移比来判断结构为扭转规则或扭转不规则是不太合理的,规范规定的控制指标是否合理也的确值得商讨,该结论也从相关文献中可以得出。
关键词:高层建筑;平面不规则;扭转破坏;结构设计
中图分类号:TU972.3
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2010)05-0161-02
1 引言
结构设计规范明确要求,建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并应有良好的整体性,建筑的立面和竖向剖面宜规则,结构的侧向刚度宜均匀变化,不应采用严重不规则的结构方案,但随着我国经济实力和科学技术水平的提高,人们的思想观念不断更新,严格意义的规则建筑已经很难见到,取而代之的是大批新颖别致、标新立异、彰显个性的建筑物。各地大量涌现的现代建筑物几乎都是不规则或是严重不规则的,如希尔顿饭店、深圳发展中心、中央电视台等,都是不规则建筑的典型代表,它们的出现既给城市建筑带来了崭新的面貌,同时又给结构设计人员提出了严峻的挑战。如何遵循规范精神,对不规则建筑结构进行结构设计与计算分析,成为工程设计中必须解决的重要课题。
2 高层建筑结构平面不规则的主要形式特征分析
从现实的角度,综合高层建筑各种不规则的结构形式,主要表现在以下几个方面:
1)扭转不规则,考虑偶然偏心的情况下位移比大于1.2;
2)凸凹不规则。①平面狭长,在抗震设防烈度为6、7度时,平面长宽比大于6.0(8度抗震时大于5.0);②凹进尺寸太多,平面凹进一侧的尺寸大于相应投影方向总尺寸的0.35(8度时大干0.3);③凸出过细,凸出部分的长宽比大于2.0(8度时大于1.5);
3)楼板局部不连续,①楼板凯洞凹入后,有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%;②开洞面积大于该层楼面面积的30%:③采用细腰形平面;④有较大的楼层错层(楼板错层小于梁高不算错层);⑤角部重叠,重叠面积小于较小一侧的25%;
4)侧向刚度不规则,①楼层侧向刚度小于相邻上部楼层的70%或其上相邻三层平均值的80%:②结构顶部取消部分墙、柱形成空旷房间:
5)竖向尺寸突变,①高层结构上部楼层收进部位到室外地面高度大于房屋高度的20%,上部楼层收进的水平尺寸大于相邻下一层的25%:②高层结构上部楼层外挑,下部楼层的水平尺寸小于上部尺寸的90%,且水平外挑尺寸大于4m,
6)竖向抗侧力构件不连续,竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件(梁、桁架等)向下传递:
7)楼层承载力突变,A级高层建筑的层间受剪承载力比小于0.8,B级高层小于0.75;
8)结构的周期比过大,A级高层建筑不应大于0.9,B级高层建筑和复杂高层建筑不应大于0.85:
9)复杂高层结构,带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等。
3 工程项目实例概况
湖南某高层建筑是一集商业、酒店及办公楼为一体的综合性大楼,建筑层数地下2层,地上24层,其中底部裙房四层,结构体系为框架剪力墙结构,总建筑面积约45000m2,建筑高度94.3m,地下两层为车库层高为4.8和5.3m,首层为酒店大堂及商铺,层高8m,2至4层为酒店餐厅及辅助用房,层高4.8-6m,5至12层为洒店客房层高均为3.5m,12层以上为办公楼,层高均为3.5m。
本工程为丙类建筑,使用年限为50年,抗震设防烈度为6度,剪力墙及框架梁柱抗震等级为二级,基础设计等级为甲级,采用高强预应力管桩,工程结构整体计算采用中国建筑科学院开发的设计软件SATWE进行计算。
4 结构平面不规则情况分析及调整处理措施
该大楼特点是竖向功能变化较多,笔者针对不规则平面的结构特征及高层建筑的特征,从概念设计和计算设计两方面人手,综合分析各相关因素,提出适合于不规则平面特征的结构选型及结构布置方法。调整后结构裙房及标准层平面见图1。
4.1 建筑结构平面不规则情况分析
本工程平面体型为z字型,I/Bmax=0.56>0.35,属于平面不规则结构,竖向有立面缩进,同时层高相差较大。初步计算结果表明:结构在地震及风荷载作用下的位移角能满足规范要求,周期比为0.83
