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篇1

【關(guān)鍵詞】 抗震設(shè)計(jì); 概念設(shè)計(jì); 高層建筑結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TU208文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

地震作用影響因素極為復(fù)雜，它是一種隨機(jī)的、尚不能準(zhǔn)確預(yù)見和準(zhǔn)確計(jì)算的外部作用，目前規(guī)范給出的計(jì)算方法還是一種半經(jīng)驗(yàn)半理論的方法，要進(jìn)行精確的抗震計(jì)算還有一定的困難，因此人們?cè)诠こ虒?shí)踐中提出了“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”。結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該是綜合概念設(shè)計(jì)、計(jì)算和結(jié)構(gòu)措施等完整的一系列設(shè)計(jì)。

1 建筑的抗震概念設(shè)計(jì)

所謂“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，依此進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。掌握了抗震概念設(shè)計(jì)，有助于明確抗震設(shè)計(jì)思想，靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用抗震設(shè)計(jì)原則，使設(shè)計(jì)人員不至于陷入盲目的計(jì)算工作，從而做到比較合理地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2 高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更應(yīng)重視概念設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，雖然分析計(jì)算是必須的，也是設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，但僅靠此往往不能滿足結(jié)構(gòu)安全性、可靠性的要求，不能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，因此必須非常重視概念設(shè)計(jì)。從某種意義上講，概念設(shè)計(jì)甚至比分析計(jì)算更為重要，因?yàn)楹侠淼慕Y(jié)構(gòu)方案是安全可靠的優(yōu)秀設(shè)計(jì)的基本保證。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其是在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，更應(yīng)重視概念設(shè)計(jì)。這是因?yàn)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、發(fā)生地震時(shí)震動(dòng)的不確定性、人們對(duì)地震時(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)認(rèn)識(shí)的局限性與模糊性、高層結(jié)構(gòu)計(jì)算尤其是抗震分析計(jì)算的精確性、材料性能與施工安裝時(shí)的變異性，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的假定與地震時(shí)的實(shí)際工作有很大的差異以及其他不可預(yù)測(cè)的因素，致使設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果( 尤其是經(jīng)過實(shí)用簡化后的計(jì)算結(jié)果) 與實(shí)際相差較大，甚至有些作用效應(yīng)至今尚無法定量計(jì)算出來。

3 高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

3. 1 首先應(yīng)重視高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的形狀設(shè)計(jì)方案。合理的建筑布置在抗震設(shè)計(jì)中是頭等重要的，提倡平、立面簡單對(duì)稱，因?yàn)檎鸷Ρ砻?，此種類型建筑在地震時(shí)較不容易破壞，而且容易估計(jì)出其地震反應(yīng)，易于采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理?！敖ㄖY(jié)構(gòu)的規(guī)則性”包含了對(duì)建筑的平立面外形尺寸，抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布，承載力分布等諸多因素的綜合要求?！耙?guī)則建筑”體現(xiàn)在體形( 平面和立面的形狀) 簡單; 抗側(cè)力體系的剛度承載力上下變化連續(xù)、均勻; 平面布置基本對(duì)稱。

3. 2 結(jié)構(gòu)剛度、承載力和延性要有合理的匹配

當(dāng)結(jié)構(gòu)具有較高的抗力時(shí)，其總體延性的要求可有所降低; 反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。對(duì)結(jié)構(gòu)提出了“綜合抗震能力”的概念，就是要綜合考慮整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力和構(gòu)造等因素，來衡量結(jié)構(gòu)具有的抵抗地震作用的能力。地震時(shí)建筑物所受地震作用的大小與其動(dòng)力特性密切相關(guān)，與其具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性密切相關(guān)。但是，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，往往是以提高工程造價(jià)及降低結(jié)構(gòu)延性指標(biāo)為代價(jià)的。要使建筑物具有很強(qiáng)的抗倒塌能力，最理想的是使結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都具有較高的延性，然而實(shí)際工程中很難做到。有選擇地提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及關(guān)鍵桿件的延性是比較經(jīng)濟(jì)有效的辦法。因此，在確定建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)，需要在結(jié)構(gòu)剛度、承載力及延性之間尋找一種較好的匹配關(guān)系。

3. 3 設(shè)計(jì)多道設(shè)防結(jié)構(gòu)

3. 3. 1 超靜定結(jié)構(gòu)

靜定結(jié)構(gòu)是只有一個(gè)自由度的結(jié)構(gòu)，在地震中只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)破壞或一個(gè)塑性鉸出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)就會(huì)倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)必須做成超靜定結(jié)構(gòu)，因?yàn)槌o定結(jié)構(gòu)允許有多個(gè)屈服點(diǎn)或破壞點(diǎn)。將這個(gè)概念引申，抗震結(jié)構(gòu)不僅是要設(shè)計(jì)成超靜定結(jié)構(gòu)，還應(yīng)該做成具有多道設(shè)防的結(jié)構(gòu)。第一道設(shè)防結(jié)構(gòu)中的某一部分屈服或破壞只會(huì)使結(jié)構(gòu)減少一些超靜定次數(shù)。同時(shí)要注意分析并控制結(jié)構(gòu)的屈曲或破壞部位，控制出鉸次序及破壞過程。有些部位允許屈服或允許破壞，而有些部位則只允許屈服，不允許破壞，甚至有些部位不允許屈服。例如，帶連梁的剪力墻中，連梁應(yīng)當(dāng)作為第一道設(shè)防，連梁先屈曲或破壞都不會(huì)影響墻肢獨(dú)立抵抗地震力。

3. 3. 2 雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系

雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系是可能實(shí)現(xiàn)多道設(shè)防結(jié)構(gòu)的一種類型，而且雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的抗震性能較好。這里提出的雙重抗側(cè)力體系的特點(diǎn)是，由兩種變形和受力性能不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成，每個(gè)抗側(cè)力體系都有足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接協(xié)同工作，共同抵抗外力。特別是在地震作用下，當(dāng)其中一部分結(jié)構(gòu)有所損傷時(shí)，另一部分應(yīng)有足夠的剛度和承載力能夠共同抵抗后期地震作用力。在抗震結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)雙重抗側(cè)力體系實(shí)現(xiàn)多重設(shè)防，才是安全可靠的結(jié)構(gòu)體系。

3. 3. 3 總結(jié)構(gòu)體系與基本分結(jié)構(gòu)體系

1972 年 12 月 23 日尼加拉瓜首都發(fā)生強(qiáng)烈地震，1 萬多棟樓房倒塌。林同炎公司 1963 年設(shè)計(jì)的美州銀行大樓，雖位于震中，承受比設(shè)計(jì)地震作用 0. 06g 大 6 倍的地震 0. 35g而未倒塌，引起世界同行的高度重視。眾所周知，建筑物在地震作用下的運(yùn)動(dòng)與由風(fēng)引起的位移是不同的，在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)會(huì)在任意方向變形。在高層建筑中，這種變形更為復(fù)雜。當(dāng)然主要是第一振型，同時(shí)也包括具有鞭梢效應(yīng)的第二、第三振型，變形量很大。所以設(shè)計(jì)者主要考慮的是如何避免就其結(jié)構(gòu)固有特征會(huì)引起倒塌的過大變形。再則，設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)所考慮抗風(fēng)與抗地震要求的出發(fā)點(diǎn)往往是矛盾的。剛度大的結(jié)構(gòu)對(duì)抗風(fēng)荷載有利，動(dòng)力效應(yīng)小; 反之，較柔的結(jié)構(gòu)有利于抗震。所以要設(shè)計(jì)一個(gè)抗風(fēng)及抗震性能都很好的高層結(jié)構(gòu)不很容易。林同炎教授的設(shè)計(jì)思想是設(shè)計(jì)一個(gè)由 4 個(gè)柔性筒組成的，具有很大抗彎剛度的結(jié)構(gòu)總體系。在抗風(fēng)荷載及設(shè)防烈度的地震作用下表現(xiàn)為剛性體系。當(dāng)遇到罕見的強(qiáng)烈地震時(shí)，通過控制各分體系( 柔性筒) 之間的聯(lián)接構(gòu)件( 鋼筋混凝土連梁) 的屈服、破壞，而變成具有延性的結(jié)構(gòu)體系，即各分體系獨(dú)立工作，則結(jié)構(gòu)的自振周期變長，阻尼增加，即使超出彈性極限，仍持有塑性強(qiáng)度，可做到搖擺而不倒塌。地震后的實(shí)地觀察，證明其設(shè)計(jì)思想是正確的，正如預(yù)料的那樣，聯(lián)梁的混凝土剝落，梁中有明顯裂縫。但四個(gè)柔性筒的本身均無裂縫，筒壁仍處于彈性階段。

3. 4 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件應(yīng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)或構(gòu)件

延性是指構(gòu)件或結(jié)構(gòu)具有承載能力基本不降低的塑性變形能力的一種性能。在“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)原則下，結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)。當(dāng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)時(shí)，由于塑性變形可以耗散地震能量，結(jié)構(gòu)變形加大，但結(jié)構(gòu)承受的地震作用不會(huì)直線上升，也就是說，結(jié)構(gòu)是用它的變形能力在抵抗地震作用。延性結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件，強(qiáng)底層柱”原則，承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。

3. 5 應(yīng)有意識(shí)地加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)

( 1) 結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲(chǔ)備，構(gòu)件的實(shí)際承載力分析( 而不是承載力設(shè)計(jì)值的分析) 是判斷薄弱層的基礎(chǔ)。

( 2) 要使樓層( 部位) 的實(shí)際承載力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力之比在總體上保持一個(gè)相對(duì)均勻的變化，一旦樓層( 部位) 的這個(gè)比例有突變時(shí)，會(huì)由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中。

( 3) 要防止在局部上加強(qiáng)而忽視整個(gè)結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。

( 4) 在抗震設(shè)計(jì)中有意識(shí)、有目的地控制薄弱層( 部

位) ，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的主要手段。

4 做好高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)還應(yīng)注意的問題

( 1) 結(jié)構(gòu)方案要根據(jù)建筑使用功能、房屋高度、地理環(huán)境、施工技術(shù)條件和材料供應(yīng)情況、有無抗震設(shè)防來選擇合理的結(jié)構(gòu)類型。

( 2) 不同結(jié)構(gòu)體系在豎向荷載、風(fēng)荷載及地震力作用下的受力特點(diǎn)。

( 3) 風(fēng)荷載、地震作用及豎向荷載的傳遞途徑。

( 4) 結(jié)構(gòu)破壞的機(jī)制和過程，以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)。

( 5) 預(yù)估和控制各類結(jié)構(gòu)及構(gòu)件塑性鉸區(qū)可能出現(xiàn)的部位和范圍。

( 6) 場(chǎng)地選擇、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及地基變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。

( 7) 各類結(jié)構(gòu)材料的特性及其受溫度變化的影響。

( 8) 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗震產(chǎn)生的有利和不利影響，要協(xié)調(diào)布置，并保證與主體結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造的可靠等。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ GB 50011 －2001 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

篇2

關(guān)鍵詞：；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；;設(shè)計(jì)方法; 結(jié)構(gòu)體系

Abstract: below the author connecting with the work practice, from several aspects, tall building structural design concept to pay attention to the issue.

