發(fā)布時間：2023-07-20 16:25:16
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計 問題及對策
中圖分類號：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0054-01
由于社會以及科技的快速發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化作為我國高層建筑工程設(shè)計管理中的重要一環(huán)，其主要的目標(biāo)就是在于提升高層建筑的結(jié)構(gòu)合理性和經(jīng)濟(jì)性。但是在我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化過程中還存在很多的問題，無論是管理體制方面還是在具體的實(shí)施過程中，都存在很多的不足之處，所以我們需要加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化工作，保證各個環(huán)節(jié)都能夠做到科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、合理，從而使得高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化能夠得到最大程度的保障，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。而作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程師，就應(yīng)當(dāng)肩負(fù)起自身職責(zé)，做好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化工作。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)計算中要點(diǎn)與優(yōu)化策略
1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)計算中計算軟件選用的優(yōu)化
在利用結(jié)構(gòu)處理時，需要按照實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)挠嬎丬浖M(jìn)行處理，在選擇三維空間分析軟件時不能選取力學(xué)模型相同的，特別是在遇到受力比較復(fù)雜的情況下，譬如在對框支剪力墻進(jìn)行分析的過程中，因?yàn)槠洚a(chǎn)生了多次的變換，所以選擇軟件的過程中需要特別注意。同時在分析局部受力比較繁瑣的構(gòu)件時，還需要根據(jù)分析的結(jié)果對配筋設(shè)計進(jìn)行改動。
1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)計算中計算參數(shù)取值的優(yōu)化
（1）將抗震功能加入建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程時，需要考慮結(jié)構(gòu)的平扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)，將其加到結(jié)構(gòu)計算的過程中，要保證振型數(shù)等于或者大于十五，多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)需喲大于或者等于九倍的原振型數(shù)，同時還需要保證振型參與質(zhì)量大于等于結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的90%，如果達(dá)不到這個要求，就會在后面的計算過程中出現(xiàn)較大的誤差，計算結(jié)果也不再具有參考意義。
（2）對高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力位位移計算時，如果只把考慮梁、柱等關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度，而不計算非承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度，那么最終測量計算出來的自振周期就會比實(shí)際測量的值大，這樣最終設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)受到地震的作用也會相對較小。特別是在設(shè)計框架結(jié)構(gòu)過程時建筑的剛度很大，這樣就會導(dǎo)致，過多的實(shí)心墻體運(yùn)用會使得整個周期實(shí)測值變?。贿\(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)時，較少的磚塊使用量能夠保證墻體的剛度較小，這樣就能夠保證測量值和實(shí)際計算值之間的差距較小。因此在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計過程中，在考慮建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能時需要將非承重結(jié)構(gòu)的剛度等因素考慮進(jìn)去，使用數(shù)據(jù)時也需要結(jié)合非承重墻相關(guān)方面的數(shù)據(jù)，通過一定的計算進(jìn)行相應(yīng)的改動，但是現(xiàn)在很多建筑設(shè)計師在對結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)時，通常都是利用軟件的默認(rèn)值1.0，這樣就會導(dǎo)致很多有其他結(jié)構(gòu)的建筑都會存在很大的安全隱患，抗壓抗震能力十分微弱。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的要點(diǎn)與優(yōu)化策略
2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中梁柱構(gòu)造措施的優(yōu)化
一旦當(dāng)梁的腹板高度hW≥450 mm，在梁的兩個側(cè)面應(yīng)該按照高度配置縱向安排鋼筋，每側(cè)縱向鋼筋的截面面積不應(yīng)該比腹板截面積（bhW）的0.1%還要小，同時間距不應(yīng)該比200 mm大。在實(shí)行抗震設(shè)計的過程中，框架柱應(yīng)該達(dá)到剪壓比的需要，它的截面關(guān)鍵應(yīng)該讓軸壓比來掌控。不過在結(jié)構(gòu)設(shè)計里面常常會產(chǎn)生軸壓比μN(yùn)達(dá)上限甚至超限的現(xiàn)象，但箍筋的體積配箍率ρV卻無法達(dá)到規(guī)程需要的狀況。這就違背了框架柱的強(qiáng)剪弱彎準(zhǔn)則，同時對柱的延性產(chǎn)生了一定的作用。
2.2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中過渡層設(shè)計的優(yōu)化
如果剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在過渡層或者轉(zhuǎn)換層里面，比如底層框架剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在應(yīng)對地震時能夠展現(xiàn)出最大的抗剪切力合抗傾覆力矩，而且這種結(jié)構(gòu)不利于它在地震中的受力。而且，因?yàn)槭艿搅舜怪本鶆蚝奢d的作用，轉(zhuǎn)換層或者過渡層在受到剪力墻壓剪以及拉剪作用，結(jié)構(gòu)的橫向荷載發(fā)生作用，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層或者過渡層剪力墻結(jié)構(gòu)受到的很像承載力減少，同時結(jié)構(gòu)的抗裂性也會降低。通過實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，一旦結(jié)構(gòu)中的反復(fù)橫向荷載和垂直同時作用時，轉(zhuǎn)換層或者過渡層所受到的橫向荷載以及承載力就會減少很多?？墒侨绻凑掌匠５臋z驗(yàn)和計算對其進(jìn)行檢驗(yàn)時，如果結(jié)構(gòu)的垂直荷載或者結(jié)構(gòu)高跨比較小時，那么最后估算出來的剪力墻承載力就會比較大，這樣會導(dǎo)致整個建筑的安全系數(shù)較低，抗震能力較弱。因此，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層或者過渡層時應(yīng)該在每個結(jié)構(gòu)部分里加入構(gòu)造柱和圈梁，這樣就能夠形成一個類框架系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的抗震能力就得到了顯著提升，結(jié)構(gòu)過渡層或者轉(zhuǎn)換層傳送剪切力更加靈敏，延展性等各方面的性能會大大增強(qiáng)，整個建筑會更加趨于安全。
3 結(jié)語
總而言之，由于我國社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的大踏步快速發(fā)展，我國正在進(jìn)行的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，在高層建筑工程發(fā)展中慢慢體現(xiàn)出了極其重要的作用。在當(dāng)前國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢的一片大好的發(fā)展背景下，加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化管理，有著非同尋常的作用。與此同時，通過對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)優(yōu)化，能夠促進(jìn)投資成本在工程項(xiàng)目的質(zhì)量安全和環(huán)保節(jié)能等方面進(jìn)行合理而均衡的分配，從而使高層建筑項(xiàng)目獲得更高的增值，并進(jìn)一步推動我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及城市化步伐的加快。而負(fù)責(zé)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的相關(guān)人員，要對這些工作有充足的把握。在這種情況下，才會完成好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化等一系列工作，進(jìn)而保證高層建筑工程項(xiàng)目設(shè)計管理的順利進(jìn)行。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：高層建筑； 結(jié)構(gòu)設(shè)計；
中圖分類號： TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系需注意的問題
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在設(shè)計體系的選擇上需要注意以下幾個方面的問題：
1.1在設(shè)計體系中要注意保證建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中有固定的規(guī)范作為依據(jù)，隨著我國建筑業(yè)的快速發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范也在逐漸更新，在現(xiàn)行的新規(guī)范中，對于高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性做了詳細(xì)的說明。例如：高層建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。所以，建筑設(shè)計師要盡量保證建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。