调整该楼的周期比和扭转位移比是结构设计的重点工作,由于该楼平面凸凹不规则,两个核心筒均处在两边,刚度极不均匀,质心与刚心偏差较大,在地震等外力作用下极易产生扭转破坏。周期比的控制与位移比的控制一样,周期比侧重控制的时侧向刚度与扭转刚度之间的相对关系,目的是抗侧力的平面布置更有效、更合理,使结构不至于出现过大的扭转效应。
总之,控制周期比的目的就是使结构抗侧力构件布置得更合理、更均匀,并不是使结构更刚,当平动第一周期与扭转第一周期比较接近时,由于振动耦连的影响,结构的扭转效应会明显增大,但该楼的第二周期扭转因子达到0.34,可认为扭转刚度偏弱,同样需要调整,不能仅仅认为平动第一周期/扭转第一周期小于0.9就可以了,应同时考虑平动周期中的扭转因子,不然在大震情况下,结构可能第一周期就是扭转周期。
4.2 平面不规则情况调整处理措施
考虑到这个薄弱环节,对结构的竖向构件做如下的调整:
1)在结构的左上方和右下方各加一片较长的剪力墙,增强建筑周边结构构件的抗扭承载力,同时也将结构的刚心大大的推向左边;
2)在右下角的核心筒开洞,削弱该处的刚度,因为该处核心简偏心较大,这也使刚度中心向左边移:
3)取消左上部核心筒下面的一个小核心筒,削弱中部的刚度,同时将该核心筒的连梁做弱,使结构的剪力墙更均匀,对结构扭转位移比及周期比均有较大的好处。
首层层高8m,造成受剪承载力小于上层的80%,要解决抗剪承载力不足,主要就要
加大抗剪截面。或提高混凝土强度,采取的措施就是在首层以下的各层将柱截面均加大100mm,墙加厚50mm,混凝土强度加大一级,采取措施后,‘受剪承载力比在90%以上,能满足规范要求,本楼第四层初算为薄弱层,四层顶即裙房屋面,为此将裙房屋面梁截面加大,加厚屋面板,有效的避免了薄弱层。通过以上调整,该楼由5项不规则调整为2项不规则,即平面凸凹不规则,立面缩进不规则,避免了申报超限。调整前后结构裙房及标准层平面见图1。
4.3 调整前后的周期参数
从表1的数据来看,因为取消一个小核心筒,刚度有所减弱,但结构调整的后刚度明显比调整前均匀,抗扭刚度也得到加强。同时扭转位移比也得到明显改善,
(由于篇幅问题未全部列出)最大扭转位移比均小于1.20,属于规则结构,从一个平面明显不规则的结构通过合理的调整刚度也可以使其成为结构上的规则结构。
4.4 弹性时程分析
对于平面不规则高层建筑,按高规规定,应采用弹性时程分析法进行多遇地襞下的补充计算,本工程采用2条天然波和一条人工波,弹性动力时程分析结构表明,在多遇地震作用下的层间位移、角位移、总剪力、总弯矩均满足设计要求,见图2,CQC法是安全的,设计达到了预期的效果。
4.5 采取的抗震措施
针对工程的实际,综合分析各方面因素,采取的抗震技术措施主要有:
1)在建筑允许的情况下尽量加长加厚周边剪力墙,尤其是离刚心最远处,将刚心和质心偏心率调整到最小,减小扭转周期,将结构调整成扭转规则结构。
2)削弱核心筒连梁,采用弱连梁连接,使平动周期增大,增大平扭周期比。
3)控制墙柱轴压比,提高柱的纵筋配筋率和箍筋配筋率(特别是角部),纵筋配筋率均加大一级,柱箍筋全楼加密,角柱加芯柱,来提高结构竖向构件在大震中抵抗的变形能力。
4)在凹角处增设45°斜向钢筋,抵抗角区应力集中,加强薄弱处的板厚和配筋。
5)四层虽然可以不算规范上的薄弱层,但计算仍按薄弱层计算,其地震剪力应乘以1.15的增大系数,同时加强该层墙柱配筋,提高结构在大震中的抵抗变形的能力。
6)加强裙房上层,即五层的墙柱配筋,有效抵抗立面缩进后产生的鞭梢效应。
通过采取以上措施,使该平面不规则建筑在满足各项功能的前提下,结构更安全科学和合理。
5 结语
综上所述,对于现代城市日益涌现的造型新颖别具一格的不规则建筑,结构设计人员应细心分析各种情况,从概念设计人手。找出结构的重点和薄弱点,因势利导克服不利因素,使整个结构在平面和竖向合理地布置结构刚度,避免和减少结构可能出现的薄弱部位,同时加强薄弱部位的构造措施,使建筑物从一个貌似不规则的建筑调整成一个结构上的规则建筑,只要结构工程师认真分析,抓住重点,强化构造,不规则结构的设计问题是可以解决的。
参考文献:
[1]JGJ3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2]邓孝祥,张元坤,唐可,平面不规则高层结构的扭转分析与抗扭设计[J].广东土木与建筑,2006(1):3-6.
[3]丁圣果,肖常健,丁婷.不规则多高层结构概念设计的几点浅见[J].建筑科学,2007,9.