Keywords:; Structure design; ;Design method; Structure system

中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

對(duì)一個(gè)超高層建筑來說，與建筑相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置等概念設(shè)計(jì)不是絕對(duì)的，但合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該是惟一的。我們所要做的工作就是把一些互相制約的因素統(tǒng)一協(xié)調(diào)，以滿足建筑物的安全性、適用性和耐久性的要求。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1重力荷載迅速增大

隨著建筑物高度的不斷增加重力荷載呈直線上升，作用在豎向構(gòu)件柱、墻上的軸壓力增加，對(duì)基礎(chǔ)承載力的要求也更加提高。

1.2控制建筑物的水平位移成為主要矛盾

1.3效應(yīng)成為不可忽視的問題

超高層建筑高寬比較大，側(cè)向剛度相對(duì)較弱，水平位移量大（圖2），重力與水平位移所產(chǎn)生的附加彎矩常常大于初始彎矩的10％，必須考慮重力二階效應(yīng)。

圖1風(fēng)荷載高度變化示意圖2水平位移沿高度變化示意

1.4豎向構(gòu)件產(chǎn)生的縮短變形差對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響增大

豎向構(gòu)件的總壓縮量主要由受力變形、干縮變形和徐變變形三部分組成，對(duì)于全鋼結(jié)構(gòu)僅需考慮受力變形產(chǎn)生的縮短影響，對(duì)于鋼混結(jié)構(gòu)、鋼組合結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)必須考慮干縮縮短和徐變縮短的影響。一般受力變形瞬時(shí)完成，其變形量可用胡克定律作近似計(jì)算；干縮變形完成的時(shí)間較長，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)約為總壓縮量的30％；徐變變形完成的時(shí)間更長，線性徐變可由公式簡單計(jì)算；構(gòu)件的總壓縮量隨著構(gòu)件的高度H平均壓應(yīng)力的增加而加大。

超高層建筑的豎向構(gòu)件不但H和較大，而且構(gòu)件之間的壓應(yīng)力差也較大，因此設(shè)計(jì)中除了通過控制軸壓比使豎向構(gòu)件之間的壓應(yīng)力較接近外，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采取逐步將各層柱頂找平后再進(jìn)行下一道工序的施工辦法來減小變形差；對(duì)鋼結(jié)構(gòu)采取預(yù)留柱、墻壓縮量的方法來減小變形差；總體結(jié)構(gòu)分析時(shí)采取模擬施工方法，減小變形差對(duì)內(nèi)力計(jì)算的影響。

1.5傾覆力矩增大，整體穩(wěn)定性要求提高

建筑物高度的增加使得側(cè)向力引起的傾覆力矩增大，抗傾覆要求提高。實(shí)際工程中常常采取增加基礎(chǔ)埋深、加大基礎(chǔ)寬度或采用抗拔樁基等措施來滿足整體穩(wěn)定性要求。

1.6防火、防災(zāi)的重要性凸現(xiàn)

超高層建筑多采用鋼混結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，而鋼材耐熱不耐火的特性更易加重某些次生災(zāi)害的發(fā)生，例如美國世貿(mào)中心的倒塌。一般緊急情況下高樓所需要的疏散時(shí)間較長，從頂層飛機(jī)救援的行動(dòng)也常會(huì)受到各方面因素的制約，使得實(shí)施比較困難，因此防火、防災(zāi)的設(shè)計(jì)更為重要，目前關(guān)于防災(zāi)方面的具體要求我國還沒有相應(yīng)的規(guī)程可循。

1.7建筑物的重要性等級(jí)提高

超高層建筑常作為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑，資金投入大，在政治、經(jīng)濟(jì)、文化中所起的作用重大，破壞影響較大、波及范圍較廣，不論其建筑類別均屬于重要建筑，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度要提高，一般情況下重要性系數(shù)取1.1，特殊情況下也可取1.2。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

2.1減輕自重，減小地震作用

采用高強(qiáng)輕質(zhì)材料（如全鋼結(jié)構(gòu)、幕墻圍護(hù)、輕質(zhì)隔斷等），減輕結(jié)構(gòu)自重，減小地震作用。

2.2降低風(fēng)作用水平力

2.2.1減小迎風(fēng)面積

正方形平面形式，橫向迎風(fēng)面最??；如計(jì)算對(duì)角線方向的迎風(fēng)面寬，則圓形平面最小；在立面上適當(dāng)位置開洞泄風(fēng)（如上海環(huán)球金融中心大廈，風(fēng)力降低更直接。

2.2.2降低風(fēng)力形心

采用下大上小的立面體型，既減小高風(fēng)壓在高處的迎風(fēng)面積，又降低風(fēng)作用重心，使建筑物底部的傾覆總彎矩減小。同時(shí)下大上小的立面體型對(duì)建筑底部來說增大了抵抗矩，提高了穩(wěn)定性，如巴黎的埃菲爾鐵塔。

2.2.3選用體型系數(shù)較小的建筑平面形狀

體型系數(shù)從小到大可選用下列平面順序：圓形平面!正多邊形平面!正方形平面，采用流線光滑的外形，避免凹凸多變的建筑形式，減小整體和局部風(fēng)壓的體型系數(shù)。

2.3減少振動(dòng)，耗散輸入能量

采用阻尼裝置或加大阻尼比，減少振動(dòng)影響，如臺(tái)北國際金融中心大廈%$&。

選用耗能、減振的結(jié)構(gòu)體系，如采用偏心支撐的鋼結(jié)構(gòu)具有耗能的水平段，采用橡膠支座可以減振等。

2.4加強(qiáng)抗震措施

2.4.1選用規(guī)則結(jié)構(gòu)使建筑物具有明確的計(jì)算簡圖，合理的地震作用傳遞途徑。

如采用圓形、正多邊形、正方形等平面形狀，可以使整體結(jié)構(gòu)具有多向同性，避免強(qiáng)弱軸的抗力不同和變形差異。功能復(fù)雜的建筑常常是多種結(jié)構(gòu)體系的綜合，具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下問題。

（1）結(jié)構(gòu)平面形狀盡可能對(duì)稱。由于地震作用的方向具有隨機(jī)性，風(fēng)作用雖有主導(dǎo)方向，但最大值也具有隨機(jī)性，因此選用具有對(duì)稱性、多向同性布置的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，有利于形心和剛心的重合。

（2）豎向構(gòu)件盡可能連續(xù)，避免抗側(cè)力構(gòu)件的間斷，從而形成薄弱層、薄弱部位，對(duì)抗震不利。

（3）設(shè)置多道抗震防線，滿足“大震不倒”的抗震設(shè)防要求。

（4）增加超靜定次數(shù)，增加重要構(gòu)件的傳力線路，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。贅余度的增多，可以使結(jié)構(gòu)有更多的部位有機(jī)會(huì)形成塑性鉸，吸收更多的地震能量。

（5）在滿足強(qiáng)度、剛度要求的前提下，選擇具有較好延性的結(jié)構(gòu)材料，增加總體變形能力，增加結(jié)構(gòu)耗能。

（6）建立整體屈服機(jī)制，避免失穩(wěn)破壞，并做到強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)埋件弱連接設(shè)計(jì)；對(duì)容易失穩(wěn)的結(jié)構(gòu)，做到強(qiáng)支撐；對(duì)受彎構(gòu)件，做到強(qiáng)壓弱拉等。

2.4.2采用多個(gè)權(quán)威程序（如SATWE、TAT、SAP2000等）進(jìn)行計(jì)算比較，通過動(dòng)力時(shí)程分析，驗(yàn)證薄弱部位；對(duì)重要構(gòu)件補(bǔ)充有限元分析計(jì)算，從而使計(jì)算的結(jié)論更為完整，結(jié)果更為可靠。

2.4.3進(jìn)行小模型風(fēng)洞試驗(yàn)，獲取有關(guān)風(fēng)載作用參數(shù)；通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，獲取有關(guān)地震作用參數(shù)。

2.4.4采用智能化設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)的可控性。應(yīng)用傳感器、質(zhì)量驅(qū)動(dòng)裝置、可調(diào)剛度體系等和計(jì)算機(jī)共同組成主動(dòng)控制體系，提供可變側(cè)向剛度，控制結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)等。

2.4.5提高節(jié)點(diǎn)連接的可靠度，如鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的焊接處理，鋼混結(jié)構(gòu)中型鋼、鋼板與混凝土的連接等。

3結(jié)構(gòu)材料選用

更輕、更強(qiáng)、更具有延性的材料是超高層建筑結(jié)構(gòu)材料的首選。鋼筋混凝土、型鋼混凝土、鋼管混凝土和純鋼材料都可作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主要材料；而外墻圍護(hù)多采用玻璃幕墻、鋁合金幕墻、鋼塑復(fù)合板材等；內(nèi)部隔墻多為輕質(zhì)隔斷；樓屋面常選用壓型鋼板加混凝土面層，并在的鋼承重構(gòu)件表面加防火涂料。

4結(jié)構(gòu)體系選用

更具整體性、更具多道抗震防線、更具延性的結(jié)構(gòu)體系是超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的首選，工程中常用的結(jié)構(gòu)體系有：

內(nèi)筒外框或內(nèi)筒外框并帶角部小筒體（或角形墻）的結(jié)構(gòu)體系，如深圳彭年廣場(chǎng)（酒店部分），H=222m

內(nèi)束筒外框架（巨型柱）并帶多個(gè)加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)體系，如臺(tái)北國際金融中心大廈，H=508m（含塔尖部分）；

筒中筒結(jié)構(gòu)體系，一般外筒為密柱筒，如前紐約世貿(mào)中心，H=412；

內(nèi)筒外巨型框架加外斜撐結(jié)構(gòu)體系，如上海環(huán)球金融中心大廈H=492；

束筒結(jié)構(gòu)體系，如美國西爾斯大廈，H=443；

巨型框架、巨型桁架結(jié)構(gòu)體系，如新加坡華僑銀行，45層；

懸掛結(jié)構(gòu)和懸挑結(jié)構(gòu)，由于其側(cè)向剛度僅由內(nèi)筒貢獻(xiàn)，體型上大下小，抗風(fēng)抗震不利，因此建筑物高度受到限制，如香港匯豐銀行大樓，H=175（懸掛）；長沙黃興路綜合大樓，H=115.6m（懸挑）。

篇3

摘要： 筆者對(duì)概念設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了陳述,還分析了概念設(shè)計(jì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性及其應(yīng)用,為提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平提供參考。

Abstract: The author expounded the relevant contents of the conceptual design, and also analyzed the importance of the conceptual design for building structure design and its application, to provide reference for improving the design level of the building structure.