1.2在設(shè)計體系中要注意保證高層建筑的整體高度不能超高
在高層建筑的設(shè)計與建設(shè)過程中，并非越高越好，而應(yīng)該根據(jù)抗震要求和實(shí)際需要設(shè)計高層建筑的整體高度。在目前的高層建筑設(shè)計與建設(shè)過程中，必須要充分考慮建筑抗震需要，并考慮高層建筑物的穩(wěn)定性，注意建筑物的高度要與地基和主體設(shè)計相配套，切不可盲目的追求建筑物的高度，而忽視了安全性和穩(wěn)定性。
1.3在設(shè)計體系中要注意選取合理的位置作為嵌固端
目前的高層建筑普遍設(shè)置了地下室和人民防空設(shè)施，對嵌固端的位置選擇可以設(shè)置在地下室，也可以設(shè)置在人民防空設(shè)施頂端，在嵌固端的選擇中，建筑設(shè)計師應(yīng)該特別注意嵌固端選擇帶來的安全問題，應(yīng)該既保證嵌固端剛度要求，又要保證嵌固端上下的抗震性能一致。除此之外，還要對嵌固端的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計計算。
1.4在設(shè)計體系中要注意根據(jù)實(shí)際設(shè)置短肢剪力墻
在高層建筑的設(shè)計體系中，短肢剪力墻的概念是墻肢截面高厚比為 5～8 的墻稱作短肢剪力墻。由于短肢剪力墻的作用比較特殊，在實(shí)際的高層建筑設(shè)計中應(yīng)用的比較少，如果設(shè)置了短肢剪力墻，容易給后續(xù)設(shè)計帶來麻煩，所以，短肢剪力墻的設(shè)置要根據(jù)實(shí)際進(jìn)行。
2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項(xiàng)
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，必須要做好結(jié)構(gòu)計算和分析工作，要對結(jié)構(gòu)的合理性和設(shè)計強(qiáng)度進(jìn)行詳細(xì)的計算，用數(shù)據(jù)作為設(shè)計的重要依據(jù)。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所執(zhí)行的新標(biāo)準(zhǔn)中，對于結(jié)構(gòu)計算和分析做了不同程度的調(diào)整，對原有的結(jié)構(gòu)計算和分析進(jìn)行了有益的補(bǔ)充。因此，我們在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要合理運(yùn)用新標(biāo)準(zhǔn)，并在以下幾個方面加以注意：
2.1要合理選擇高層建筑的結(jié)構(gòu)形式
在選擇高層建筑的結(jié)構(gòu)形式的時候，不但要考慮到建筑的美觀性，還要考慮到結(jié)構(gòu)形式的選擇是否合理，是否符合整體的安全性和穩(wěn)定性的要求。在選擇的過程中，一定要執(zhí)行高層建筑設(shè)計的新標(biāo)準(zhǔn)和新規(guī)范，使高層建筑的結(jié)構(gòu)形式符合平面規(guī)則。
2.2要合理設(shè)計高層建筑的總體高度
在上面的建筑設(shè)計體系中我們已經(jīng)對高層建筑的總體高度做了探討，在這里我們還要繼續(xù)明確這一點(diǎn)。高層建筑的總體高度除了要符合使用要求之外，還要符合高層建筑整體的安全性和穩(wěn)定性的要求，只有滿足這兩項(xiàng)要求，高層建筑的總體高度才是合理的。
2.3要做好高層建筑的地基與基礎(chǔ)設(shè)計工作
高層建筑和其他建筑物一樣，地基和基礎(chǔ)是關(guān)鍵，如果沒有堅固的基礎(chǔ)，高層建筑將無從談起。在地基與基礎(chǔ)設(shè)計的過程中，首先要對地質(zhì)條件進(jìn)行充分的了解，其次要根據(jù)地質(zhì)條件選擇地基設(shè)計方法，最后要將地基與基礎(chǔ)設(shè)計工作與整體計算結(jié)合在一起。
2.4要做好結(jié)構(gòu)件之外的普通構(gòu)件的強(qiáng)度計算工作
在高層建筑中，除了主要結(jié)構(gòu)件之外，還有一些在外墻及房頂上起到美觀作用的普通構(gòu)件。雖然這些普通構(gòu)件對整個建筑物不起結(jié)構(gòu)支撐作用，但是由于風(fēng)阻以及載荷等原因，需要考慮這些普通構(gòu)件對建筑物的影響，因此需要做好普通構(gòu)件的強(qiáng)度計算工作。
3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)分析
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要想做好設(shè)計工作，獲得滿意的設(shè)計方案，就必須對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn)進(jìn)行分析，把握其設(shè)計要點(diǎn)。通過多年的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)現(xiàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有以下特點(diǎn)：
3.1高層建筑的水平載荷是保證安全性和穩(wěn)定性的重要因素
高層建筑的水平載荷是結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須要考慮的因素，因?yàn)楦邔咏ㄖc普通建筑不同，樓房的自身重量和樓房側(cè)面的載荷在樓房縱向的構(gòu)件會引起軸力和彎矩的變化，這些數(shù)值變化都關(guān)系到高層建筑的水平載荷。只有處理好了水平載荷，在能有效保證高層建筑具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。
3.2高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中一定要防止出現(xiàn)軸向變形
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，除了要保證水平載荷外，還要控制好軸向變形，使軸向變形在可控的范圍之內(nèi)。由于高層建筑的縱向載荷較大，會引起主體立柱的軸向變形，如果軸向變形過大，將導(dǎo)致跨中彎矩與端支座彎矩變大，影響整體的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，會造成一定程度的側(cè)移動。
3.3高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須要考慮側(cè)移的因素，并加以控制
除了以上兩個特點(diǎn)之外，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，我們還要避免產(chǎn)生側(cè)移。對于側(cè)移的危害我們都有了解，不但危害高層建筑的壽命，而且極大的危害了高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。所以，我們要充分考慮到高層建筑與普通樓房的差異，在設(shè)計中要充分考慮側(cè)移的因素，并加以控制。
3.4高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中要保證一定的結(jié)構(gòu)延性
由于高層建筑的高度決定，高層建筑的整體結(jié)構(gòu)要偏柔一些，一旦遇到地震，發(fā)生的形變也比較大。為了保證高層建筑在發(fā)生變形之后能夠及時的恢復(fù)原有的形狀，避免垮塌，就要在結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，充分考慮這一因素，保證高層建筑的結(jié)構(gòu)具有一定的延性，使高層建筑能夠在一定的范圍進(jìn)行形變。
4如何解決高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的扭轉(zhuǎn)問題
建筑的三心通常是指結(jié)構(gòu)重心，剛度中心以及幾何形心，因此，在設(shè)計高層建筑的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)特別注意最大限度地將建筑的三心融匯在同一點(diǎn)上，也就是要保證高層建筑的三心合一。高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題具體指的是在設(shè)計高層建筑的結(jié)構(gòu)時，沒有切實(shí)的保證三心合一，因此，在水平荷載的作用之下，扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)便產(chǎn)生了。為了有效地防止由于在水平荷載所導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)破壞，因此就必須在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計階段，來對結(jié)構(gòu)形式與平面布局進(jìn)行科學(xué)及合理地選擇，最大限度地保證建筑物的三心合一。
往往由于受到了水平荷載的不良影響下，建筑物所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用實(shí)際的大小是由質(zhì)量分布所決定的。為了使建筑樓層的水平用力能夠均勻地分布于水平面，盡可能地將建筑結(jié)構(gòu)的振動減輕，那么對于建筑的平面來講，就應(yīng)當(dāng)采用正多邊形、矩形、方形、或者圓形等較為簡單的平面形式。由于建筑場地受到一定的限制以及城市規(guī)劃對建筑街景的要求，這就使得高層建筑無法全面的采取簡單的平面形式，如果需要采取一些不規(guī)則而又非常復(fù)雜的平面形式，比如十字形、L形、T形，那么就必須盡可能地把突出部分的厚度和凸出部分的寬度的比值控制在允許的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。與此同時，在布置平面結(jié)構(gòu)的時候，還應(yīng)當(dāng)確保結(jié)構(gòu)的對稱。
【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計原則；設(shè)計要點(diǎn)；分析研究
中圖分類號： TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
目前，房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作被提上了重要議事日程。隨著人們對生活質(zhì)量要求的提高，對建筑結(jié)構(gòu)的要求也越來越高。針對這樣的背景，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作更應(yīng)當(dāng)與時俱進(jìn)，運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計理念、建筑技術(shù)與材料，進(jìn)一步提高建筑設(shè)計的安全性、舒適性以及經(jīng)濟(jì)性。本文主要針對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則與要點(diǎn)進(jìn)行簡要論述。
1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)