设计是否考虑抗震要求，对整个建筑起着很重要的作用。因此，我们在建筑抗震设计过程别要注重以下几个问题。
一、建筑体型设计问题
建筑体型包括建筑的平面形状和主体的空间形状的设计。震害表明，许多平面形状复杂，如平面上的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。唐山地震就有不少这样的震例。平面形状简单规则的建筑在地震中未出现较重的破坏，有的甚至保持完好无损。沿高度立体空间形状上的复杂和不规则在地震时都会造成震害。特别是在建筑结构刚度发生突变的部位更易产生破坏。因此在建筑体型的设计中，应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则；在平面形状上，矩形、圆形、扇形、方形等对抗震来说都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体型，尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼。在体型布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布，避免产生因体型不对称导致质量与刚度不对称的扭转反应。
二、建筑平面布置设计问题
建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离、内墙的布置、空间活动面积的大小、通道和楼梯的位置、电梯井的布置、房间的数量和布置等，都要在建筑的平面布置图上明确下来。而且，由于建筑使用功能不同，每个楼层的布置有可能差异很大，建筑平面上的墙体，包括填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙等等布置不对称，墙体与柱子分布的不对称、不协调，使建筑物在地震时产生扭转地震作用，对抗震很不利。有的建筑物，其刚度很大的电梯井筒被布置在建筑平面的角部或是平面的一侧，结果在地震中造成靠电梯一侧建筑物的严重破坏。这是因为电梯井筒具有极大的抗侧力刚度，吸引了地震作用的主要部分［3］。有的建筑物，在平面布置上一侧的墙体很多，而另一侧的墙体稀少，这就造成平面上刚度分布的很不对称，质量分布也偏心，使结构的受力和变形不协调，导致扭转地震作用效应，带来局部墙面的破坏。有的建筑物，如底层为商场的临街建筑，临街一侧往往不设墙体，而其另一侧则有刚度很大的墙体封闭，两侧在刚度上相差很多，也将在地震时引起扭转地震作用，对抗震不利。还有的建筑平面布置上，经常出现内隔墙不对齐或中断，使刚度发生突变和地震力传递受阻，对抗震也带来不利，客易引起结构的局部破坏。建筑平面布置设计对建筑抗震关系很大，从概念上要解决的一个核心问题是：建筑平面布置设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀，对称协调，避免突变，防止产生扭转效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可能为结构抗侧力构件的合理布置创造条件，使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体，充分发挥建筑设计在建筑抗震中的作用。
三、建筑竖向布置设计问题
建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑沿高度(楼层)结构的质量和刚度分布设计上。无论是单层或多层，还是高层建筑或超高建筑，这个问题是比较突出的。存在的这个主要问题是，由于建筑使用功能的不同要求，如底层或下面几层是商场、购物中心，建筑上要求是大柱距、大空间；而上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化的公寓楼，低层设柱、墙很少，而上面则是以墙为主，柱很少。有的建筑在布置上还设有面积很大的公用天井大厅，在不同楼层上设有大会议厅、展厅、报告厅等，建筑使用功能的不同，形成了建筑物沿高度分布的质量和刚度的严重不均匀、不协调。突出的问题是沿上下相邻楼层的质量和刚度相差过大，形成突变［3］。在刚度最差的楼层形成对抗震极为不利的抗震承载力不足和变形很大的薄弱层。这是在建筑设计中必须高度重视的问题。在实际设计中，在建筑使用功能不同的情况下，很可能出现上下相邻楼层的墙体不对齐，柱子不对齐，墙体不连续，不到底；上层墙多，下层墙少；上层有柱，下层无柱等，使地震力的传递受阻或不通；抗震用的剪力墙设置不能直通到底层、剪力墙布置严重不对称或数量太少。所有这些布置都将给建筑物带来地震作用分布的不均匀、不对称和对建筑物很不利的扭转作用。多次大震害表明，建筑物竖向楼层刚度的过大变化，给建筑物造成很多破坏，甚至是整个楼层的倒塌。在1995年的日本阪神大地震中，有多栋钢筋混凝土高层建筑发生了中间楼层的整体坐落倒塌破坏。因此，尽可能使剪力墙布置比较均匀并使其能沿竖向贯通到建筑物底部，不宜中断或不到底。尽量避免其某楼层刚度过少，尽量避免产生地震时的钮转效应。
四、建筑上应满足的设计限值控制问题
根据大量震害的经验总结，现行《建筑抗震设计规范》(GBJll-89)对房屋建筑在建筑设计中应考虑的一些抗震要求的限值控制提出了规定。这些规定，建筑设计应予遵守：一是房屋的建筑总高度和层数；二是对房屋抗震横墙问题和局部墙体尺寸的限值控制。
五、屋顶建筑的抗震设计问题
在高层和超高层建筑设计中，屋顶建筑是一个重要的设计部分。从近几年对一些高层建筑抗震设计审查结果来看，屋顶建筑存在的主要问题，一是过高，二是过重。这样的屋顶建筑加大了变形，也加大了地震作用。对屋顶建筑自身和其下的建筑物的抗震都不利。屋顶建筑的重心与下部建筑的重心不在一条线上，且前者的抗侧力墙与其下楼层的抗侧力墙体上下不连续时，更会带来地震的扭转作用，对建筑物抗震更不利。为此，在屋顶建筑设计中，宜尽量降低其高度。采用高强轻质的建筑材料和刚度分布比较均匀、地震作用沿结构的传递比较通畅，使屋顶重心与其下部建筑物的重心尽可能一致；当屋顶建筑较高时，要使其具有较好的抗震定性，使屋顶建筑的地震作用及其变形较小，而且不发生扭转地震作用。
六、结束语
Abstract: This article from the perspective of seismic building size, building layout and vertical layout, the design limits of the control specification, roof construction.