關(guān)鍵詞 ： 概念設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

Key words: conceptual design；building structure；optimal design

中圖分類號(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-4311（2015）06-0104-02

0 引言

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用概念設(shè)計(jì)是最新推出的一種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，由建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過理性的分析和感性的規(guī)劃進(jìn)行的綜合運(yùn)用，在建筑設(shè)計(jì)行業(yè)中運(yùn)用概念設(shè)計(jì)，能夠幫助設(shè)計(jì)師正確、合理地處理在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可能會(huì)遇到的具體問題。越來越多的建筑設(shè)計(jì)師采用概念設(shè)計(jì)理念完成了眾多的成功建筑案例，概念設(shè)計(jì)的理念被我國的建筑設(shè)計(jì)行業(yè)廣泛地應(yīng)用，特別是在智能建筑、高層建筑等要求高的建筑設(shè)計(jì)中發(fā)揮著巨大的作用。

1 概念設(shè)計(jì)及其重要性

簡單說來，所謂概念是指你方案的根本出發(fā)點(diǎn)——比如你是要看場(chǎng)地內(nèi)部的樹或者外圍的景色，或者其他的想法。設(shè)計(jì)的深入就是通過建筑的手法把概念實(shí)現(xiàn)和貫徹出來，特別是那些難以做出精確分析，并且難于規(guī)范的結(jié)構(gòu)體系，是從工程經(jīng)驗(yàn)中獲得的一些宏觀可行的設(shè)計(jì)角度。你想要的空間就是通過建筑的設(shè)計(jì)來體現(xiàn)的；所有的外觀和細(xì)部的創(chuàng)意都是為了體現(xiàn)你的概念。從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布局和設(shè)計(jì)重點(diǎn)，并能得出估算值，與實(shí)際相差不遠(yuǎn)，所得方案具有一定的經(jīng)濟(jì)可靠性，但又避免了繁瑣的計(jì)算。

所謂概念設(shè)計(jì)指的是一個(gè)由粗到精、由模糊到清晰、由具體到抽象的不斷提高和優(yōu)化的過程。也就是在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，以設(shè)計(jì)概念為主線，從而對(duì)全部的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行貫穿，整個(gè)設(shè)計(jì)過程較為完全、全面。同時(shí)通過設(shè)計(jì)概念，有效將設(shè)計(jì)者的瞬間思維、感性認(rèn)識(shí)兩者結(jié)合，使其統(tǒng)一上升至理性思維后完成設(shè)計(jì)。

2 建筑結(jié)構(gòu)總體概念設(shè)計(jì)

2.1 建筑結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性的重要性

高層建筑體系中，對(duì)稱性主要是指抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)對(duì)稱，在平面設(shè)計(jì)中。一般比較容易實(shí)現(xiàn)平面設(shè)計(jì)中簡體框架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的對(duì)稱。而在豎向結(jié)構(gòu)布置中，無論是那些幾何圖形還是樓層剛度的相關(guān)的變化，對(duì)稱性都應(yīng)該是立面設(shè)計(jì)中最值得考慮的問題。不對(duì)稱的布置會(huì)產(chǎn)生剛度以及強(qiáng)度上的突變，使得豎向的應(yīng)力集中或者是變形集中，從而導(dǎo)致建筑在中小型地震中遭到了損壞、而在大震時(shí)就會(huì)面臨倒塌的嚴(yán)重后果。對(duì)于L型、T型、S型等不對(duì)稱的平面復(fù)雜結(jié)構(gòu)，主要取決于建筑功能和設(shè)計(jì)風(fēng)格和方向，但這種結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本對(duì)稱也是可以實(shí)現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)工程師會(huì)對(duì)這樣的平面做合理的結(jié)構(gòu)布置。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱除了引起變形不利于抗力承重以外，也容易造成材料浪費(fèi)，成本增加。在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵控制因素，建筑平面的形狀宜選用風(fēng)壓較小的形式，并應(yīng)考慮鄰近高層建筑對(duì)其風(fēng)壓分布的影響，還必須考慮有利于抵抗能力和豎向荷載，在地震作用下，建筑平面要力求簡單規(guī)則。風(fēng)荷載作用下則可適當(dāng)放寬，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)整體彎曲變形所引起的側(cè)移與結(jié)構(gòu)體系抵抗傾覆力矩的有效寬度的三次方成反比例關(guān)系，所以不宜建筑寬度很小的建筑物。

2.2 合理的建筑結(jié)構(gòu)體系選擇

①概念設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)體系有明確的簡圖和合理的抗震說明。②設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)整體抗震能力和重力荷載有一定承載能力和防御能力，不能因?yàn)椴糠纸Y(jié)構(gòu)的破壞而影響整體結(jié)構(gòu)。③結(jié)構(gòu)體系宜具有合理的剛度。主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度合理是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一。1）主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度過大，結(jié)構(gòu)的基本自振周期縮短，地震作用加大，結(jié)構(gòu)承受的水平力，傾覆彎矩加大，地基基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)加大，此時(shí)結(jié)構(gòu)的截面和相應(yīng)的構(gòu)造配筋增加較大，不經(jīng)濟(jì)。2）主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度過大，勢(shì)必造成結(jié)構(gòu)所占的面積，空間加大，影響建筑作用，降低建筑平面利用系數(shù)，不合理。

3 建筑結(jié)構(gòu)的簡化計(jì)算

3.1 科學(xué)選用結(jié)構(gòu)方案 科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案包含結(jié)構(gòu)體系以及結(jié)構(gòu)形式的合理性，要確定結(jié)構(gòu)體系的整體布置、抗震節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等。在設(shè)計(jì)時(shí)，建筑師對(duì)建筑體要求，材料，結(jié)構(gòu)特征以及地質(zhì)條件施工技術(shù)等做整體評(píng)估，并同施工方和業(yè)主方協(xié)商，簡化計(jì)算，確定結(jié)構(gòu)，擬定策略，方案結(jié)構(gòu)的初選是概念設(shè)計(jì)的必選之路，也是切實(shí)可行的最簡單快捷的方法。

3.2 使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理 住宅建筑越來越商品化，作為投資方總是希望利潤最大化。由此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不僅要滿足“規(guī)范化計(jì)算”，而且還要在安全、符合現(xiàn)行國家規(guī)范前提下，從各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，多個(gè)方案做比較，使最終的成品要安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)能節(jié)材，降低造價(jià)。概念設(shè)計(jì)通過對(duì)高層建筑簡化計(jì)算，先確定主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)并合理規(guī)劃樓層結(jié)構(gòu)和截面，再通過電算對(duì)概念設(shè)計(jì)進(jìn)行深化和精確，這樣不僅能節(jié)省電算時(shí)間，結(jié)果也比較準(zhǔn)確，從而使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)合理。

3.3 確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性 現(xiàn)代基本上采用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計(jì)軟件較多，往往各類軟件計(jì)算的結(jié)果存在一定差異。因此，設(shè)計(jì)師不能太依賴軟件，而應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，并根據(jù)自己多年的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析，并嚴(yán)格按照制度進(jìn)行。

4 概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 平面設(shè)計(jì) 平面設(shè)計(jì)總圖用來正確確定臨時(shí)建筑及其他設(shè)施位置，以及修建工地運(yùn)輸?shù)缆泛徒鉀Q排水等所需的資料；一切已有和擬建的地下、地上管道位置。用來決定原有管道的利用或拆除以及新管線的敷設(shè)與其他工程的關(guān)系，并注意不能在擬建管道的位置上搭設(shè)臨時(shí)建筑。

4.2 剖面設(shè)計(jì) 建筑剖面設(shè)計(jì)主要解決層高 （凈高）、室內(nèi)外高差、垂直交通（樓梯的豎向布置）這三個(gè)問題。是建筑師對(duì)建筑物內(nèi)部的處理，結(jié)構(gòu)工程師能夠在剖面圖中得到更為準(zhǔn)確的層高信息及局部地方的高低變化，剖面信息直接決定了剖切處梁相對(duì)于樓面標(biāo)高的下沉或抬起，又或是錯(cuò)層梁，或有夾層梁，短柱等，對(duì)剖面的設(shè)計(jì)能直觀的反應(yīng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

4.3 建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不僅與地基相互作用，也牽涉到上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。要考慮到地區(qū)的原始材料，如氣候問題，交通、公共排水溝，易燃易爆妨礙人體健康的設(shè)施布置等。也要考慮到建筑地域的豎向資料和土方平衡，用來解決水、點(diǎn)管線的布置和土方的填挖，取土、棄土位置，還要考慮到樓層材料和承重力，控制高低層的沉降差很重要，地基沉降量不能過大，過深。依附于天然地基的建筑，低層一般采用雙向條形或單獨(dú)地基，若高低層不分開，應(yīng)確保地基條件好，或者直接采用樁基，地下室有直通要求或上部結(jié)構(gòu)層數(shù)差別大，必須做成整體基礎(chǔ)就可采用這種形式。通往地下車庫的通道應(yīng)平行于外壁，便于鋪設(shè)防水層，也能保證高層建筑的整體連接。

5 結(jié)束語

總而言之，概念設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分，建筑設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該重視相關(guān)結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，而不是僅僅依靠先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分利用自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐實(shí)際，不斷提升自身的設(shè)計(jì)專業(yè)技能，才能不斷提高概念設(shè)計(jì)的水平，從而提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]?；劬?，馬小龍.淺議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)[J].內(nèi)江科技，2008（02）.