在建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計要實(shí)現(xiàn)安全、適用和耐久的目標(biāo)，立足于現(xiàn)有的建筑技術(shù)、材料，優(yōu)化設(shè)計方案，推廣新型技術(shù)與材料，科學(xué)選擇結(jié)構(gòu)類型與體系，為建筑質(zhì)量提升奠定良好基礎(chǔ)。首先，要保證建筑結(jié)構(gòu)具有較高的安全性，不僅要能夠承載正常狀態(tài)下的荷載以及各種變形，而且在遭遇設(shè)計目標(biāo)值之內(nèi)的各種突發(fā)狀況，如臺風(fēng)與地震等，仍然能夠保持建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，不出現(xiàn)全部倒塌狀況。其次，要保證建筑結(jié)構(gòu)的適用，要能夠滿足建筑適用的各種日常功能，不因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計短板而影響日常功能的發(fā)揮。另外，還要保證結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計適用年限，體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性。
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)原則
2.1 強(qiáng)化抗震驗(yàn)算設(shè)計。在實(shí)施抗震驗(yàn)算過程中，要兼顧到不同場地區(qū)別，可以采取增加剪力墻的方式提升結(jié)構(gòu)抗震效果。結(jié)構(gòu)設(shè)計中可以將其設(shè)計為雙向梁柱剛接體系，進(jìn)一步提高垂直地震作用抗力，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)對突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的能力。
2.2 雨篷陽臺科學(xué)設(shè)計。對于跨度較大的陽臺以及雨篷，不能夠直接從填充墻理念出挑，要充分兼顧到梁的抗扭因素，較為科學(xué)的扭矩是梁中心線處板的負(fù)彎矩乘以跨度50%。
2.3 妥善處置電梯井壁。對于框架結(jié)構(gòu)建筑的電梯井壁，應(yīng)當(dāng)以粘土磚進(jìn)行砌筑，但不可使用磚墻進(jìn)行稱重，墻體重量應(yīng)當(dāng)以同層的梁進(jìn)行承重，在其四角澆筑構(gòu)造柱，增筑圈梁于門洞上部位。
2.4 暖溝進(jìn)行防水處理。在地下水位處于較高狀態(tài)時，要對暖溝進(jìn)行防水處理，通常使用U 型混凝土暖溝，暖氣管經(jīng)防水管套通進(jìn)室內(nèi)暖溝。如建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中有地下室，還要進(jìn)行混凝土抗?jié)B處理。
2.5 保持建筑布局規(guī)則。在建筑布局不夠規(guī)則的背景下，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)當(dāng)著眼于建筑的布局開展結(jié)構(gòu)布置，采取與之相吻合的構(gòu)造措施，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。
3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)
3.1 有效提高建筑地基結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。地基沉降引起的構(gòu)件破壞是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)當(dāng)充分考慮的因素，要從建筑、結(jié)構(gòu)以及地基等方面實(shí)施綜合控制，在運(yùn)用樁箱或樁筏結(jié)合方式操作中，一定要確保箱體整體剛度達(dá)標(biāo)，當(dāng)土層起伏值較大時，要運(yùn)用相同建筑結(jié)構(gòu)下同一土層中的樁端，對液化因素的影響也要充分考慮。在軟土層較厚的地區(qū)，要對地基進(jìn)行處理來對建筑的沉降進(jìn)行有效控制，處理方案應(yīng)當(dāng)結(jié)合地基特點(diǎn)、工程建設(shè)需要以及兼顧到安全性與經(jīng)濟(jì)性等方面因素，確保經(jīng)過處理之后的地基能夠滿足強(qiáng)度以及變形等方面的技術(shù)要求。
3.2科學(xué)掌控高層建筑高寬比例幅度。按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)條款，高層建筑高寬比具有限值，通常情況下，應(yīng)當(dāng)結(jié)合考慮方向的最小投影寬度對高寬比進(jìn)行測算，如果不適宜運(yùn)用最小投影寬度進(jìn)行測算的狀況下，可以由建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計部門與技術(shù)人員對實(shí)際情況進(jìn)行會商、研究之后確定最為科學(xué)的測算方法，確保不出現(xiàn)超限高層建筑設(shè)計。
3.3優(yōu)化框支梁支放在剪力墻的設(shè)計。雖然高層建筑相關(guān)設(shè)計與技術(shù)規(guī)范中對框支梁支放在混凝土剪力墻上沒有提出具體的要求，但是實(shí)際操作中等于對剪力墻施加了較大值的集中荷載，要對剪力墻設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。應(yīng)當(dāng)按照底部加強(qiáng)部位無翼墻的技術(shù)要求，以及對照框支柱截面高度限制技術(shù)規(guī)范、框支梁鋼筋水平段錨固要求，科學(xué)確定剪力墻的厚度，確保技術(shù)與質(zhì)量性能過關(guān)；對框支梁寬度范圍內(nèi)剪力墻設(shè)置暗柱，實(shí)施構(gòu)造計算以及配筋處理，對框支梁傳遞的荷載實(shí)施局部抗力驗(yàn)算。
3.4全面貫徹強(qiáng)柱弱梁建筑設(shè)計理念。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中運(yùn)用強(qiáng)柱弱梁理念，主要目標(biāo)是為了保障建筑物提高抗震效果而做出的一項(xiàng)重要舉措，柱毀壞了會導(dǎo)致整個建筑物損毀，但是梁毀壞了只能產(chǎn)生局部毀壞，減小建筑物毀壞程度。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計部門與人員應(yīng)當(dāng)牢記這一原則理念，對柱軸壓比進(jìn)行科學(xué)確定，并對柱斷面及配筋設(shè)置優(yōu)化調(diào)整，尤其是對邊柱、角柱進(jìn)行加強(qiáng)，重點(diǎn)是角柱加強(qiáng)，運(yùn)用全柱加密箍筋并且配筋率大于百分之一，對框架柱進(jìn)行全面強(qiáng)化，有效提高建筑物抗震性能。
4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計展望
當(dāng)前，隨著建筑學(xué)的發(fā)展以及信息化程度的提高、新型建筑材料的開發(fā)推廣，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展也會與時俱進(jìn)、日新月異。概念設(shè)計將會在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中展示更大的運(yùn)用空間，其能夠結(jié)合抗震設(shè)計的復(fù)雜要求，從宏觀上進(jìn)行合理抗震設(shè)計干預(yù)、計算，更加直觀、精確地顯示地震狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的各種性能數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化抗震計算，提升設(shè)計水平?？臻g受力、塑性內(nèi)力以及非彈性變形、時程分析等科學(xué)的設(shè)計理念與措施將會得到進(jìn)一步推廣運(yùn)用。另外，新型建筑材料的研究與推廣也會對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響，更加高強(qiáng)度、輕質(zhì)量和環(huán)保節(jié)能的新型建筑材料將會在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮更為明顯的作用。展望未來的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，新技術(shù)、新設(shè)備以及新材料的開發(fā)研究與運(yùn)用，將會對整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供更多的便利條件，能夠?yàn)榻ㄖ|(zhì)量的提升發(fā)揮積極的作用。
綜上所述，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，設(shè)計部門與從業(yè)人員一定要充分認(rèn)識建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性，堅持以嚴(yán)謹(jǐn)嚴(yán)肅的態(tài)度對待，深入研究各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)，尤其是要強(qiáng)化對實(shí)踐運(yùn)用中出現(xiàn)問題的分析研究，并采取有效措施進(jìn)行優(yōu)化，有效提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)化、合理化與經(jīng)濟(jì)化目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵字：高層建筑；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；對策探討
Abstract: This paper first describes the characteristics of high-level design of building structures, and then extended to high-rise building design principles, with emphasis on the high-rise building structure analysis and countermeasures.Key words: high-rise buildings; building structure design; countermeasures
中圖分類號：TU973文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-2104（2012）04-0020-02
高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個長期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過程,任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設(shè)計過程變得更加復(fù)雜或使設(shè)計結(jié)果存在不安全因素。那么，首先讓我們了解高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有什么特點(diǎn)呢？
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn)
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求和投資造價的高低等。它的主要特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：
1.1水平力設(shè)計
在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。
1.2抗震設(shè)計
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中如有涉及到有抗震設(shè)防的，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。