关键词：建筑设计；抗震；设计；建筑体型
Key words: architectural design；anti-seismic；design；building size
中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）35-0082-01
0引言
建筑设计是否考虑抗震要求，从总体上起着直接的控制主导作用。结构设计很难对建筑设计有较大的修改，建筑设计定了，结构设计原则上只能是服从于建筑设计的要求。因此，我们在建筑抗震设计过程别要注重以下几个问题。
1建筑体型设计问题
建筑体型包括建筑的平面形状和主体的空间形状的设计。震害表明，许多平面形状复杂，如平面上的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。唐山地震就有不少这样的震例。平面形状简单规则的建筑在地震中未出现较重的破坏，有的甚至保持完好无损。沿高度立体空间形状上的复杂和不规则在地震时都会造成震害。特别是在建筑结构刚度发生突变的部位更易产生破坏。因此在建筑体型的设计中，应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则；在平面形状上，矩形、圆形、扇形、方形等对抗震来说都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体型，尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼。在体型布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布，避免产生因体型不对称导致质量与刚度不对称的扭转反应。
2建筑平面布置设计问题
建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离、内墙的布置、空间活动面积的大小、通道和楼梯的位置、电梯井的布置、房间的数量和布置等，都要在建筑的平面布置图上明确下来。而且，由于建筑使用功能不同，每个楼层的布置有可能差异很大，建筑平面上的墙体，包括填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙等等布置不对称，墙体与柱子分布的不对称、不协调，使建筑物在地震时产生扭转地震作用，对抗震很不利。有的建筑物，其刚度很大的电梯井筒被布置在建筑平面的角部或是平面的一侧，结果在地震中造成靠电梯一侧建筑物的严重破坏。这是因为电梯井筒具有极大的抗侧力刚度，吸引了地震作用的主要部分。有的建筑物，在平面布置上一侧的墙体很多，而另一侧的墙体稀少，这就造成平面上刚度分布的很不对称，质量分布也偏心，使结构的受力和变形不协调，导致扭转地震作用效应，带来局部墙面的破坏。有的建筑物，如底层为商场的临街建筑，临街一侧往往不设墙体，而其另一侧则有刚度很大的墙体封闭，两侧在刚度上相差很多，也将在地震时引起扭转地震作用，对抗震不利。还有的建筑平面布置上，经常出现内隔墙不对齐或中断，使刚度发生突变和地震力传递受阻，对抗震也带来不利，客易引起结构的局部破坏。建筑平面布置设计对建筑抗震关系很大，从概念上要解决的一个核心问题是：建筑平面布置设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀，对称协调，避免突变，防止产生扭转效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可能为结构抗侧力构件的合理布置创造条件，使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体，充分发挥建筑设计在建筑抗震中的作用。
3建筑竖向布置设计问题
建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑沿高度（楼层）结构的质量和刚度分布设计上。无论是单层或多层，还是高层建筑或超高建筑，这个问题是比较突出的。存在的这个主要问题是，由于建筑使用功能的不同要求，如底层或下面几层是商场、购物中心，建筑上要求是大柱距、大空间；而上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化的公寓楼，低层设柱、墙很少，而上面则是以墙为主，柱很少。有的建筑在布置上还设有面积很大的公用天井大厅，在不同楼层上设有大会议厅、展厅、报告厅等，建筑使用功能的不同，形成了建筑物沿高度分布的质量和刚度的严重不均匀、不协调。突出的问题是沿上下相邻楼层的质量和刚度相差过大，形成突变。在刚度最差的楼层形成对抗震极为不利的抗震承载力不足和变形很大的薄弱层。这是在建筑设计中必须高度重视的问题。在实际设计中，在建筑使用功能不同的情况下，很可能出现上下相邻楼层的墙体不对齐，柱子不对齐，墙体不连续，不到底；上层墙多，下层墙少；上层有柱，下层无柱等，使地震力的传递受阻或不通；抗震用的剪力墙设置不能直通到底层、剪力墙布置严重不对称或数量太少。所有这些布置都将给建筑物带来地震作用分布的不均匀、不对称和对建筑物很不利的扭转作用。多次大震害表明，建筑物竖向楼层刚度的过大变化，给建筑物造成很多破坏，甚至是整个楼层的倒塌。在1995年的日本阪神大地震中，有多栋钢筋混凝土高层建筑发生了中间楼层的整体坐落倒塌破坏。因此，尽可能使剪力墙布置比较均匀并使其能沿竖向贯通到建筑物底部，不宜中断或不到底。尽量避免其某楼层刚度过少，尽量避免产生地震时的钮转效应。