篇4

【關(guān)鍵詞】 抗震設(shè)計(jì)； 概念設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TU2

地震作用影響因素極為復(fù)雜，它是一種隨機(jī)的、尚不能準(zhǔn)確預(yù)見和準(zhǔn)確計(jì)算的外部作用，目前規(guī)范給出的計(jì)算方法還是一種半經(jīng)驗(yàn)半理論的方法，要進(jìn)行精確的抗震計(jì)算還有一定的困難，因此人們?cè)诠こ虒?shí)踐中提出了“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”。結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該是綜合概念設(shè)計(jì)、計(jì)算和結(jié)構(gòu)措施等完整的一系列設(shè)計(jì) 。

1 建筑的抗震概念設(shè)計(jì)

所謂“建筑抗震慨念設(shè)計(jì)”是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，依此進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。掌揖了抗震概念設(shè)計(jì)，有助于明確抗震設(shè)計(jì)思想，靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)州抗震設(shè)計(jì)原則，使設(shè)計(jì)人員不至于陷入盲目的計(jì)算工作，從而做到比較合理地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更應(yīng)重視概念設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，雖然分析計(jì)算是必須的，也是設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，但僅靠此往往不能滿足結(jié)構(gòu)安全性、可靠性的要求，不能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，因此必須非常重視慨念設(shè)計(jì)。從某種意義上講，慨念設(shè)計(jì)至比分析計(jì)算更為重要，因?yàn)楹侠淼慕Y(jié)構(gòu)方案是安全可靠的優(yōu)秀設(shè)計(jì)的基本保證．高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其是在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，更應(yīng)重視概念設(shè)計(jì)。這是因?yàn)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、發(fā)生地震時(shí)震動(dòng)的不確定性、人們對(duì)地震時(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)認(rèn)識(shí)的局限性與模糊性、高層結(jié)構(gòu)計(jì)算尤其是抗震分析計(jì)算的精確性、材料性能與施工安裝時(shí)的變異性，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的假定與地震時(shí)的實(shí)際工作有很大的差異以及其他不可預(yù)測(cè)的因素，致使設(shè)計(jì)算結(jié)果(尤其是經(jīng)過實(shí)剛簡化后的計(jì)算結(jié)果) 與實(shí)際相差較大，甚至有些作用效應(yīng)至今尚無法定量計(jì)算出來。

3 高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

3．1 首先應(yīng)重視高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震慨念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的形狀設(shè)計(jì)方案．合理的建筑布置在抗震設(shè)計(jì)中是頭等重要的，提倡平、立面簡單對(duì)稱， 為震害表明，此種類型建筑在地震時(shí)較不容易破壞，而且容易估計(jì)出其地震反應(yīng)，易于采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理?！敖ㄖY(jié)構(gòu)的規(guī)則性”包含了對(duì)建筑的平立面外形尺寸，抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布，承載力分布等諸多閃素的綜合要求?！耙?guī)則建筑”體現(xiàn)在體形(平面和立面的形狀)簡單；抗側(cè)力體系的剛度承載力上下變化連續(xù)、均勻；平面布置基本對(duì)稱。

3．2 結(jié)構(gòu)剛度、承載力和延性要有合理的匹配

當(dāng)結(jié)構(gòu)具有較高的抗力時(shí)，其總體延性的要求可有所降低；反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。對(duì)結(jié)構(gòu)提出了“綜合抗震能力”的概念，就是要綜合考慮整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力和構(gòu)造等因素，來衡量結(jié)構(gòu)具有的抵抗地震作用的能力。地震時(shí)建筑物所受地震作用的大小與其動(dòng)力特性密切相關(guān)，與其具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性密切相關(guān)。但是，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，往往是以提高工程造價(jià)及降低結(jié)構(gòu)延性指標(biāo)為代價(jià)的。要使建筑物具有很強(qiáng)的抗倒塌能力，最理想的是使結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都具有較高的延性，然而實(shí)際工程中很難做到。有選擇地提高結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件以及關(guān)鍵桿件的延性是比較經(jīng)濟(jì)有效的辦法。因此，在確定建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)，需要在結(jié)構(gòu)剛度、承載力及延性之問尋找一種較好的匹配關(guān)系。

3．3 設(shè)計(jì)多道設(shè)防結(jié)構(gòu)

3．3．1 超靜定結(jié)構(gòu)

靜定結(jié)構(gòu)是只有一個(gè)自由度的結(jié)構(gòu)，在地震中只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)破壞或一個(gè)塑性鉸出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)就會(huì)倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)必須做成超靜定結(jié)構(gòu)，因?yàn)槌o定結(jié)構(gòu)允許有多個(gè)屈服點(diǎn)或破壞點(diǎn)。將這個(gè)概念引申，抗震結(jié)構(gòu)不僅是要設(shè)計(jì)成超靜定結(jié)構(gòu)，還應(yīng)該做成具有多道設(shè)防的結(jié)構(gòu)。第一道設(shè)防結(jié)構(gòu)中的某一部分屈服或破壞只會(huì)使結(jié)構(gòu)減少一些超靜定次數(shù)。同時(shí)要注意分析并控制結(jié)構(gòu)的屈曲或破壞部位，控制出鉸次序及破壞過程。有些部位允許屈服或允許破壞，而有些部位則足允許屈服，不允許破壞，甚至有些部位不允許屈服。例如，帶連梁的剪力墻中，連梁應(yīng)當(dāng)作為第一道設(shè)防，連梁先屈曲或破壞都不會(huì)影響墻肢獨(dú)立抵抗地震力。

3．3．2 雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系

雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系是可能實(shí)現(xiàn)多道設(shè)防結(jié)構(gòu)的一種類型，而且雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的抗震性能較好。這里提出的雙重抗側(cè)力體系的特點(diǎn)是，由兩種變形和受力性能不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成，每個(gè)抗側(cè)力體系都有足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接協(xié)同工作，共同抵抗外力。特別是在地震作用下，當(dāng)其中一部分結(jié)構(gòu)有所損傷時(shí)，另一部分應(yīng)有足夠的剛度和承載力能夠共同抵抗后期地震作片用力。在抗震結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)雙重抗側(cè)力體系實(shí)現(xiàn)多重設(shè)防，才是安全可靠的結(jié)構(gòu)體系。

3．3．3 總結(jié)構(gòu)體系與基本分結(jié)構(gòu)體系

1972年12月23日尼加拉瓜首都發(fā)生強(qiáng)烈地震，1萬多棟樓房倒塌。林同炎公司1963年設(shè)計(jì)的美州銀行大樓，雖位于震中，承受比設(shè)計(jì)地震作用0．06g大6倍的地震0．35g而未倒塌，引起世界同行的高度重視。眾所周知，建筑物在地震作用下的運(yùn)動(dòng)與由風(fēng)引起的位移是不同的，在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)會(huì)在任意方向變形。在高層建筑中，這種變形更為復(fù)雜。當(dāng)然主要是第一振型，同時(shí)也包括具有鞭梢效應(yīng)的第二、第三振型，變形量很大。所以設(shè)計(jì)者主要考慮的是如何避免就其結(jié)構(gòu)同有特征會(huì)引起倒塌的過大變形。再則，設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)所考慮抗風(fēng)與抗地震要求的出發(fā)點(diǎn)往往是矛盾的。剛度大的結(jié)構(gòu)對(duì)抗風(fēng)荷載有利，動(dòng)力效應(yīng)小；反之，較柔的結(jié)構(gòu)有利于抗震。所以要設(shè)計(jì)一個(gè)抗風(fēng)及抗震性能都很好的高層結(jié)構(gòu)不很容易。林同炎教授的設(shè)計(jì)思想是設(shè)計(jì)一個(gè)由4個(gè)柔性筒組成的，具有很大抗彎剛度的結(jié)構(gòu)總體系。在抗風(fēng)荷載及設(shè)防烈度的地震作用下表現(xiàn)為剛性體系。當(dāng)遇到罕見的強(qiáng)烈地震時(shí)，通過控制各分體系(柔性筒)之間的聯(lián)接構(gòu)件(鋼筋混凝土連梁)的屈服、破壞，而變成具有延性的結(jié)構(gòu)體系，即各分體系獨(dú)立工作，則結(jié)構(gòu)的自振周期變長，阻尼增加，即使超出彈性極限，仍持有塑性強(qiáng)度，可做到搖擺而不倒塌。地震后的實(shí)地觀察，證明其設(shè)計(jì)思想是正確的，正如預(yù)料的那樣，聯(lián)梁的混凝土剝落，粱中有明顯裂縫。但4個(gè)柔性筒的本身均無裂縫，筒壁仍處于彈性階段。

3．4 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件應(yīng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)或構(gòu)件

延性是指構(gòu)件或結(jié)構(gòu)具有承載能力基本不降低的塑性變形能力的一種性能。在“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)原則下，結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)。當(dāng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)時(shí)，由于塑性變形可以耗散地震能量，結(jié)構(gòu)變形加大，但結(jié)構(gòu)承受的地震作用不會(huì)直線上升，也就是說，結(jié)構(gòu)是用它的變形能力在抵抗地震作用。延性結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件，強(qiáng)底層柱”原則，承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。

3．5 應(yīng)有意識(shí)地加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)

(1)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲(chǔ)備，構(gòu)件的實(shí)際承載力分析(而不是承載力設(shè)計(jì)值的分析)是判斷薄弱層的基礎(chǔ)。

(2)要使樓層(部位)的實(shí)際承載力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力之比在總體上保持一個(gè)相對(duì)均勻的變化，一旦樓層(部位)的這個(gè)比例有突變時(shí)，會(huì)由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性

變形的集中。

(3)要防止在局部上加強(qiáng)而忽視整個(gè)結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。

(4)在抗震設(shè)計(jì)中有意識(shí)、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的主要手段。

4 做好高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)還應(yīng)注意的問題

(1)結(jié)構(gòu)方案要根據(jù)建筑使用功能、房屋高度、地理環(huán)境、施工技術(shù)條件和材料供應(yīng)情況、有無抗震設(shè)防來選擇合理的結(jié)構(gòu)類型。

(2)不同結(jié)構(gòu)體系在豎向荷載、風(fēng)荷載及地震力作用下的受力特點(diǎn)。

(3)風(fēng)荷載、地震作用及豎向荷載的傳遞途徑。

(4)結(jié)構(gòu)破壞的機(jī)制和過程，以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)。

(5)預(yù)估和控制各類結(jié)構(gòu)及構(gòu)件塑性鉸區(qū)可能出現(xiàn)的部位和范圍。

(6)場(chǎng)地選擇、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及地基變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。

(7)各類結(jié)構(gòu)材料的特性及其受溫度變化的影響。

篇5

關(guān)鍵詞: 建筑 抗震, 設(shè)計(jì),

地震作用影響因素非常的復(fù)雜,它是一種隨機(jī)的、尚不能準(zhǔn)確預(yù)見和準(zhǔn)確計(jì)算的外部作用,目前規(guī)范給出的計(jì)算方法還是一種半經(jīng)驗(yàn)半理論的方法,要進(jìn)行精確的抗震計(jì)算還有一定的困難,因此人們?cè)诠こ虒?shí)踐中提出了“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”。結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該是綜合概念設(shè)計(jì)、計(jì)算和結(jié)構(gòu)措施等完整的一系列設(shè)計(jì)。

1 抗震概念設(shè)計(jì)

“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)思想,依此進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。掌握了抗震概念設(shè)計(jì),有助于明確抗震設(shè)計(jì)思想,靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用抗震設(shè)計(jì)原則,使設(shè)計(jì)人員不至于陷入盲目的計(jì)算工作,從而做到比較合理地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2 高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更應(yīng)該重視概念設(shè)計(jì)