1.3軸向變形設(shè)計
采用框架體系和框架――剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時，此種軸向變形的差異將會達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁中間支座沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則
2.1選用適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D
結(jié)構(gòu)計算式在計算簡圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計算簡圖選用不當(dāng)則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實(shí)際結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的鉸結(jié)點(diǎn)和剛結(jié)點(diǎn)，但與計算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。
2.2選擇合適的基礎(chǔ)方案
基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析，選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算?；A(chǔ)設(shè)計應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報告，對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。
2.3選擇合理結(jié)構(gòu)方案
一個合理的設(shè)計必須選擇一個經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則。總而言之，必須對工程的設(shè)計要求、材料供應(yīng)、地理環(huán)境、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時應(yīng)進(jìn)行多方案比較，擇優(yōu)選用。
應(yīng)符合下列要求：
1）應(yīng)具有必要的承載能力、剛度和變形能力；
2）應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的能力；
3）對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取有效措施予以加強(qiáng)。
三、高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題分析及對策探討
3.1結(jié)構(gòu)的超高問題分析及對策
在抗震規(guī)范和高規(guī)范中，對結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴(yán)格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度以為，增加了B級高度，處理措施與設(shè)計方法都有較大改變。在實(shí)際工程設(shè)計中，出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題，導(dǎo)致施工圖審查時未予通過，必須重新進(jìn)行設(shè)計或需要開專家會議進(jìn)行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。
3.2嵌固端的設(shè)置問題分析及對策
由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。
3.3框支梁支放在剪力墻上的設(shè)計問題分析及對策
《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》對框支梁和框支柱的截面及配筋都有詳盡規(guī)定，但對框支梁支放在混凝土剪力墻上時卻未作任何規(guī)定或建議。事實(shí)上，當(dāng)框支梁支放在混凝土剪力墻上時，相當(dāng)于施加給剪力墻一個大的集中荷載，這個集中荷載包括豎向和水平向、集中壓力和推拉力以及集中彎矩和扭矩。盡管剪力墻沿墻長度方向具有較強(qiáng)的承載能力，但垂直于剪力墻支放的框支大梁所傳荷載的作用方向正是剪力墻的弱軸方向。因此，當(dāng)框支梁直接支放在混凝土剪力墻上時，建議按以下方面考慮剪力墻的設(shè)計：
1）按底部加強(qiáng)部位無翼墻的要求，參照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》有關(guān)對框支柱截面高度的限制，以及框支梁鋼筋水平段的錨固要求等初步確定剪力墻的厚度；
2）在不小于框支梁寬度范圍內(nèi)的剪力墻中按框支柱要求設(shè)置暗柱，進(jìn)行構(gòu)造計算和配筋；
3）針對框支梁所傳集中荷載進(jìn)行局部抗力驗(yàn)算。
3.4結(jié)構(gòu)調(diào)整問題分析及對策
目前在高層建筑的建筑平面形式中橢圓形建筑平面很受建設(shè)方的青睞。這種建筑形式現(xiàn)代感極強(qiáng)。但是這種建筑形式又有一個很大的弱點(diǎn)――結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)很大。為了減小或消除這一不利影響，我們首先要選擇一種合理的結(jié)構(gòu)形式，其次是在選定的結(jié)構(gòu)形式上采取進(jìn)一步改善結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)影響的技術(shù)措施。
3.5扭轉(zhuǎn)問題分析及對策
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心,在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn),即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一, 在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞, 應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局,盡可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下, 高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻,減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動,應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下,由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制,高層建筑不可能全部采用簡面形式,當(dāng)需要采用不規(guī)則L 形、T 形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時,應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi), 同時,在結(jié)構(gòu)平面布置時,應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。建筑結(jié)構(gòu)的振動周期問題包含兩方面: ①合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期；②控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。
四、結(jié)語
近年來，高層建筑發(fā)展十分迅速，建筑造型新穎獨(dú)特，建筑物的高度與規(guī)模不斷增加。隨著高層建筑進(jìn)一步的發(fā)展，滿足高層建筑的形式、材料、力學(xué)分析模型都將日趨復(fù)雜且多元化。實(shí)踐表明在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工過程中，設(shè)計、技術(shù)人員只有概念清晰，措施得當(dāng)，才能不斷地完善和發(fā)展高層建筑。
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關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題；措施
中圖分類號：TU208文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則
1、計算簡圖的選擇要適宜
在高層建筑的計算簡圖中有大家公認(rèn)的一個原則，在各種方案選取的時候必須除去個人的主觀意見，綜合各方面因素來選擇一個最為合適的設(shè)計方案，方案的選取與工程的整體機(jī)構(gòu)安全有著直接的聯(lián)系。無論對于哪一項(xiàng)工程來講，只有在計算簡圖的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的初步計算，因此我們可以看出對于選取合適的計算簡圖是極為重要的。眾所周知，再精準(zhǔn)的計算與設(shè)計，誤差在施工的過程中都是不可避免的。實(shí)際上，在工作中誤差是可以存在的，只要我們把誤差的范圍合理的控制在一定的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，那么誤差對于工程的整體質(zhì)量就不會產(chǎn)生很大的影響，因此需要我們更加精確的來計算簡圖，保證與實(shí)際誤差相差較小。
2、基礎(chǔ)方案的選擇
不能因?yàn)楣こ痰男枰怪車沫h(huán)境遭到破壞，以至于周邊環(huán)境的生態(tài)平衡遭到破壞，是現(xiàn)在設(shè)計的一個環(huán)保性特點(diǎn)。任何一個工程都必須以環(huán)境為中心來進(jìn)行設(shè)計和施工，使工程能夠很好地融入到自然中，使生態(tài)環(huán)境平衡和諧共存。在進(jìn)行基礎(chǔ)方案的設(shè)計時，首先要把各個方面的相關(guān)因素每一項(xiàng)都要進(jìn)行考慮，把每一方面的因素都要綜合起來，然后對工程的整體進(jìn)行一系列的評估來考慮其經(jīng)濟(jì)性，接著進(jìn)行對設(shè)計方案的正式審核，最后再進(jìn)行施工，在施工過程中始終要以可持續(xù)發(fā)展為中心的理念進(jìn)行施工，那么工程的質(zhì)量定會有一定的保障。
3、結(jié)構(gòu)方案的選擇
由于高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是很復(fù)雜的，在施工時我們要對各個方面的問題進(jìn)行考慮，例如線路的安排，供水問題等每一方面我們都必須要考慮周全。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中有一些重點(diǎn)考慮的部分，例如：周圍的施工環(huán)境、材料的選擇要求、抗擊自然災(zāi)害的能力。我們必須要嚴(yán)格遵守原則：水平和豎直。結(jié)構(gòu)方案不只是施工單位一方面的事情，使用方和施工單位要意見達(dá)成統(tǒng)一，在設(shè)計中和以后的發(fā)展方向上要仔細(xì)詳細(xì)的展望，為了選擇更合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，能夠最大限度的達(dá)到預(yù)期的目的。
4、對計算結(jié)果準(zhǔn)確的分析