4建筑上应满足的设计限值控制问题
根据大量震害的经验总结，现行《建筑抗震设计规范》（GBJll-89）对房屋建筑在建筑设计中应考虑的一些抗震要求的限值控制提出了规定。这些规定，建筑设计应予遵守：一是房屋的建筑总高度和层数；二是对房屋抗震横墙问题和局部墙体尺寸的限值控制。
5屋顶建筑的抗震设计问题
在高层和超高层建筑设计中，屋顶建筑是一个重要的设计部分。从近几年对一些高层建筑抗震设计审查结果来看，屋顶建筑存在的主要问题，一是过高，二是过重。这样的屋顶建筑加大了变形，也加大了地震作用。对屋顶建筑自身和其下的建筑物的抗震都不利。屋顶建筑的重心与下部建筑的重心不在一条线上，且前者的抗侧力墙与其下楼层的抗侧力墙体上下不连续时，更会带来地震的扭转作用，对建筑物抗震更不利。为此，在屋顶建筑设计中，宜尽量降低其高度。采用高强轻质的建筑材料和刚度分布比较均匀、地震作用沿结构的传递比较通畅，使屋顶重心与其下部建筑物的重心尽可能一致；当屋顶建筑较高时，要使其具有较好的抗震定性，使屋顶建筑的地震作用及其变形较小，而且不发生扭转地震作用。
关键词：高层建筑；结构设计；受力；扭转
中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：
1、引言
随着我国经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，城市城镇人口数量呈现逐年上升的趋势，这就造成了城市建筑用地资源十分紧张的局面。为了能够更大限度的利用空间资源，高层建筑成为建筑行业发展的趋势，倍受青睐。随着高层建筑的快速发展，建筑风格多样化，复杂程度的逐步增加，各种技术手段和科学方法不断应用在当前的施工建设中，这对设计者是一个很大的考验。因此，如何做好高层建筑设计工作是设计师工作的重点。基于这种需要，本文对高层建筑结构设计中的有关问题进行了分析探讨，以促进高层建筑业的发展。
2、高层建筑的结构设计与分析方面
高层建筑工程设计质量好坏的关键取决于设计师在高层建筑的结构计算与分析阶段对工程的内力分析和规范设计处理，结构设计与分析对施工进程有着主导作用，结构体系的选择对建筑施工的各种布置、造价、施工周期等有着直接的影响。同时考虑到新规范的推出对结构整体的调整与改进，高层建筑结构工程师必须十分熟悉的了解此阶段存在的比较常见的问题并加以解决。
2.1抗震设计要求较高
高层建筑由于自身原因对抗震的要求比较高，抗震设计有着比较高的指标。在抗震设计时，不仅要强化建筑的抗震性能，做到大震不倒、小震不坏，还要对建筑正常使用的各种荷载进行充分考虑，同时还要满足新规范对各种结构体系下对高层建筑结构计算自振周期折减系数的各种要求。
2.2是否有足够振型数目
振型参与系数是新规范中提出的概念，并有明确的参数限值。所以，在结构设计与分析方面必须严格按照新规范核对计算结果中的该参数，决定最后振型数目取值是否需要调整。
2.3计算软件的选择
目前有很多通用的计算软件，但不同计算模型用不同软件计算存在一定的差异，虽然误差小但为了工程的完善我们在进行工程整体结构分析计算时必须根据计算软件模型特点和建筑的结构类型选择最合适的计算软件。这样不仅能减少人力物力还能避免结构中安全隐患的存在。
2.4非结构组成的计算设计
为了高层建筑美观和一些业主需要的功能，在主体建筑框架上往往存在建筑体系外的非结构构件。对于这部分构件，我们在对高层建筑屋顶装饰构件设计时应该加以计算设计，避免对抗震和风荷载有影响。
2.5分开计算多塔间地震周期
在小区商业区等高层建筑集中的地方，我们不仅仅需要考虑每一栋高层建筑的地震周期问题，二是要将结构作为一个整体并按照多塔类型进行计算，结构工程师必须注意将结构人为分开计算。通过整体计算，让振型参与系数满足需求，从而避免结构出现不安全隐患。
3、高层建筑结构受力性能方面
在建筑物设计之初，建筑师一般情况下考虑建筑物的空间组成特点比较多，忽视或者很少关心确定建筑物的具体结构。但是建筑物的底盘对建筑物空间形式的水平方向的稳定和竖向方向的稳定十分重要，因为建筑物是由一些大而重的结构构件组成，所以结构必须能够将其本身承受的重量传去地面，高层建筑的结构荷载全部是向下直接作用于地面的，所以，在高层建筑结构设计中，对于所选体系向下作用力和地基上的承载力的关系我们必须搞清楚。因此，在高层建筑设计方案的阶段，我们不惜对建筑中主要的承重墙和承重柱的分布于数量作出全方位的设想，通过目前拥有的各种技术手段进行剖析，严谨设计低级的处理方式与处理措施。
4、高层建筑结构中扭转问题
建筑的刚度中心、几何形心和结构重心是我们常说的建筑的三心，在高层建筑设计中要求必须将建筑的三心融合在一个点上，也就是说必须要保证高层建筑三心合一。