高層建筑設(shè)計(jì)尤其是在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中,應(yīng)當(dāng)非常重視概念設(shè)計(jì)。這是因?yàn)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、發(fā)生地震時(shí)震動(dòng)的不確定性、人們對(duì)地震時(shí)結(jié)構(gòu)響應(yīng)認(rèn)識(shí)的局限性與模糊性、高層結(jié)構(gòu)計(jì)算尤其是抗震分析計(jì)算的精確性、材料性能與施工安裝時(shí)的變異性以及其他不可預(yù)測(cè)的因素,致使設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果(尤其是經(jīng)過實(shí)用簡化后的計(jì)算結(jié)果) 可能和實(shí)際相差較大,甚至有些作用效應(yīng)至今尚無法定量計(jì)算出來。在設(shè)計(jì)中,雖然分析計(jì)算是必須的,也是設(shè)計(jì)的重要依據(jù),但僅靠此往往不能滿足結(jié)構(gòu)安全性、可靠性的要求,不能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo),因此必須非常重視概念設(shè)計(jì)。從某種意義上講,概念設(shè)計(jì)甚至比分析計(jì)算更為重要,因?yàn)楹侠淼慕Y(jié)構(gòu)方案是安全可靠的優(yōu)秀設(shè)計(jì)的基本保證。

3 建筑抗震概念設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

3. 1 應(yīng)重視建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求,不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。合理的建筑布置在抗震設(shè)計(jì)中是頭等重要的,提倡平、立面簡單對(duì)稱。因?yàn)檎鸷Ρ砻?此種類型建筑在地震時(shí)較不容易破壞,容易估計(jì)出其地震反應(yīng),易于采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理?！敖ㄖY(jié)構(gòu)的規(guī)則性”包含了對(duì)建筑的平立面外形尺寸,抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布,承載力分布等諸多因素的綜合要求。“規(guī)則建筑”體現(xiàn)在體形(平面和立面的形狀) 簡單;抗側(cè)力體系的剛度承載力上下變化連續(xù)、均勻;平面布置基本對(duì)稱。

3. 2 抗震概念設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持的原則

1) 剛?cè)嵯酀?jì)原則。在抗震設(shè)計(jì)中,不能一味地提高結(jié)構(gòu)的抗力,一般是根據(jù)初定的尺寸和混凝土等級(jí)算出結(jié)構(gòu)的剛度,再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力,然后計(jì)算配筋。如果結(jié)構(gòu)剛度太大,地震作用效應(yīng)就很大,這樣為抵御地震而需配更多的鋼筋,因此,增加了結(jié)構(gòu)的剛度,反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。在較大的地震力瞬間襲來時(shí),極易造成局部受損,最后導(dǎo)致各個(gè)擊破;而太柔的結(jié)構(gòu)雖然有很好的延性,可以消減外力,但容易造成變形過大而無法使用,甚至整體傾覆。在抗震設(shè)計(jì)中,為了實(shí)現(xiàn)剛?cè)嵯酀?jì)的原則,既滿足變形要求,又能減小地震力,最主要的方法是進(jìn)行隔震消能設(shè)計(jì)。隔震消能設(shè)計(jì)一般的做法是在基礎(chǔ)和主體之間設(shè)置柔性隔震層、加設(shè)消能支撐(類似于阻尼器的裝置) 等;另外,在抗震設(shè)計(jì)中“, 剛?cè)嵯酀?jì)”可以通過合理控制設(shè)計(jì)總信息來實(shí)現(xiàn)。比如周期、位移、地震力應(yīng)滿足建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范限值要求或者不超規(guī)范太多。

2) 多道設(shè)防原則。強(qiáng)烈地震后往往伴隨多次余震,如果只有一道設(shè)防,在首次破壞后再遭余震,結(jié)構(gòu)將會(huì)因損傷積累而導(dǎo)致倒塌。因此,一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系,應(yīng)由若干個(gè)延生較好的分體系組成,并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作,如框架―剪力體系是由延性框架和抗震墻兩個(gè)分體系組成。

3. 3 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件應(yīng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)或構(gòu)件延性是指構(gòu)件或結(jié)構(gòu)具有承載能力基本不降低的塑性變形能力的一種性能。

在“小震不壞,中震可修,大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)原則下,結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)。當(dāng)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)時(shí),由于塑性變形可以耗散地震能量,結(jié)構(gòu)變形加大,但結(jié)構(gòu)承受的地震作用不會(huì)直線上升,也就是說,結(jié)構(gòu)是用它的變形能力在抵抗地震作用。延性結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)剪弱彎,強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件,強(qiáng)底層柱”原則,承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。

3. 4 應(yīng)有意識(shí)地加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)

1) 結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲(chǔ)備,構(gòu)件的實(shí)際承載力分析(而不是承載力設(shè)計(jì)值的分析) 是判斷薄弱層的基礎(chǔ)。

2) 要使樓層(部位) 的實(shí)際承載力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力之比在總體上保持一個(gè)相對(duì)均勻的變化,一旦樓層(部位) 的這個(gè)比例有突變時(shí),會(huì)由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中。

3) 要防止在局部上加強(qiáng)而忽視整個(gè)結(jié)構(gòu)各位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。

4) 在抗震設(shè)計(jì)中有意識(shí)、有目的地控制薄弱層(部位) ,使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移,這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的主要手段。

3. 5 應(yīng)采用合理的建筑結(jié)構(gòu)體系

建筑布局除考慮功能要求外,結(jié)構(gòu)單元抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置宜規(guī)則、對(duì)稱,受力明確,傳力合理,傳力途徑不間斷,并應(yīng)具有良好的整體性。

1) 抗側(cè)力構(gòu)件應(yīng)布置合理。如在框架―剪力墻結(jié)構(gòu)中,剪力墻宜均增布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位,剪力墻間距不宜過大;平面形狀凹凸較大時(shí),宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻;縱、橫剪力墻宜組成L型、T 型和[型等形式;剪力墻宜貫通建筑物的全高,避免剛度突變;剪力墻開洞口宜上下對(duì)齊;抗震設(shè)計(jì)時(shí),剪力墻的布置宜使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度接近。

2) 結(jié)構(gòu)的整體性要好。高層建筑結(jié)構(gòu)中,樓蓋對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體性起到非常重要的作用。樓蓋相當(dāng)于水平隔板,它不僅聚集和傳遞慣性力到各個(gè)豎向抗側(cè)力的子結(jié)構(gòu),而且要使這些子結(jié)構(gòu)能協(xié)同承受地震作用,特別是當(dāng)豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)布置不均勻或布置復(fù)雜或各抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)水平變形特征不同時(shí),整個(gè)結(jié)構(gòu)就要依靠樓蓋使各抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)能協(xié)同工作。樓蓋體系最重要的作用是提供足夠的平面內(nèi)剛度和抗力,并與豎向各子結(jié)構(gòu)有效連接。所以房屋的頂層、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、平面復(fù)雜或開洞過大的樓層、作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部分的地下室樓層應(yīng)采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)。一般樓層現(xiàn)澆樓板厚度不應(yīng)小于80 mm , 頂層樓板厚度不宜小于120 mm ,普通地下室頂板厚不宜小于160 mm;作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu),樓板厚度不宜小于180 mm。

4 做好概念設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

1) 結(jié)構(gòu)方案要根據(jù)建筑使用功能、房屋高度、地理環(huán)境、施工技術(shù)條件和材料供應(yīng)情況、有無抗震設(shè)防來選擇合理的結(jié)構(gòu)類型。

2) 不同結(jié)構(gòu)體系在豎向荷載、風(fēng)荷載及地震力作用下的受力特點(diǎn)。

3) 風(fēng)荷載、地震作用及豎向荷載的傳遞途徑。

4) 結(jié)構(gòu)破壞的機(jī)制和過程,以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)。

5) 建筑結(jié)構(gòu)的整體性、承載力和剛度在平面內(nèi)及沿高度均勻分布,避免突變和應(yīng)力集中。

6) 預(yù)估和控制各類結(jié)構(gòu)及構(gòu)件塑性鉸區(qū)可能出現(xiàn)的部位和范圍。

7) 地基變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)及其受溫度變化的影響。

8) 各類結(jié)構(gòu)材料的特性及其受溫度變化的影響。

9) 非結(jié)構(gòu)件對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗震產(chǎn)生的有利和不利影響,要協(xié)調(diào)布置,并保證與主體結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造的可靠等。

要搞好抗震設(shè)計(jì)必須從方案開始。首先要求建筑方案設(shè)計(jì)人員必須一定的結(jié)構(gòu)概念，盡量采用規(guī)整的結(jié)構(gòu)體系，不一味追求外觀而破壞了結(jié)構(gòu)體系的合理性。

篇6

中國建筑用帶肋鋼筋、線材品種的優(yōu)化

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銹蝕鋼筋混凝土柱滯回性能的ANSYS模擬分析

大型鋼筋混凝土深倉內(nèi)外溫差靜力有限元分析

膠粉改性瀝青及混合料的路用性能研究

多孔瀝青混凝土路面的調(diào)研分析

隧道瀝青路面材料阻燃技術(shù)研究

碳纖維(CFRP)布加固砌體的破壞和機(jī)理分析

CFRP片材預(yù)應(yīng)力錨具的力學(xué)模型及其可靠性分析

粘鋼技術(shù)結(jié)合碳纖維加固方法的工程應(yīng)用

多層建筑結(jié)構(gòu)的震害特點(diǎn)研究

篇7

關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；常見問題；對(duì)策

中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)強(qiáng)度很高的創(chuàng)造性思維勞動(dòng)，要運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人所掌握的大量知識(shí)，進(jìn)行富有創(chuàng)造性的工作，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)的、全面的工作,在設(shè)計(jì)中存在的問題是多種多樣的,作為設(shè)計(jì)來講，需要扎實(shí)的理論知識(shí)功底,靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。我們要始終把提高設(shè)計(jì)質(zhì)量作為終身奮斗的目標(biāo)。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

1、層層設(shè)置。安全的結(jié)構(gòu)體系在設(shè)計(jì)過程中必須要層層設(shè)置，尤其是當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時(shí)將會(huì)在抵抗外在破壞中發(fā)揮有效作用。若僅僅將抗風(fēng)險(xiǎn)的希望都集中寄托在建筑的某一個(gè)結(jié)構(gòu)上，這是很不穩(wěn)定的。多肢墻好于單片墻，框架剪力墻好于純框架好等等，這些都是層層防線的設(shè)計(jì)思路的重要表現(xiàn)。

2、重大輕小。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常常涉及到了很多關(guān)鍵的理念，如：“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”等，這些都是設(shè)計(jì)師門需要重視的問題。盡管對(duì)于結(jié)構(gòu)體系而言，其是由不同的構(gòu)件協(xié)調(diào)構(gòu)建起了，而由于不同的構(gòu)件都發(fā)揮著不同的作用，其在整個(gè)建筑中也有輕重之分。

3、優(yōu)劣互補(bǔ)?？茖W(xué)的建筑結(jié)構(gòu)體系需要堅(jiān)持優(yōu)劣互補(bǔ)的原則。結(jié)構(gòu)太剛其變形能力差，若建筑受到巨大的破壞力時(shí)，則應(yīng)具備的承受的力更大，經(jīng)常會(huì)發(fā)生局部受損以至于全部毀壞，而太柔的結(jié)構(gòu)盡管能夠限制外力，但經(jīng)常因?yàn)樽冃芜^大而難以正常運(yùn)用。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問題及對(duì)策