現(xiàn)在，計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步使得計算機(jī)技術(shù)在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中能夠進(jìn)行應(yīng)用，但是不同的計算機(jī)軟件有可能導(dǎo)致計算結(jié)果出現(xiàn)一定的偏差，因此對計算機(jī)軟件的計算結(jié)果需要我們進(jìn)行準(zhǔn)確分析和把握。那么進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的人員必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面有充分實(shí)際的技能，還要充分的了解所應(yīng)用的計算機(jī)軟件，因此才能對計算機(jī)結(jié)果進(jìn)行客觀而準(zhǔn)確的分析。基于計算機(jī)軟件的不完善性，軟件可能存在缺陷，計算結(jié)果有可能會使得計算結(jié)構(gòu)與實(shí)際情況存在一定的偏差，出現(xiàn)偏差時要求結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對計算結(jié)果進(jìn)行判斷，在設(shè)計中做出一定程度的調(diào)整，來適應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求。
二、當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的問題
隨著高層建筑的不斷興建，我國很多高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中都暴露出了一些問題，對高層建筑的建設(shè)帶來了不利的影響。
1、對高層建筑抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計
與多層建筑相比，高層建筑在高度和層數(shù)上都有一個明顯的突破。從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度，高層建筑與多層建筑在設(shè)計方法以及設(shè)計原理上基本是一致的。兩者的區(qū)別主要體現(xiàn)在水平荷載作用，高層建筑的結(jié)構(gòu)材料必須能夠抵抗更大的水平荷載，對于高層建筑特別是帶高位轉(zhuǎn)換層、多塔樓和大底盤的高層建筑，都很容易在抗側(cè)力結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)問題。
2、高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的問題
高層建筑的地基基礎(chǔ)設(shè)計要求很高，有很多高層建筑的地基基礎(chǔ)設(shè)計沒有對荷載進(jìn)行全面的考慮，在進(jìn)行局部填土、隔墻設(shè)置等都沒有對荷載偏心的影響進(jìn)行考慮。在地基基礎(chǔ)設(shè)計中，沒有進(jìn)行沖切、抗剪和抗彎的處理。
3、高層建筑在軸壓比的控制上的問題
軸壓比的限制比在高層建筑中有著嚴(yán)格的規(guī)定，很多高層建筑的設(shè)計難以滿足軸壓比的規(guī)范要求，很多構(gòu)件的截面受到了限制。軸壓比的限制對高層建筑的質(zhì)量會產(chǎn)生很大的影響。
4、高層建筑對連梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計
高層建筑的連梁設(shè)計包括截面的尺寸、剪壓比的限制、連梁的剪力設(shè)計取值等等。如果高層建筑中對連梁的設(shè)計不準(zhǔn)確，截面高度過大，跨度過小，就會影響高層建筑的抗震效果。一旦發(fā)生地震，連梁的剪力和彎矩過大，難以達(dá)到相應(yīng)的抗震規(guī)范，影響高層建筑的使用安全。
5、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中對結(jié)構(gòu)計算的結(jié)果難以判斷
對結(jié)構(gòu)計算結(jié)果進(jìn)行判斷并不容易，高層建筑結(jié)構(gòu)計算所要考慮的因素眾多，不僅要對結(jié)構(gòu)自振周期、振型曲線、水平位移特征等因素進(jìn)行考慮，還要考慮其抗震設(shè)計的合理性。因此，很多高層建筑的設(shè)計中難以對結(jié)構(gòu)計算的結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，往往遺漏一些影響因素，造成結(jié)構(gòu)計算的不合理。
三、解決高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的具體措施
1、如何對高層建筑結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計
當(dāng)高層建筑的設(shè)計中有地下室這一內(nèi)容時，要對荷載進(jìn)行全面的考慮，地下室的外挑部分、局部填土、停車、水池等都會受到荷載偏向的影響。
在對筏基和箱基的梁板配筋進(jìn)行計算時，必須對底板上直接作用的梁板自重和荷載進(jìn)行相應(yīng)的扣除，當(dāng)箱筏的四邊邊區(qū)格和四角的地基反應(yīng)力過大的時候要對其進(jìn)行加強(qiáng)配筋。
如果高層建筑的地面有中庭設(shè)計，就必須對基礎(chǔ)底沿的軸線上進(jìn)行基礎(chǔ)梁的設(shè)置。在使用倒梁法進(jìn)行內(nèi)力分析時，注意不到頂?shù)闹虚g柱是不能夠作為支點(diǎn)的，在進(jìn)行集中荷載計算時必須同時計算柱底反力。
在對箱基進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要注意對洞口上下的連梁進(jìn)行考慮，驗(yàn)算其截面面積，如果洞口的大小或者位置出現(xiàn)修改，要對連梁抗剪強(qiáng)度和抗彎進(jìn)行復(fù)核。
如果采用的整體筏基和箱基的設(shè)計，就要對其樁土進(jìn)行考慮，樁土的共同工作會產(chǎn)生一定的影響。在對基礎(chǔ)底板進(jìn)行計算時，要對樁同作用的狀態(tài)或樁沉降狀態(tài)下的地基反力進(jìn)行考慮。
2、如何對高層建筑的軸壓比進(jìn)行控制
一般來說提高混凝土的強(qiáng)度是對高層建筑軸壓比進(jìn)行控制的直接方法。如果還不能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，則還可以使用其他方法來對軸壓比進(jìn)行控制。
混凝土的變形能力受到柱的箍筋的影響，因此可以通過對混凝土的橫向變形進(jìn)行約束，來對裂縫的擴(kuò)展進(jìn)行延緩，并對截面抗剪能力進(jìn)行提高。增大配箍率、使用合適的配箍形式都可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)延性的提高。在設(shè)計時，如果采用井字復(fù)合箍進(jìn)行沿柱全高，且保持箍筋的直徑、間距和肢距，一般來說直徑在8毫米以上，間距在100毫米以內(nèi)，肢距在100毫米以內(nèi)。如果采用復(fù)合螺旋箍進(jìn)行沿柱全高，則要保證8毫米以上的箍筋直徑，100毫米以內(nèi)的螺距和100毫米以內(nèi)的肢距。
在彈性模量方面，鋼筋的彈性模量高于混凝土6倍有余，如果配置了較多的縱向鋼筋在柱中，有余軸向壓力的影響，鋼筋會承擔(dān)更多的壓力，從而降低混凝土承擔(dān)的壓力。在設(shè)計中可以在柱截面中部加入附加芯柱，另加的縱向鋼筋的總面積不少于柱截面面積的0.8%都必須加入縱向鋼筋。
提高混凝土強(qiáng)度等級對軸壓比的控制有直接的效果，但混凝土的強(qiáng)度越高其脆性也越大，因此要控制混凝土強(qiáng)度等級不超過C60。
3、如何進(jìn)行連梁設(shè)計
在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》以及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)設(shè)計規(guī)范當(dāng)中都明確的規(guī)定了連梁的截面尺寸、剪壓比限制以及剪力設(shè)計取值等內(nèi)容。在具體的工程設(shè)計過程當(dāng)中，因?yàn)檫B梁具有較小的跨度以及高度較大的截面，因此在地震的作用下，彎矩和剪力在經(jīng)過內(nèi)力的計算之后都比較大，因此無法使規(guī)范的要求得到充分的滿足，在對其進(jìn)行設(shè)計的時候必須要以不同的情況為根據(jù)從而采取不同的措施。在地震作用下，為了對連梁的延性進(jìn)行保障，并對剪力和彎矩進(jìn)行有效的傳遞，剛度折減的系數(shù)就要高于0.55；在風(fēng)荷載的作用下，為了將連梁的裂縫控制在正常的適用范圍內(nèi)，就要使剛度折減的系數(shù)高于0.80。此外，如果調(diào)整剛度折減系數(shù)后連梁仍然難以滿足要求，則可以采用內(nèi)調(diào)幅，并配置足夠的箍筋。若連梁的超筋較多時，可以對連梁的高度進(jìn)行減小，以減小剪力和彎矩。
四、結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題
在建筑行業(yè)我們要不斷的提升自己，主要從以下幾方面：技術(shù)領(lǐng)域，先進(jìn)的技術(shù)是提高我們自身能力的保障，只有不斷的學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)，才能夠緊跟科學(xué)的腳步，也要鼓勵員工學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新；在設(shè)備方面，我們應(yīng)該加大對先進(jìn)的設(shè)備的投入力度，要做到我們的技術(shù)與世界接軌，對于那些新的高科技的設(shè)備一定要嚴(yán)格按照說明書的指導(dǎo)步驟進(jìn)行使用。這樣不但能夠提高我們的能力而且能夠更好的運(yùn)用這些高端的設(shè)備，從而大大的提高使用壽命；只有這樣我們才會更好的壯大自己，保證我們的工程質(zhì)量，讓人們能夠更加安心的生活，提高生活質(zhì)量。
五、結(jié)束語
為了充分的保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性和可靠性，我們應(yīng)對其結(jié)構(gòu)設(shè)計中的若干問題進(jìn)行深入的研究和分析，針對這些問題選擇最具針對性并且科學(xué)合理的設(shè)計對策，在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工過程中，相關(guān)人員應(yīng)具備清晰的概念設(shè)思路，同時選擇最有效的設(shè)計措施和施工方法，從而促進(jìn)我國高層建筑的健康發(fā)展。
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關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；可持續(xù)發(fā)展；教學(xué)改革
中圖分類號：TU317；G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）02-0072-04
高校肩負(fù)著培養(yǎng)高層次人才的重任，高校所培養(yǎng)的人才將直接或間接地影響社會的可持續(xù)發(fā)展。近年來，全國高校都在致力于探索如何培養(yǎng)新世紀(jì)的合格人才，即滿足社會可持續(xù)發(fā)展的人才。這種人才的培養(yǎng)，要求高校在教學(xué)過程中轉(zhuǎn)變教育觀念，積極大膽地進(jìn)行教學(xué)改革，樹立面向社會、面向世界、面向未來、可持續(xù)發(fā)展的教育觀。因此，在教學(xué)過程中就要更加突出對人的全面發(fā)展的整體要求，這無疑對高校教師提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是土木工程專業(yè)的核心課程之一，是一門與工程實(shí)際緊密聯(lián)系的專業(yè)技術(shù)課程，其工程實(shí)踐性和綜合性都很強(qiáng)。土木工程專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后大多從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工及技術(shù)管理等工作。因此，做好該課程的教學(xué)工作，讓學(xué)生掌握高層建筑結(jié)構(gòu)的分析理論與設(shè)計方法，對學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)后所從事的工作，具有十分重要的意義。