高层建筑的扭转问题就是说高层建筑在设计结构时，未能够达到三心合一的要求，从而导致结构在水平荷载的作用下出现扭转震动效应而使建筑物受到破坏。为了有效避免高层建筑物由于水平荷载作用而导致的扭转破坏，我们就必须在设计高层建筑结构初始阶段，对建筑物的平面布局和结构形式实施合理、科学的选择，尽可能的确保高层建筑物能够达到三心合一。
高层建筑物在水平荷载的作用下，发生的扭转作用的强度由建筑的质量分布所决定。为使高层建筑楼层水平面均匀分摊水平作用力，最大限度减轻高层建筑结构的扭转振动，我们需要采取放行、矩形、正多边形以及圆形等比较简便的平面形式。然而房屋作为生活工作的场所需要讲究美观，在这种情况下如果要采用那些复杂并且不规则的平面形式，我们就必须将 突出部分的宽度以及厚度的比值严格把握在标准的可允许的范围内，同时，在设计平面结构时，必须确保结构相关对称均衡以避免建筑物扭转变形。
对于给定的建筑平明的高层建筑，其不同的建筑结构布置对应的扭转震动相应也等等不一。水平力作用在对称结构的建筑上一般只出现平移振动，而作用于非对称结构的时候，因为结构的刚度中心偏离结构平面的中心一侧，所以往往出现扭转振动效应。这造成的后果可能是远离刚度中心，并且对于刚度较小的建筑构件，由于分担侧移的水平剪力都比较大，进而会应为变形较大或者结构的强度不够而导致结构构件被破坏，更有甚者可能引发整体结构破坏。所以，在设计建筑平面结构的布局时一定要使结构刚度对称均衡：对于竖简刚度较大，布置应该竟可能居中对称；对于主抗侧力的构件剪力墙，应该均匀分散沿四周布置；不能忽视所谓竖直方向填充墙的刚度。
另外，由于高层建筑楼层较高，重心也比较高，虽然在设计时注意了刚度和质量的对称布局，但也有可能出现一些偶然偏心而导致扭转振动的情况，还有地震存在的转动分量也会对建筑结构产生影响。特别是楼层较高时，下层由于上层刚度偏心出现扭转效应的积累，对总体结构会产生很严重的影响。所以，结构刚度和承载力应该自上而下逐渐正价，变化稳定，缓慢，不能突变。
同时，高层建筑所包含的抗水平力构件也应该在房屋周边布局，借此来提供强大的扭转力矩，提供强大的抗倾覆力矩。
5、高层建筑结构水平位移特征
即使高层建筑的水平位移和相关规程的要求完全吻合，也不能够完全确保结构设计是合理的。除了考虑相关规程，我们还必须全面考虑来至地震力周期和大小等因素。结构周期较长、地震力小是不太安全的。同时，高层建筑曲线位移棉花应该是连续变化，避免拐点和折点的存在。一般情况下，建筑的框架结构应该是剪切型的位移曲线，而剪力墙的位移曲线则该设计成为弯曲型位移曲线。
6、高层建筑结构中共振问题
每个地方都不能完全避免发生地震，一旦有地震发生，高层建筑的自振周期和建筑所在地特征周期互相接近时，就会很容易导致高层建筑与场地之间发生共振。因此，在我们对高层建筑进行设计时，必须准确的估算出高层建筑所在地的特征周期，同时，通过计算选择适当的结构层数来尽可能夸大建筑物所在地和建筑物的特征周期，以此从根本上避免建筑物所在地与建筑场地发生共振的可能。
7、高层建筑结构设计要经济合理
设计师在设计高层建筑时必须先对建筑进行简易计算，通过计算可在正式电算之前得到楼盖结构的合理布局和截面合理的确定以及主题的抗侧力结构，在下一次电算的时候能够更快捷有效的电算，取得让人放心的电算结果；另一个方面，高层建筑结构的断面、布置的确定能够较快结构设计实现经济合理，减少预算的开支。
8、高层建筑结构中的桥梁设计
在部分高层建筑中可能出现桥梁设计，在具体工程设计中，如果有需要桥梁的情况，在对桥梁的剪压比限制、剪力设计取值及界面尺寸必须符合《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》和《建筑抗震设计规范》等有关规定。按照规定处理好由于桥梁截面高度大，跨度小使其无法在地震作用下满足规范的相关要求的问题，一定要做到安全美观，将安全隐患遏制在摇篮里。
9、结语
社会不断进步，高层建筑已经成为一种趋势，为了设计出让人满意的作品，作为设计人员一定要严谨认真工作，发散思维并且需要具备丰富扎实的理论知识。设计人员必须把高层建筑结构设计中提到的问题牢记于心，积极配合其他专业，深入了解各项设计规范和规程的意义，善于反思总结设计工作中的经验教训，避免存在安全隐患，完成佳品。
参考文献
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关键词：高层建筑；结构； 特点； 设计原则；
鉴于我国高层建筑呈几何级快速增长，高层建筑的类型和功能也变得越来越复杂，而其结构体系也变得更为多样化，在此过程中出现任何遗漏或者错误，都极有可能导致整个设计变得更为复杂，或者造成设计的不安全。因此，高层建筑的结构设计问题是一个长期而复杂的过程，也是建筑师开展设计工作的重点与难点。
1.高层建筑结构设计方面的原则
1.1 选用适当的计算简图：结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
1.2 选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。