1、 地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面存在的問題。地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，這是因?yàn)椴粌H該階段設(shè)計(jì)過程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，而且地基基礎(chǔ)也是整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素。但很多房屋建筑無地質(zhì)勘察報(bào)告，僅僅依據(jù)建設(shè)單位口頭或籠統(tǒng)參照附近建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料就進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)。還有有些設(shè)計(jì)者對(duì)軟弱地基的危害認(rèn)識(shí)不足，當(dāng)采用換土墊層對(duì)軟弱地基處理時(shí)，不做換土墊層設(shè)計(jì)，只憑經(jīng)驗(yàn)處置，只是簡單地憑借經(jīng)驗(yàn)采用砂墊層加強(qiáng)一下承載力，沒有進(jìn)行墊層寬度和厚度計(jì)算，既不安全，又不經(jīng)濟(jì)。另外一些設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)多層民用建筑時(shí)，在計(jì)算梁、柱和基礎(chǔ)的負(fù)荷時(shí)未按現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范將荷載乘以折減系數(shù)計(jì)算其荷載值，因而導(dǎo)致采用荷載值偏大。

在地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)這一階段，應(yīng)選用整體性好，滿足地基承載力和建筑物容許變形的要求，并能調(diào)節(jié)不均勻沉降的基礎(chǔ)形式。高層建筑宜設(shè)置地下室以減小地基的附加應(yīng)力和沉降量，有利于滿足天然地基的承載力和上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。此外，在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意地方性規(guī)范的重要性。對(duì)多層建筑來說，尤其是軟土層覆蓋層厚度較大地區(qū)的多層建筑，一般都需要經(jīng)過地基處理的方式來達(dá)到控制建筑物沉降的目的。常用的軟土地基處理方式類型較多，但在選擇地基處理方案前。必須認(rèn)真研究上部結(jié)構(gòu)和地基兩方面的特點(diǎn)及環(huán)境情況，并根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，確定地基處理范圍和處理后要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，以及各種處理方面的適用性。進(jìn)行多方案比較，最終選定安全實(shí)用、經(jīng)濟(jì)合理的方案

2、結(jié)構(gòu)布置不合理，體型不規(guī)則

結(jié)構(gòu)的合理布置（使結(jié)構(gòu)盡可能“規(guī)則”)，是抗震概念設(shè)計(jì)中的十分重要的環(huán)節(jié)，這里的“規(guī)則”包含了對(duì)建筑的平立面外形尺寸，抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布，直至承載力分布等諸多因素的綜合要求。由于引起結(jié)構(gòu)不規(guī)則的因素太多，特別是對(duì)于復(fù)雜的建筑體型，很難一一用若干簡化的定量指標(biāo)來劃分不規(guī)則程度并規(guī)定限制范圍。

由于缺乏規(guī)范依據(jù)及相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)定，加之對(duì)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)缺乏應(yīng)有的了解，有些設(shè)計(jì)人員往往對(duì)結(jié)構(gòu)規(guī)則性難以把握，有時(shí)甚至聽從業(yè)主和建筑師的要求，在實(shí)際工程中出現(xiàn)了不少規(guī)則性很差、對(duì)結(jié)構(gòu)抗震十分不利的高層建筑。這里僅舉幾個(gè)例子：

（1）平面凹凸不規(guī)則。這是最常見的一種情況。

（2）平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則問題。如框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)中，縱橫剪力墻布置過分集中或僅布置在房屋的一端，使結(jié)構(gòu)剛度中心嚴(yán)重偏離質(zhì)量中心。有時(shí)甚至是結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的第一振型為扭轉(zhuǎn)振型。

（3）高位轉(zhuǎn)換問題。如某高層建筑采用框支抗震墻結(jié)構(gòu)，高度約160m，Ⅳ類場(chǎng)地，6 度設(shè)防，不僅房屋高度大大超過其最大適用高度，且在第6～7 層處設(shè)置了厚板轉(zhuǎn)換層，框支層數(shù)達(dá)到6層?？蛑Э拐饓倏拐鸩焕慕Y(jié)構(gòu)體系，新修編的抗震規(guī)范，對(duì)此類結(jié)構(gòu)的抗震措施僅限于框支層不超過兩層。

（4）樓層錯(cuò)層問題。高層建筑中帶有較大范圍的錯(cuò)層，使樓層的樓板不連續(xù)，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震十分不利。

（5）高層建筑帶有明顯薄弱層，又沒有采取有效的抗震加強(qiáng)措施。

（6）高層建筑結(jié)構(gòu)中，同時(shí)采用兩種以上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。諸如帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)、多塔樓結(jié)構(gòu)等，均屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)抗震對(duì)高層建筑規(guī)則性的要求，高層結(jié)構(gòu)不宜同時(shí)采用兩種以上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

（7）同一結(jié)構(gòu)單元中采用兩種不同的結(jié)構(gòu)體系。如某多層框架結(jié)構(gòu)，電梯井及兩端山墻部位局部采用磚墻承重。

（8）高層建筑樓板（特別是首層和轉(zhuǎn)換層樓板）開洞過多過大，有的樓板開洞率甚至超過了30%。

在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免采用不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用符合結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)的力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算分析，并采取有效的抗震加強(qiáng)措施。新修編的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，參考了美國UBC 和歐洲規(guī)范8 的做法，對(duì)規(guī)則與不規(guī)則作了一些定量的劃分，并規(guī)定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算要求。如將樓層最大彈性水平位移與該樓層兩端彈性水平位移平均值的比值大于1.2 時(shí)定義為平面扭不規(guī)則結(jié)構(gòu)，并規(guī)定上述比值不宜大于1.5；對(duì)超過梁高的錯(cuò)層，規(guī)定應(yīng)按樓板開洞對(duì)待，錯(cuò)層面積較大時(shí)，應(yīng)采用符合樓板平面內(nèi)實(shí)際剛度變化的計(jì)算模型；對(duì)豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，規(guī)定薄弱地震剪力及某些水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的地震內(nèi)力應(yīng)乘以不同的增大系數(shù)，等等。

3、主梁有次梁處加附加筋。一般應(yīng)優(yōu)先加箍筋,附加箍筋可認(rèn)為是:主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺, 在次梁兩側(cè)補(bǔ)上,像板上洞口附加筋。附加筋一般要有,但也不是絕對(duì)的。規(guī)范中說的比較清楚,位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載,應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔(dān)。也就是說,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應(yīng)加附加筋。但梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載可根據(jù)具體情況而定。當(dāng)主次梁截面相差不大,次梁荷載較大時(shí),應(yīng)加附加筋。當(dāng)主梁高度很高,次梁截面很小、荷載很小時(shí),如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。還有當(dāng)主次梁截面均很大,如工藝要求形成的主次深梁,而荷載相對(duì)不大,主梁也可不加附加筋?？偟脑瓌t,當(dāng)主梁上次梁開裂后,從次梁的受壓區(qū)頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力時(shí), 主梁可不加附加筋。梁上集中力, 產(chǎn)生的剪力在整個(gè)梁范圍內(nèi)是一樣,所以抗剪滿足,集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對(duì)主梁截面、荷載較小時(shí),也可滿足。

4、 關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板問題。從結(jié)構(gòu)角度來講，如果能出挑板，能調(diào)勻邊跨底板鋼筋，特別是當(dāng)?shù)装邃摻钔ㄩL布置時(shí)，不會(huì)因邊跨鋼筋而加大整個(gè)底板的通長筋，較節(jié)約。出挑板后，能降低基底附加應(yīng)力，當(dāng)基礎(chǔ)形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時(shí)，加挑板就可能采用天然地基。必要時(shí)可加較大跨度的周圈窗井。能降低整體沉降，當(dāng)荷載偏心時(shí)，在特定部位設(shè)挑板，還可調(diào)整沉降差和整體傾斜。窗井部位可以認(rèn)為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板。雖然在計(jì)算時(shí)此處板并不應(yīng)按挑板計(jì)算。當(dāng)然此問題并不絕對(duì)，當(dāng)有數(shù)層地下室，窗井橫隔墻較密，且橫隔墻能與內(nèi)部墻體連通時(shí)，可靈活考慮。

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)的、全面的工作，需要扎實(shí)的理論知識(shí)功底、靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不是單求外表的獨(dú)特與奇異，而是要講究科學(xué)的依據(jù)和實(shí)用的價(jià)值。設(shè)計(jì)人員要從一個(gè)個(gè)基本的構(gòu)件算起，做到知其所以然，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，并密切配合其他專業(yè)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。只有這樣才能真正體會(huì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義，推動(dòng)建筑業(yè)向前發(fā)展。

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篇8

關(guān)鍵詞：建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU984 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層概念及布置原則

1.1 定義：建筑物某層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結(jié)構(gòu)類型，并通過該樓層進(jìn)得結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，則該樓層即稱轉(zhuǎn)換層。

1.2 布置原則：由于高層建筑結(jié)構(gòu)下部樓層受力很大，上部樓層受力較小，正常的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)是下部剛度大，墻體多、柱網(wǎng)密，到上部漸漸減少墻、柱的數(shù)量，以擴(kuò)大柱網(wǎng)。這樣，結(jié)構(gòu)的正常布置與建筑功能對(duì)空間的要求正好相反。因此，為滿足建筑功能的要求，結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行“反常規(guī)設(shè)計(jì)”，即將上部布置小空間，下部布置大空間；上部布置剛度大的剪力墻，下部布置剛度小的框架柱。為了實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)布置，就必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)計(jì)水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，即轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特性高層建筑轉(zhuǎn)換層按照結(jié)構(gòu)來分類主要有以下幾個(gè)形式：梁—柱體系、桁架體系、墻梁體系、厚板轉(zhuǎn)換體系等，其中以梁—柱體系最為常用。按照轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)功能的不同，一般可分為以下三類：建筑上、下部分之間結(jié)構(gòu)類型的轉(zhuǎn)換，此類建筑上部和下部采用的結(jié)構(gòu)形式不同。建筑上、下部分之間的柱網(wǎng)尺寸不同，這種建筑雖然上下部分的結(jié)構(gòu)類型相同，但通常需要通過轉(zhuǎn)換層，擴(kuò)大其下部結(jié)構(gòu)的柱距，以形成大柱網(wǎng)。同時(shí)具備轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和擴(kuò)大軸線尺寸的混合形式。

設(shè)計(jì)原則轉(zhuǎn)換層的設(shè)置造成建筑物豎向剛度的突變，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利，故采用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：盡可能減少需結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，直接落地的豎向構(gòu)件越多，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)越少，轉(zhuǎn)換層造成的剛度突變就越小，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震更有利，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在高層建筑豎向的位置宜低不宜高。優(yōu)化轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，選擇具有明確傳力路徑的換層結(jié)構(gòu)型式，以便于結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)和保證施工量，在滿足建筑物安全和經(jīng)濟(jì)要求的前提下，轉(zhuǎn)換剛度宜小不宜大。