一、教學(xué)內(nèi)容存在的問題
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程內(nèi)容繁多、覆蓋面廣，涉及很多抽象的理論、公式，以及復(fù)雜的實(shí)際工程問題，而教學(xué)計劃僅40學(xué)時，內(nèi)容多與課時少的矛盾十分突出。因此，在教學(xué)過程中教學(xué)內(nèi)容的選擇尤為重要。
（一）根據(jù)不同生源的學(xué)生，選擇不同的教學(xué)內(nèi)容
學(xué)校高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程授課對象有土木工程專業(yè)統(tǒng)招本科和專升本學(xué)生，以及建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生，基礎(chǔ)差異較大。特別是專升本學(xué)生，部分學(xué)生的專科專業(yè)學(xué)的不是土木工程專業(yè)，在學(xué)習(xí)專業(yè)課時較為吃力。而建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生，力學(xué)基礎(chǔ)薄弱，大綱不要求掌握復(fù)雜的理論分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，側(cè)重于常見結(jié)構(gòu)體系的選型、結(jié)構(gòu)布置原則等基本概念、基本原理的掌握。因此，必須根據(jù)生源不同，選擇不同的授課內(nèi)容和授課方法。
（二）精選授課內(nèi)容，避免重復(fù)
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是在修完混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、基礎(chǔ)工程和建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計等課程之后開設(shè)的，與它們有緊密的聯(lián)系。因此，在教學(xué)過程中會碰到較多的內(nèi)容重復(fù)現(xiàn)象，例如：地震作用計算和框架結(jié)構(gòu)設(shè)計等教學(xué)內(nèi)容與建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計課程中的相關(guān)內(nèi)容重復(fù)；基礎(chǔ)設(shè)計和基礎(chǔ)工程課程中的部分內(nèi)容重復(fù)，等等。這就需要教師做好已有知識和新內(nèi)容之間的區(qū)分和銜接，避免與前述課程內(nèi)容重復(fù)，在課堂講解中做到重復(fù)的內(nèi)容講差別，相似的內(nèi)容講典型，突出重點(diǎn)，提高教學(xué)效率。
二、教學(xué)方法改革實(shí)踐
（一）多媒體教學(xué)與板書結(jié)合
針對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的特點(diǎn)，采用現(xiàn)代化教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合的授課方法。通過投影設(shè)備，將文字、圖片、動畫、錄像等教學(xué)信息直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，不僅節(jié)約了板書過程所占用的時間，豐富了課堂內(nèi)容，而且生動、形象地介紹國內(nèi)外高層建筑最新發(fā)展的情況能激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。為保證學(xué)生的聽課質(zhì)量，在講解該課程核心內(nèi)容框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用板書進(jìn)行全過程公式推導(dǎo)，輔助算例講解，使學(xué)生印象深刻，易于掌握。
（二）工程案例教學(xué)
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計必須遵循《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1]，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍反映規(guī)范中的內(nèi)容晦澀難懂，難以聯(lián)系具體工程實(shí)體，缺乏整體觀，結(jié)構(gòu)設(shè)計還只是停留在利用混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計理論對單個構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計，對結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計難以形成系統(tǒng)的思路。對此，在教學(xué)中可以結(jié)合具體工程實(shí)例詳細(xì)講解。如在框架―剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計章節(jié)中，直接講解規(guī)范給定的公式未免空洞；然而，若選定某高層框架―剪力墻結(jié)構(gòu)具體實(shí)例，從柱網(wǎng)布置、剪力墻數(shù)量估算及類型判斷，縱、橫向墻體單元劃分，計算簡圖，確定總框架、總剪力墻、連梁剛度計算直至內(nèi)力、位移計算，結(jié)合規(guī)范中的條文，依次理解運(yùn)用，分清不同抗震設(shè)防條件下內(nèi)力組合的要點(diǎn)，采用相應(yīng)情況下的地震調(diào)整系數(shù)。通過實(shí)例講解，學(xué)生即可初步具備結(jié)構(gòu)設(shè)計整體思路和工程概念，同時也理解了規(guī)范條文。工程案例教學(xué)把抽象的規(guī)范條文運(yùn)用于具體工程，可以最大限度地減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，提高學(xué)習(xí)效率[2]。
（三）手算與電算結(jié)合
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于計算工作量巨大，完全采用手算是非常困難的，但學(xué)生必須掌握基本的計算原理，會運(yùn)用簡化的計算方法計算簡單的結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)筑起基本的結(jié)構(gòu)設(shè)計流程。在此基礎(chǔ)上，教師應(yīng)利用工程上常用的結(jié)構(gòu)計算軟件PKPM 、SATWE、TAT、TBSA或SAP，結(jié)合具體的工程實(shí)例進(jìn)行上機(jī)計算演示，詳細(xì)講解計算參數(shù)取值方法、計算結(jié)果分析方法、施工圖繪制方法等，讓學(xué)生熟悉程序的操作要點(diǎn)。這樣不僅讓學(xué)生掌握了相關(guān)的計算原理，而且熟悉了結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的操作要領(lǐng)，還為學(xué)生就業(yè)增加了砝碼。
（四）理論與實(shí)踐結(jié)合
缺乏工程實(shí)踐和對工程的感性認(rèn)識是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍存在的問題。課外組織學(xué)生參觀高層建筑工地，現(xiàn)場講解分析高層建筑不同抗側(cè)力體系的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍，變形縫布置的要求及連接部位的構(gòu)造要求等。同時，對學(xué)生的課外學(xué)習(xí)提出要求，讓學(xué)生針對某些具體問題進(jìn)行深化學(xué)習(xí)，如剪力墻受力破壞特征、如何控制其高寬比保證承載力要求等。另外，引導(dǎo)、鼓勵學(xué)生結(jié)合課程內(nèi)容，積極參與學(xué)校組織的旨在培養(yǎng)大學(xué)生科研創(chuàng)新能力的“大學(xué)生科學(xué)研究訓(xùn)練計劃（SRTP）”，升華課堂教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生獨(dú)立思考、解決問題的能力。通過這一系列的實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生真正領(lǐng)悟到實(shí)踐與理論相結(jié)合的重要性，為今后的畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計乃至今后走上工作崗位打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。
（五）增加概念設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容
所謂概念設(shè)計，指通過無數(shù)的事故分析、震害分析，以及設(shè)計與使用分析，歸納、總結(jié)基本設(shè)計原則和設(shè)計思想，它是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員運(yùn)用所掌握的知識和工程經(jīng)驗(yàn)，在一些難以做出精確分析的問題中，從宏觀上決定結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基本問題的方法。
概念設(shè)計是目前土木工程設(shè)計領(lǐng)域中越來越受重視的一種思想。結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)是在特定的建筑空間中用整體的概念來正確處理構(gòu)件與構(gòu)件、構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，這就是概念設(shè)計的基本思路。概念設(shè)計是一種定性的設(shè)計，無需精確的數(shù)值計算。概念設(shè)計并非完全是工程設(shè)計經(jīng)驗(yàn)的累積，而是結(jié)構(gòu)工程師基本結(jié)構(gòu)理念的集中體現(xiàn)[3]。
在現(xiàn)有的高層建筑結(jié)構(gòu)教材中[4-6]，概念設(shè)計多認(rèn)為是僅限于高層建筑結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置原則這兩個章節(jié)；實(shí)際上，概念設(shè)計貫穿于結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程。為此，教師在授課時，可參照有關(guān)概念設(shè)計方面的書籍和文獻(xiàn)。
（六）改革考試形式
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程通常安排在第7學(xué)期，學(xué)生面臨著考研或者就業(yè)壓力，平時出勤率較低。傳統(tǒng)的閉卷考試多是填空題、名詞解釋、簡答題等需要記憶的題目，學(xué)生大多考前臨時突擊應(yīng)付考試，即使平常不怎么聽課仍然能考個好成績。這樣，就使考試這種檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的手段失去了意義。所以，考試形式改革勢在必行。