1.3 合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。
1.4 正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。
1.5 采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的执行段锚固长度；考虑温度应力的影响力。
2. 一、高层建筑结构设计的基本特点
2.1高层建筑的水平荷载已成为决定性要素
由于楼房的自重与楼面使用荷载在竖构件当中所造成轴力与弯矩之数值，仅仅和楼房高度的一次方成正比关系，而水平荷载对于结构所形成的倾覆力矩及由此而在竖构件当中所引起之轴力，和楼房高度的二次方成正比关系。因此，对于某一座具有一定高度的建筑物来说，竖向荷载主要为定值，而水平荷载之风荷载的数值随着结构动力特点之不同而出现了较大变化。
2.2高层建筑的轴向变形不可忽视
高层建筑的竖向荷载值较大，可在柱中引发比较大的轴向之变形，将对连续梁弯矩造成直接影响，导致连续梁中间的支座处负弯矩值出现减小趋势，不仅跨中正弯矩之和端支座负弯矩值将会增大，而且还将对预制构件下料长度形成影响，因而要求依据轴向变形来计算，并对下料长度作出调整。
2.3侧移已经成为控制性指标
与较低建筑物有所不同的是，结构侧移成了高层建筑物结构设计当中的重要因素。因为楼房高度在不断增加，由于水平荷载下的结构侧移变形快速变大，所以水平荷载作用之下的结构侧移应当被控制于限度以内。
2.4结构延性成为重要的设计指标之一
相对一般楼房来说，高层建筑物的结构显得更柔，因而一旦出现地震，其变形也会更加大。为确保结构在塑性变形之后仍然能有较强的变形能力，从而避免出现倒塌，因而十分需要在结构上运用合理之措施以保证结构能够有一定的延性。
3 高层建筑的结构布置原则
3.1 结构平面布置。大量震害经验表明，建筑物平面不对称、刚度不均匀、高低错层、屋顶局部突出或沿高度方向刚度突变等，都容易造成震害。在考虑抗震设计时，结构的平面布置、体型及构造措施是否合理比计算是否精确更直接影响结构安全。在高层建筑的一个独立单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀、对称，要使结构的刚度中心和质量中心尽量重合，以减少水平荷载作用下扭转的影响。建筑平面长度不宜过长，否则可能因两端振动不一致使建筑物破坏。不应采用严重不规则的平面设计。
因城市规划、建筑艺术和使用功能的需要，对平面形状的要求，一般不会非常简单，所以《高层建筑混凝土结构设计技术规程》（JGJ3-2002）对抗震设计的A 级高度钢筋混凝土高层建筑的平面布置提出如下具体要求：①平面宜简单、规则、对称，减小偏心；②平面长度不宜过长，突出部分长度L 不宜过大；③不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。抗震设计的B 级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构的高层建筑其平面布置应简单、规则，减少偏心。
3.2 结构竖向布置。结构竖向设计应做到刚度均匀而连续，避免由于刚度突变而形成薄弱层。在地震区高层建筑的立面宜采用矩形、梯形、金字塔形等均匀变化的几何形状。高层建筑结构的竖向抗侧移刚度的分布宜从下而上逐渐减小，不宜突变。在实际工程中往往沿竖向分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级。截面尺寸的减小与混凝土强度等级的降低应在不同楼层，改变次数也不宜太多。《高层建筑混凝土结构设计技术规程》（JGJ3-2002）对需要抗震设防的高层建筑，要求沿竖向体型应规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向设计严重不规则的结构。
抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻的上部楼层侧向刚度的70％或其上相邻三层侧向刚度平均值的80％。结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。A 级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80％；B 级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的75％。注：《高层建筑混凝土结构技术规程》将钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比分为A 级和B 级。B 级高度高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可较A 级适当放宽，其结构抗震等级、
关键词：高层建筑低碳设计低碳理念围护结构风环境建筑选址
中图分类号：TU972 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0081-01