2 不同類型轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)介紹與設(shè)計(jì)方法

高層建筑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)一般可分為4種基本結(jié)構(gòu)形式，即：桁架(包括空腹桁架)、箱型結(jié)構(gòu)、梁式(包括托梁和雙向梁格)、厚梁厚板。以下主要介紹了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)及桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。對(duì)以上4種基本結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題簡要介紹如下

2.1 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)形式是目前高層建筑中實(shí)現(xiàn)垂直轉(zhuǎn)換最常用的結(jié)構(gòu)形式，由于其傳力途徑采用墻(柱)轉(zhuǎn)換梁柱(墻)的形式，具有傳力直接、明確和清桁架轉(zhuǎn)換層箱型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層空腹桁架轉(zhuǎn)換層。該轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，便于工程計(jì)算、分析和設(shè)計(jì)，且造價(jià)較節(jié)省。所以梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中應(yīng)用較廣。實(shí)際工程中轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)形式有多種多樣，從轉(zhuǎn)換梁功能上，可分為托墻和托柱；從轉(zhuǎn)換梁形式上，可分為加腋和不加腋；從轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)采用材料上，又可分為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼骨混凝土和鋼結(jié)構(gòu)等。轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)方法的選擇與其受力性能和轉(zhuǎn)換層的形式有關(guān)，現(xiàn)簡述如下：

2.1.1 托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部普通框架時(shí)，在轉(zhuǎn)換梁常用截面尺寸范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配筋計(jì)算；當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部斜桿框架時(shí)，轉(zhuǎn)換梁將承受軸向拉力，此時(shí)應(yīng)按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。

2.1.2 托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開洞時(shí)，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時(shí)轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法宜采用深梁截面設(shè)計(jì)方法或應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法，且計(jì)算出的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當(dāng)分布配置。由于此時(shí)轉(zhuǎn)換梁跨中較大范圍內(nèi)的內(nèi)力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截?cái)嗪蛷澠?，?yīng)全部伸人支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨且開較多門窗洞或不滿跨但剪力墻的長度較大時(shí)，轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法也宜采用深梁截面設(shè)計(jì)方法或應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法，縱向鋼筋的布置則沿梁下部適當(dāng)分布配置，且底部縱向鋼筋不宜截?cái)嗪蛷澠?，?yīng)全部伸入支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體為小墻肢時(shí)，轉(zhuǎn)換梁基本上可按普通梁的截面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配筋計(jì)算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉(zhuǎn)換梁的底部。

2.2 桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)形式是由梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層變化而來的，整個(gè)轉(zhuǎn)換層由多榀鋼筋混凝土桁架組成承重結(jié)構(gòu)，桁架的上下弦桿分別設(shè)在轉(zhuǎn)換層的上下樓面的結(jié)構(gòu)層內(nèi)，層間設(shè)有腹桿。由于桁架高度較高，所以下弦桿的截面尺寸相對(duì)較小。桁架分為空腹桁架和實(shí)腹桁架2種，它可以是鋼桁架，也可以是鋼筋混凝土桁架，在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)中常用鋼筋混凝土桁架。與梁式轉(zhuǎn)換層相比，它的整體性好，受力性更加明確，自重較小而抗震性能好，而且便于管道的安裝與維護(hù)等，但在施工上比較復(fù)雜，在設(shè)計(jì)上表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)難度較大。桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法簡述如下：桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可以采用ANSYS和TAT來進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析，除應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)整體的位移、變形、抗傾覆、周期等要求外，還應(yīng)滿足(JGJ3—2002)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中附錄E中規(guī)定的轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比的要求。

相對(duì)其他結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)換層而言，桁架轉(zhuǎn)換層比梁式轉(zhuǎn)換層和厚轉(zhuǎn)換層在受力上更加合理，在轉(zhuǎn)換層位置受到的剪力和彎矩就比較小，有利于構(gòu)件截面尺寸的控制，不會(huì)造成很大的剛度集中。在地震作用下，不會(huì)造成應(yīng)力的集中，有利于結(jié)構(gòu)抗震。其次在桁架轉(zhuǎn)換層上部的結(jié)構(gòu)所受到的剪力和彎矩相對(duì)其他的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)來說也較小，其受力受下部轉(zhuǎn)換層的影響較小，比較合理。由于桁架轉(zhuǎn)換層的重量相對(duì)其他轉(zhuǎn)換層的重量要小，從而減小了下部框架柱的抗壓負(fù)荷。

3 高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

3.1 宜低位轉(zhuǎn)換，盡量避免高位轉(zhuǎn)換，設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑屬復(fù)雜的高層建筑，其結(jié)構(gòu)豎向剛度存在一定程度的突變，且轉(zhuǎn)換層上下附近的剛度、變從頭再來和內(nèi)力都會(huì)發(fā)生突變，易形成薄弱層，對(duì)抗震不利。所以，設(shè)置轉(zhuǎn)換層應(yīng)豎持轉(zhuǎn)換層位置宜低不宜高的觀點(diǎn)。盡量降低轉(zhuǎn)換層的層位，尤其抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，宜避免高位轉(zhuǎn)換，三層以下為宜，一般不超過六層。

3.2 上下軸網(wǎng)力求部分對(duì)齊不錯(cuò)位，如查結(jié)構(gòu)上部、下部的軸網(wǎng)全部錯(cuò)位，則轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可能只得采用厚板式，厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是所有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中缺點(diǎn)最多的一種形式。不僅受力不好，設(shè)計(jì)難度高，施工困難，而且極不經(jīng)濟(jì)。

3.3 框支柱、剪力墻的合理布置，設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑，不論采用何種結(jié)構(gòu)體系，都必須保證部分剪力墻直接落地；轉(zhuǎn)換層下面的框支柱的柱距疏密均勻，框支柱懷剪力墻（通常是核心筒）的距離位不宜太大（控制在12m以下）。轉(zhuǎn)換層以上的剪力墻應(yīng)采用大開間布置。強(qiáng)化下部，保證下部大空間結(jié)構(gòu)有足免的剛度、強(qiáng)度、延性和抗震能力。轉(zhuǎn)換層的平面須比軸規(guī)則，保證轉(zhuǎn)換大梁的剛度和出平面外的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

在高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中，須根據(jù)工程本身特點(diǎn)和驗(yàn)處中受力狀態(tài)的不明確定等因素，選擇科學(xué)全理的設(shè)計(jì)方案，確保方案設(shè)計(jì)的全面性、科學(xué)性，減少施工的風(fēng)險(xiǎn)和難度。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 中華人民共和國建設(shè)部．高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社．2006.

篇9

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；承載能力、剛度、延性；安全經(jīng)濟(jì)。

0引言

現(xiàn)階段，我國城市發(fā)展水平不斷提高，城市人口規(guī)模不斷擴(kuò)大，可利用土地資源不斷減少，因此，高層建筑不斷增多，以盡可能地節(jié)約土地資源，提高土地使用效率。隨著建筑材料與建筑設(shè)計(jì)理論不斷更新，施工技術(shù)與施工機(jī)械設(shè)備不斷發(fā)展，都為高層建筑的發(fā)展提供了完善的技術(shù)支持。高層建筑設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)于確保高層建筑的使用安全和各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起到至關(guān)重要的作用，也是高層建筑建設(shè)項(xiàng)目順利實(shí)施的前提條件。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要以我國建筑行業(yè)現(xiàn)行的相關(guān)政策、設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程為依據(jù)，以批準(zhǔn)的建筑方案作為設(shè)計(jì)條件，其主要涉及內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型，結(jié)構(gòu)性布置，結(jié)構(gòu)在荷載作用下的受力分析以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)幾部分內(nèi)容組成。

1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型

結(jié)構(gòu)選型是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，必須慎重對(duì)待。對(duì)于高風(fēng)壓區(qū)和地震區(qū)應(yīng)選用承載能力高，抗風(fēng)力及抗地震作用性能好的結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置方案，應(yīng)使選用的結(jié)構(gòu)體系受力明確、傳力簡捷。以下是混凝土結(jié)構(gòu)常用的幾種結(jié)構(gòu)形式，簡述如下：

（1）框架結(jié)構(gòu)。由梁、柱組成的結(jié)構(gòu)稱為框架結(jié)構(gòu)。在框架結(jié)構(gòu)中，墻僅起到室內(nèi)空間分隔以及維護(hù)作用?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較高，自身重量小，整體性能與抗震性能較好， 建筑物內(nèi)的平面布置靈活是它最突出的優(yōu)點(diǎn)，因而使用空間可以獲得較大拓展?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較小，如果框架結(jié)構(gòu)的層數(shù)過多，需要將梁柱的截面尺寸做的較大，才能滿足變形限值的要求，導(dǎo)致鋼筋水泥等材料消耗量過多，因此，框架結(jié)構(gòu)的層數(shù)受到一定的限制，大部分均在20層以下。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)。 用鋼筋混凝土剪力墻抵抗豎向荷載和抵抗水平力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)在于抗側(cè)剛度大，承載力大，在水平力作用下側(cè)移小。剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于建筑物內(nèi)剪力墻的間距小，一般為3~8米，平面布置難以做到靈活多變，因而不適用于空間要求較大的建筑，多用于住宅、旅館等建筑。

（3）框架―剪力墻（筒體）結(jié)構(gòu) 。在結(jié)構(gòu)中同時(shí)布置框架和剪力墻，就形成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)；兩個(gè)方向的剪力墻圍成筒體，就形成框架-筒體結(jié)構(gòu)；二者可統(tǒng)稱為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。彎剪型變形曲線的層間變形沿建筑高度比較均勻，既減小了框架也減小了剪力墻單獨(dú)抵抗水平力的層間變形，適用于較高的建筑。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是剪力墻的數(shù)量和布置，剪力墻布置應(yīng)均勻，如果布置不好，容易造成較大的偏心，引起結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)；剪力墻的的數(shù)量不必太多，太多就使結(jié)構(gòu)重量加大，會(huì)增加地震力。一般來說，電算結(jié)果顯示剪力墻分配到的剪力占總剪力的50%~85%之間比較合適。

2高層建筑結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)原則

（1）眾所周知，高層建筑中水平荷載對(duì)建筑物的效應(yīng)不是線性的，而是隨著建筑物的的高度的增加而迅速遞增的。例如，在風(fēng)荷載的作用下，建筑物底部的傾覆力矩與其高度的平方成正比，建筑物頂部的側(cè)向位移則與其高度的四次方成正比。所以，為了抵抗風(fēng)荷載，建筑結(jié)構(gòu)要有足夠的剛度。而地震的效應(yīng)就更加顯著，隨著建筑物高度的增加，側(cè)向位移與振動(dòng)就會(huì)越來越變成主要的設(shè)計(jì)控制條件，所以風(fēng)荷載和地震作用是引起側(cè)向位移和振動(dòng)的兩個(gè)主要因素。然而，高層建筑結(jié)構(gòu)考慮抗風(fēng)和抗震要求的出發(fā)點(diǎn)往往是相互矛盾的，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)抗風(fēng)和抗震性能都很好的高層建筑結(jié)構(gòu)并不是件容易的事。