借鑒國家執(zhí)業(yè)資格考試方法，采用“閉卷與開卷相結(jié)合”的方法進(jìn)行考核?？荚嚦煽冇蓛刹糠纸M成：平時成績占20%，包括出勤、課堂測驗(yàn)、作業(yè)等；卷面成績占80%，采用閉卷與開卷結(jié)合的考試形式。其中，閉卷部分以基本理論和概念設(shè)計內(nèi)容為主，約占50%，主要考核學(xué)生對基本理論的掌握程度；開卷部分以基本的內(nèi)力計算和結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求為主，約占50%，主要考查結(jié)構(gòu)計算能力，題目具有較強(qiáng)的綜合性。由于改革了考試形式，這樣既能約束學(xué)生，保證出勤率，又能測試出學(xué)生的真實(shí)水平，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和主動性。
能力和素質(zhì)的培養(yǎng)不能僅靠教學(xué)改革，這是所有教育工作者、教育管理者和各級教育行政部門都必須深思的一個問題[7]。
三、實(shí)踐效果檢驗(yàn)
通過一系列的改革實(shí)踐，已初見成效。分析2003―2008級學(xué)生考試試卷，經(jīng)過統(tǒng)計、計算、分析后發(fā)現(xiàn)學(xué)生平均成績基本呈下降趨勢，試卷難度值、區(qū)分度及信度均逐年有所提高。
（一）平均分
平均分可以反映試卷試題難度的整體水平。由圖1可以看到，自從2008年開始探索教學(xué)改革，由于改變教學(xué)方法和考核形式，加大能力的培養(yǎng)和測試，一改往年單一的死記硬背的考核形式，考試題目靈活多樣，平均分逐年降低。
（二）難度
難度（P）是指試題的難易程度，除了與考生自身水平，試題本身的難易程度有關(guān)外，還與考生的心理素質(zhì)、答題技巧等因素有關(guān)[8]。試卷難度以0.2～0.5為宜，P>0.5為難題，P
（三）區(qū)分度
區(qū)分度（D）是反映試題效用高低的參數(shù)，是評價試卷質(zhì)量、篩選試題的主要指標(biāo)與依據(jù)[9]，它能反映出不同層次學(xué)生對知識的掌握程度，即
學(xué)生成績優(yōu)劣的層次[10]?？偟恼f來，試題太難或太易，其區(qū)分度都低，中等難度的試題區(qū)分度最強(qiáng)[11]。
通過計算各年試卷每道題的區(qū)分度，折算成試卷的區(qū)分度。從圖3可以看出，試卷的區(qū)分度在2008年以前多在0.25以下，區(qū)分度較差，說明試題質(zhì)量一般；經(jīng)改進(jìn)后，試卷質(zhì)量有所提高。
（四）信度
信度（B）是指試卷的穩(wěn)定性和可靠性程度，是衡量試卷質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。信度取值范圍為0～1，其值越大，信度越高。一般認(rèn)為大于0.9可靠性較好。通過信度系數(shù)計算，如圖4所示，試卷信度明顯提高，能較好地反映了學(xué)生的真實(shí)水平。
四、結(jié)語
通過高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)改革實(shí)踐，從課程教學(xué)內(nèi)容到課程教學(xué)的方式方法，進(jìn)行了一些改革嘗試，取得了一些有益的經(jīng)驗(yàn)。對實(shí)現(xiàn)由單純傳授知識向傳授知識、指導(dǎo)學(xué)習(xí)方法和培養(yǎng)能力的轉(zhuǎn)變以及從教師為中心向?qū)W生為中心的轉(zhuǎn)變起到了一定的促進(jìn)作用；將能力培養(yǎng)具體化，并落實(shí)到課程教學(xué)的具體過程之中，使學(xué)生的綜合能力顯著提高。
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Teaching reform of high-rise building structure design course based on sustainable development
NIU Haicheng， XU Haibin
（School of Civil Engineering， Henan Polytechnic University， Jiaozuo 454000， P. R. China）
關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；設(shè)計分析
Abstract: With the development of high-rise buildings in China's rapid development, increasing the height of the building, building types and functions are becoming more and more complicated. As a special form of high-rise building construction, strengthen the practice of the structure design of necessary. Building type and function more and more complex, the number of people more and more high-rise buildings, high-rise building structure system is also more and more diverse, the structure design of high-rise building has become more and more difficult and key points of engineering structure design of high-rise building work. This paper has carried on the analysis to the strengthening of high-rise building structure design idea from different point of view.
Key words: high-rise building; structure design; design and analysis
中圖分類號[TU208.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號
1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義
高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進(jìn)的設(shè)計，發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設(shè)計來判斷計算設(shè)計的合理性。
2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn)
軸向變形不容忽視：高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大；此外還會對預(yù)測構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結(jié)果。
2.1結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo)：相對于底層建筑而言，高層建筑的結(jié)構(gòu)更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
2.2水平荷載成為決定因素：一方面，因?yàn)楦邔咏ㄖ欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度變化。
3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題
3.1高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能
對于一個建筑物的最初的方案設(shè)計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點(diǎn)，而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。
3.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn)，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時，在結(jié)構(gòu)平面布置時，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。
3.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的側(cè)移和振動周期
建筑結(jié)構(gòu)的振動周期問題包含兩方面：合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期；控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。
(1)結(jié)構(gòu)自振周期
高層建筑的自振周期(T1)宜在下列范圍內(nèi)：
框架結(jié)構(gòu)：T1=(0.1—0.15)N
框一剪、框筒結(jié)構(gòu)：T1=(0.08-0.12)N
剪力墻、筒中筒結(jié)構(gòu)：TI=(0.04—0.10)N
N為結(jié)構(gòu)層數(shù)。
結(jié)構(gòu)的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi)：
第二周期：T2=(1/3—1/5)T1；第三周期：T3＝(1/5—1/7)T1。
(2)共振問題
當(dāng)建筑場地發(fā)生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發(fā)生共振。因此在建筑方案設(shè)計時就應(yīng)針對預(yù)估的建筑場地特征周期，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的層數(shù)，選擇合適的結(jié)構(gòu)類別和結(jié)構(gòu)體系，擴(kuò)大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發(fā)生。
關(guān)鍵詞：高層建筑建議 結(jié)構(gòu)設(shè)計
Abstract: With the development of our national economy, more and more high-rise buildings appear in our country. And along with the construction function and type diversification, the height increasing and building structure complicated, how to solve the city high-rise building structure design become the important problems that the national building designers present. This paper is to conduct a comprehensive study on the main problems of Chinese high-rise building structure design, and it puts forward the author his own ideas and suggestions.