低碳发展是当今社会的发展途径和发展策略，在这样的共识和认知条件下，建筑设计要将低碳理念落实在关键环节与关键要点之上。高层建筑设计是当前设计工作的热点和焦点，应该在高层建筑设计中全面体现低碳理念，在把握高层建筑设计发展大方向的同时，利用设计工作独特的优势提升整个行业与社会低碳发展的层次和水平。应该在高层建筑设计的具体工作里正确认知低碳理念的价值，要从高层建筑的重点能耗和结构设计环节入手，强化高层建筑围护结构、风环境、建筑选择等方面的低碳设计，突破传统建筑设计的高能耗和高排放障碍，构建高层建筑设计的精品。
1 低碳理念对高层建筑设计的重要价值
建筑行业能耗占据社会总能耗一直处于占比较大的地位，特别是城市化发展逐步加速，生活和生产水平提升的背景下，我国建筑能耗的占比在2013年已经上涨为30.14%，成为能源消耗和碳排放最大的行业。在促进建筑行业发展和改善人民生活的综合发展目标社会环境中，建筑行业能耗和碳排放成为一道难题，发展离不开能源消耗，人民生活改善需要提高碳排放，而
过高的能源消耗和碳排放反过来会导致环境的恶化和生活质量的下降，形成了相互关联、相互嵌套的复杂矛盾。建筑设计是控制建筑能耗和碳排放的关键性工作，在建筑设计中体现低碳思想在今天已经刻不容缓，应该立足于建筑设计的主要部分――高层建筑设计工作，通过低碳理念的全面渗入和体现构建高层建筑低碳设计的新形式，在发挥高层建筑集约化和规模化优势的前提下，控制能耗的迅速扩大，降低建筑行业碳排放的持续增加，取得人们生活改善、环境重建、产业振兴等综合的平衡点，在提升高层建筑低碳设计水平的同时，做到对社会、行业共同进步的加速发展。
2 低碳理念应用高层建筑设计的要点
2 . 1 做好高层建筑围护结构设计首先，应该做好高层建筑围护结构的布局控制，一般在严寒区域选择高层建筑的外部保温维护结构，在南方可以根据高层建筑的风格和功能选择内外结合的保温维护结构还应该做好高层建筑维护结构的材料控制，应该选择质地较轻的外侧保温复合材料构成高层建筑围护结构。当前的围护结构材料存在着以下几方面的缺点：整体性能较差、易松散、抗震能力比较差、不能承受装修时或凿或刘时的震动（刹斧石面层预留洞槽易出现冷桥）、不能承受外部装修贴挂荷载（贴石材、安装装饰构件）、墙体的表面很容易出现裂纹。根据浏定结果，高层建筑中出现的冷桥大约要占总体热损失的5%～13%，正因为如此，这点非常受到设计者的重视，要采用有效的构造措施尽量使产生冷桥的可能性降到最低。除此之外，高层建筑外的围护琦体消耗能源会比较多 ， 大概占总体建筑能耗的25%。建筑外霉面积很主要的一个因素就形体变化。形体系数越大耗能也会越多，所以国外的很多高层建筑在设计时会设计成圆塔形。像是法国戴高乐机场的候机楼、美国洛衫矶的好运饭店，都是设计成了圆形或者椭圆形。众所周知，圆的周长在相同面积的所有图形当中是最短的，这样能够使建筑的外寡面积尽可能的小。所以说，为了减少能源损耗，高层建筑的形体变化不能太多，也不要过于复杂。
2 . 2 综合考虑高层建筑的风环境
风环境对于高层建筑的能耗有着直接而重要的影响，在春夏季节里空气流动会带来高层建筑室内外空气的交换，进而实现对室内空气、湿度的调节，这有利于降低高层建筑的能耗。在冬季高强度的风力会带来高层建筑室内热量的损失，进而导致高层建筑能耗的增加。在高层建筑的特殊部位由于低温，在风环境湿度过高的情况下会出现高层建筑结构冷凝水和渗水问题，不但影响高层建筑的寿命，而且也会增加高层建筑的能耗。高层建筑设计中要考虑到风环境正反两个方面的影响，利用风环境中的积极因素做到对高层建筑能耗的控制，降低高层建筑的碳排放；移植和规避风环境中的不利因素，做到对高层建筑节能和减排目标的保证。在具体的高层建筑设计中应该结合风环境，建立起相互遮挡、相互掩映的新结构，使风力按照有利于高层建筑节能减排目标实现的方式流动，做到低碳理念在高层建筑设计中的深层次应用与体现。
2.3 改善高层建筑的选址
建筑选址是高层建筑设计的重要问题，要充分认识到地理环境对高层建筑的影响。应该在高层建筑设计中根据日常光照原理，以低碳理念为中心，准确选址高层建筑的位，确定高层建筑的朝向，避免高层建筑之间出现遮蔽，使高层建筑最大数量和最大范围接受更多的日光照射。在具体的设计里应该以夏季和冬季太阳的入射高度和角度为基础，控制高层建筑选址，做到夏季高温条件下日照量的最小化，做到冬季低温条件下日照量的最大化，以此来控制高层建筑对温度调节时能源的消耗，在充分保障室内的舒适性和宜居性，做到对低碳目标的保证。
3 结语
在低碳环保和绿色减排的社会共识条件下建筑设计要遵循节能和低碳的理念，特别在高层建筑设计工作中更应该时间低碳的思想，明确高层建筑低碳设计的策略，通过高层建筑选址、维护结构创新等低碳设计方法，将低碳设计作为高层建筑设计的核心思想加以执行，在提升高层建筑设计水平的同时，将高层建筑节能、高层建筑减排等具体目标做到全面落实，构建高层建筑低碳设计的新体系，以适应建筑设计和社会发展的潮流。
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