（2）首先應(yīng)根據(jù)建筑功能要求、地理環(huán)境條件及所構(gòu)思的結(jié)構(gòu)總體系，心中應(yīng)有一個(gè)多道防線、剛?cè)峤Y(jié)合的理想剛度目標(biāo)，即應(yīng)具有一定大的剛度和承載力來抵御風(fēng)荷載和小震，在風(fēng)和規(guī)范設(shè)防烈度水準(zhǔn)的地震作用下，能保證結(jié)構(gòu)完全處于彈性工作狀態(tài)。并且還應(yīng)在第一道防線的有意識(shí)屈服后，在結(jié)構(gòu)變?nèi)岬耐瑫r(shí)仍具有足夠大的彈塑性變形能力和延性耗能能力來抵御未來可能遭遇的罕遇大地震。所以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)，重視結(jié)構(gòu)的選型和平、立面布置的規(guī)則性，擇優(yōu)選用抗震和抗風(fēng)性能好且經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系，加強(qiáng)構(gòu)造措施。在抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，使整個(gè)結(jié)構(gòu)具有必要的承載能力、剛度和延性。

（3）合理確定高層建筑的高寬比以及平面形狀。高層建筑在平面布置上應(yīng)力求簡單、規(guī)則、對(duì)稱，剛度和承載力分布均勻。結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減小扭轉(zhuǎn)的影響，盡量避免較大的樓板削弱，否則應(yīng)采取適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施。不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置。

（4）結(jié)構(gòu)的豎向布置盡可能的做到剛度的均勻連續(xù)，避免側(cè)向剛度與承載力的突變而形成薄弱層。豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化。結(jié)構(gòu)的豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上下連續(xù)貫通，傳力途徑直接、合理。由于高層建筑結(jié)構(gòu)的上部往往局部樓層截面縮小，導(dǎo)致剛度突變，需要采取加強(qiáng)措施。

（5）高層建筑的基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)綜合考慮，宜設(shè)地下室?；A(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮上部結(jié)構(gòu)類型、地基地質(zhì)狀況、地下水位情況、地基承載力、有無地下室以及可能的沉降量等因素。選擇經(jīng)濟(jì)合理基礎(chǔ)形式，以保證所支承的建筑物不致發(fā)生過量沉降或傾斜，能滿足建筑物正常使用的要求。高層建筑基礎(chǔ)應(yīng)具有一定的埋置深度，而影響基礎(chǔ)埋置深度的主要因素是建筑物的高度、體型以及對(duì)地下室的使用功能要求，地基土層的物理力學(xué)性質(zhì)，抗震設(shè)防烈度和臺(tái)風(fēng)等級(jí)等。實(shí)踐證明地下室與地基及周邊土的共同作用又反過來對(duì)上部結(jié)構(gòu)的整體剛度提供了一定的補(bǔ)償性貢獻(xiàn)，在上部結(jié)構(gòu)和工程地質(zhì)條件完全相同的情況下，有地下室的高層建筑的自振周期要比無地下室的小，同時(shí)，有兩層地下室的整體剛度要大于只有一層地下室的。

3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)重要參數(shù)

（1）軸壓比。主要為保證結(jié)構(gòu)的延性要求，規(guī)范對(duì)剪力墻和框架柱的軸壓比均有相應(yīng)的限值要求。地震作用下構(gòu)件的軸壓力數(shù)值有可能小于非地震作用時(shí)構(gòu)件的軸壓力，因此，地震作用下構(gòu)件軸壓比數(shù)值不一定是構(gòu)件的最大軸壓比值，這是由不同的荷載效應(yīng)組合造成的。荷載作用組合下的柱子軸壓比不能過大，尤其是地下室柱更應(yīng)注意對(duì)截面的控制，當(dāng)配筋率偏大，甚至接近超筋，說明柱截面偏小，應(yīng)加大柱截面。

（2）位移比。位移比取樓層最大桿件位移與平均桿件位移的比值，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)視具體情況分別選取限值。位移比是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的參數(shù)，主要為控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，從而對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。驗(yàn)算位移比是在剛性樓板假定下并需要考慮偶然偏心，當(dāng)位移比超過1.2時(shí)，需要考慮雙向地震力。驗(yàn)算層間位移角則不需要考慮偶然偏心。對(duì)于有錯(cuò)層或帶有夾層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況采用多種手段。

（3）周期比。規(guī)范限值周期比主要為控制結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，保障結(jié)構(gòu)有一定的抗扭能力，周期比過大，說明該結(jié)構(gòu)抗扭能力較弱。所以周期比一般只能通過調(diào)整平面布置來改善，這種改變一般是整體的，局部的小調(diào)整往往收效甚微。也就是說，周期比控制不是要求結(jié)構(gòu)足夠‘結(jié)實(shí)’，而是要求結(jié)構(gòu)平面布置的合理性

（4）剛重比。剛重比為結(jié)構(gòu)剛度和重力荷載之比。主要為控制結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移和傾覆。當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛重比進(jìn)一步減小時(shí)，則重力p-效應(yīng)將會(huì)呈現(xiàn)非線性關(guān)系而急劇增長，直至引起結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)。

（5）樓層最大位移與層高之比。在正常使用條件下，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求。按彈性方法計(jì)算的樓層層間最大位移與層高之比應(yīng)符合《抗震規(guī)范》表5.5.1。需要進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算的結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性變形（彈塑性層間位移角）應(yīng)符合《抗震規(guī)范》表5.5.5。

篇10

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；常見問題；分析簡述

1高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

水平荷載成為決定因素

一方面，因?yàn)闃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，僅與樓房高度的一次方成正比； 而水平荷載對(duì)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(duì)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(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。

1．2軸向變形不容忽視

高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會(huì)對(duì)連續(xù)粱彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)粱中問支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大；還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響， 要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值， 對(duì)下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外對(duì)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(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。

1．3側(cè)移成為控制指標(biāo)

與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。 隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。

1．4 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)

相對(duì)于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(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、高層結(jié)構(gòu)選型

對(duì)于高層結(jié)構(gòu)而言，在工程設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)選型階段，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題

新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動(dòng)，新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。”因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，以避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動(dòng)。

2．2結(jié)構(gòu)的超高問題。

在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制，尤其是新規(guī)范中針對(duì)以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A 級(jí)高度的建筑外，增加了B 級(jí)高度的建筑 ，因此，必須對(duì)結(jié)構(gòu)的該項(xiàng)控制因素嚴(yán)格注意，一旦結(jié)構(gòu)為B 級(jí)高度建筑甚或超過了B 級(jí)高 度，其設(shè)計(jì)方法和處理措施將有較大的變化。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)過由于結(jié)類型的變更而忽略該問題，導(dǎo)致施工圖審查時(shí)未予通過，必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或需要開專家會(huì)議進(jìn)行論證等工作的情況，對(duì)工程工期、造價(jià)等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。

2．3嵌固端的設(shè)置問題

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(gè)問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌 固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌 固端位置的協(xié)調(diào)等等問題，而忽略其中任何一個(gè)方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患 。

2．4短肢剪力墻的設(shè)置問題

在新規(guī)范中，對(duì)墻肢截面高厚比為 5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計(jì)工作增加不必要的麻煩。

3、地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題

地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，不僅僅由于該階段設(shè)計(jì)過程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行同時(shí)，也是因?yàn)榈鼗A(chǔ)也是整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素，因此，在這一階段所出現(xiàn)的問題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無法估量的損失。

在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意地方性規(guī)范的重要性問題。由于我國占地面積較廣，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，作為國家標(biāo)準(zhǔn)僅僅一本《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》無法對(duì)全國各地的地基基礎(chǔ)都進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定因此，作為建立在國家標(biāo)準(zhǔn)之下的地方標(biāo)準(zhǔn)。地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)計(jì)處理方法等一些成熟的經(jīng)驗(yàn)描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確，所以，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對(duì)地方規(guī)范進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)，以避免對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或后期設(shè)計(jì)工作造成較大的影響。

4、結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

在結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析階段，如何準(zhǔn)確，高效地對(duì)工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理，是決定工程設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。由于新規(guī)范的推出對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算和分析部分相當(dāng)多的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，因此，結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)該相當(dāng)?shù)貙?duì)這一階段比較常見的問題有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

4．1結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇

目前，由于軟件在采用的計(jì)算模型上存在著一定的差異，因此導(dǎo)致了各軟件的計(jì)算結(jié)果有或大或小的不同。所以，在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析時(shí)必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算軟件，并從不同軟件相差較大的計(jì)算結(jié)果中，判斷哪個(gè)是合理的、 哪個(gè)是可以作為參考的，哪個(gè)又是意義不大的，這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)工作中首要的工作。 否則，如果選擇了不合適的計(jì)算軟件，不但會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)問和精力，而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。

4．2是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對(duì)自振周期的影響

該部分內(nèi)容實(shí)際上在新老規(guī)范中都有提及，只是，在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實(shí)測(cè)周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層

建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算自振周期折減系數(shù)。

4．3振型數(shù)目是否足夠

在新規(guī)范中增加一個(gè)振型參與系數(shù)的概念，并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計(jì)中，并未提出振型參與系數(shù)的概念，或即使有該概念，該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求，因此，在計(jì)算分析階段必須對(duì)計(jì)算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷，并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。

4．4多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計(jì)算

一段時(shí)間以來，大底盤，多塔樓的高層建筑類型大量涌現(xiàn)，而在計(jì)算分析該類型高層建筑時(shí)，是將結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體并按多塔類型進(jìn)行計(jì)算，還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進(jìn)行計(jì)算，是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問題。如果多塔問剛度相差較大，就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿足要求，但是對(duì)某一座塔樓的地震力計(jì)算誤差仍然有可能較大，從而便結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。

4．5非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)

在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對(duì)這部分內(nèi)容，尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于高層建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大，因此，必須嚴(yán)格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算處理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4．6高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要控制的七個(gè)比值

高層設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于豎向承重構(gòu)件(柱、剪力墻等)的合理布置，設(shè)計(jì)過程中控制的目標(biāo)參數(shù)主要有如下七個(gè)：

(1)軸壓比：主要為控制結(jié)構(gòu)的延性，規(guī)范對(duì)墻肢和柱均有相應(yīng)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(jié)構(gòu)安全性。

(3)剛度比：主要為控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)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(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

(5)周期比：主要為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減小扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。

(6)剛重比：主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移和傾覆。

(7)層問受剪承載力比：控制豎向不規(guī)則性。