Key words: high-rise building; proposal; structure design
中圖分類號: TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號：2095-2104（2012）
1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的特征[1]
與其它一般建筑相比，結(jié)構(gòu)設(shè)計在高層建筑設(shè)計中占有很重要地位，這是由于高層建筑的許多技術(shù)參數(shù)，諸如：建筑物的平面、立體、高度、外形、工程成本以及施工條件等都與結(jié)構(gòu)形式的選擇密切相關(guān)，錯誤的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計不僅會降低建筑的使用功能和使用壽命，甚至影響建筑物的穩(wěn)定性和抗震能力，嚴(yán)重影響建筑物安全。其主要特征有以下幾個方面：
1．1水平荷載的影響明顯
對于普通房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計的選擇在很大程度上由結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生的重力決定。而對于高層建筑，起決定性作用的則是建筑所受到的水平荷載情況。這是因?yàn)樵谪Q構(gòu)件中，樓面的工作荷載和建筑所受重力所引起的軸向力和彎矩的數(shù)值與建筑高度成一次方的正比例關(guān)系；而由于水平荷載對豎構(gòu)件引起的軸向力，則與建筑的高度成兩次方的正比例關(guān)系。一般情況下風(fēng)荷載和地震是最重要的水平荷載影響因素，它的大小與建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性有關(guān)，是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要考慮的重要內(nèi)容。
1．2結(jié)構(gòu)側(cè)移
隨著樓房高度的增加，在高層建筑中，由水平荷載造成的結(jié)構(gòu)側(cè)向位移會隨著樓層的增加而急劇上升，其與建筑物的高度成4次方的正比例關(guān)系。而且側(cè)向位移的增大情況還會受到新的建筑材料或者技術(shù)應(yīng)用的影響。側(cè)向位移的控制，直接影響著居住人員舒適感和建筑裝飾材料的使用壽命，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)建筑物倒塌等重大安全問題，對人員的生命和財產(chǎn)安全造成重大損害。因此結(jié)構(gòu)的水平荷載情況是高層建筑安全的重要指標(biāo)，其數(shù)值應(yīng)該被嚴(yán)格限制在國家規(guī)定的安全范圍之內(nèi)。
1．3結(jié)構(gòu)的抗震性能[2]
具有良好的抗震性能是對高層建筑設(shè)計的基本要求，具體來說就是小震不壞，大震不倒。在抗震設(shè)計中，建筑設(shè)計師必須綜合考慮常規(guī)設(shè)計中的基本元素，諸如：風(fēng)載荷，環(huán)境載荷以及豎向載荷等。還要考慮有可能會出現(xiàn)的地震載荷的影響，使得建筑物具有良好的抗震安全性。尤其是在我國處于地震帶地區(qū)的高層建筑，其抗震性能必須達(dá)到或高于國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。
2、當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題
2．1設(shè)計高度
我國對各種常見的建筑結(jié)構(gòu)體系有著一系列的高度使用標(biāo)準(zhǔn)，具體規(guī)范可查詢我國現(xiàn)行的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3—2002)。它的制定主要是綜合考慮了建筑的經(jīng)濟(jì)性與適用性，另外我國的現(xiàn)實(shí)國情和建筑技術(shù)情況也對高層建筑的設(shè)計高度有著重要制約作用。由于我國許多高層建筑物的修建早于這一標(biāo)準(zhǔn)的頒布，再加上規(guī)范并沒有獲得嚴(yán)格的執(zhí)行，因此實(shí)際上我國有許多高層建筑的高度超過了這個限制。
2．2抗?fàn)幮阅?/p>
由于我國的具體國情，對建筑物的財力投入相對國外來說較少，這直接導(dǎo)致了我國建筑的抗震標(biāo)準(zhǔn)較低。不僅如此，由于我國關(guān)于建筑物抗震能力的計算方法和國外不同，實(shí)際上導(dǎo)致了我國建筑物的抗震能力與同類型的國外建筑相比較差；在一系列保證抗震延性的要求上，比如：使用配筋的比率、軸壓比、梁柱承載力匹配等參數(shù)上，也與外國不同。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，過去較低的建筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)帶來了越來越大的經(jīng)濟(jì)損失。
2．3選材及結(jié)構(gòu)問題
在地震多發(fā)區(qū)，工程師首先要考慮的一個問題就是采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系。據(jù)統(tǒng)計高達(dá)85％以上的地震作用力由結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)筒承受。因此做好對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值控制是保證高層建筑抗震性能的重要要求。
3、如何改善高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計
3．1選擇適合的材料和結(jié)構(gòu)形式[3]
根據(jù)結(jié)構(gòu)采用的材料不同，高層建筑的可分為以下四種結(jié)構(gòu)體系：①鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，②鋼結(jié)構(gòu)體系，③鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)體系④鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)系。而根據(jù)所采用的結(jié)構(gòu)形式不同，可以將高層建筑結(jié)構(gòu)分為①框架式結(jié)構(gòu)體系，②框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系，③剪切力墻式結(jié)構(gòu)體系。高度低于60m的建筑可以利用柱或梁等附加結(jié)構(gòu)作為承受豎向和水平荷載的結(jié)構(gòu)；剪力墻結(jié)構(gòu)體系適應(yīng)于高層建筑，它是利用建筑的墻體來承受側(cè)向力和豎向載荷。它具有強(qiáng)度大，良好的整體性以及受水平力作用的變形小等特點(diǎn)，但是由于其具有建筑內(nèi)部死板的平面布置要求，故不適合應(yīng)用在公共建筑中；架一剪力墻結(jié)構(gòu)體是利用框架和剪力墻的組合，它廣泛使用于高層建筑中，具有良好的實(shí)用性，靈活的布局以及出色的抗震力學(xué)性能。
3．2對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計[4][5]
(1)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度可以通過增加抗彎結(jié)構(gòu)體系的有效寬度來獲得提高。在高層建筑結(jié)構(gòu)中增加有效寬度可以增大結(jié)構(gòu)的抵抗力臂，從而將傾覆力減小。從材料力學(xué)的原理可以了解到，同樣面積、抗傾覆力與結(jié)構(gòu)的寬度的關(guān)系不同，可以獲得互不相同的幾何特征。比如：在同等面積下，矩形截面的截面慣性矩要小于工字形截面，圓形截面則小于前面兩種截面。這就是為什么增加結(jié)構(gòu)有效寬度后，整個結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度得到很大提高。
(2)剪力墻的超筋。一般在分析軟件中設(shè)定的剪力墻的暗柱最大配筋率是5％，而現(xiàn)行的各規(guī)范給出剪力墻主筋的配筋面積時，是以邊緣構(gòu)件方式說明的，沒有給出最大配筋率。所以可以結(jié)合實(shí)際情況考慮程序給出的剪力墻超筋的警告信息；如果結(jié)構(gòu)在水平地震力作用下抗剪承載力不夠，就會表現(xiàn)出剪力墻連梁超筋。
3．3變形縫的設(shè)置[6][7][8]
(1) 設(shè)置沉降縫。沉降縫應(yīng)當(dāng)設(shè)置在建筑物的下列位置：地基土具有明顯的壓縮性變化的地方；②建筑物具有復(fù)雜平面結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)折部位；③地下室的邊界處；④建筑結(jié)構(gòu)變化處；⑤大尺度的磚石承重結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的某些位置；⑥高度和荷載均有變化處；⑦地基基礎(chǔ)處理方法不同處。
(2) 設(shè)置伸縮縫。當(dāng)建筑的排架結(jié)構(gòu)柱高(從建筑物的基礎(chǔ)頂面算起)低于5m時，應(yīng)當(dāng)適度減小縮縫間距。
4、結(jié)語
對于建筑設(shè)計師來說，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項(xiàng)涉及到許多考慮因素和設(shè)計技術(shù)的綜合性工作。它有著巨大的應(yīng)用前景和意義。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，建筑業(yè)勢必向著高層建筑逐漸普及的方向發(fā)展，因此國家對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求將會越來越高。在設(shè)計高層建筑的具體結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)工程師必須從結(jié)構(gòu)的安全性能、使用功能、建筑的美觀等方面進(jìn)行綜合考慮，合理運(yùn)用建筑學(xué)理論知識來處理實(shí)際設(shè)計中遇到的各種問題，才能設(shè)計出安全合理的高層建筑結(jié)構(gòu)。
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