摘要：隨著建筑層次和復(fù)雜程度的增加，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了要求也越來越高，設(shè)計(jì)任務(wù)顯得復(fù)雜且繁重，研究現(xiàn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中值得注意的問題，通過理論知識的提升，可以有效地把握住工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，努力做到讓結(jié)構(gòu)更安全、更合理。

　　關(guān)鍵詞：高層建筑,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分析研究

　　1 引言

　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對于建筑工程的質(zhì)量和效率有較大的影響，需要對其進(jìn)行深入的考慮和分析，以保證設(shè)計(jì)的合理性。本文探討了在建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的常見問題，并針對這些問題提出一些切實(shí)可行的解決對策，以不斷提高建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和時(shí)效性，滿足人們對建筑設(shè)計(jì)形態(tài)的要求。

　　2建筑結(jié)構(gòu)要點(diǎn)

　　2.1剛?cè)岵⒅氐慕Y(jié)構(gòu)體系。

　　正確合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)當(dāng)是剛?cè)岵⒅兀�工程�?shí)踐表明，結(jié)構(gòu)太剛則變形能力差，強(qiáng)大的破壞力瞬間襲來時(shí)，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞;而太柔的結(jié)構(gòu)雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。顯然對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員來說，結(jié)構(gòu)怎樣選取以達(dá)到剛?cè)岵⒅剡@是設(shè)計(jì)核心之一。較柔的結(jié)構(gòu)體系易于找到共同受力的構(gòu)件以協(xié)同消化和抵抗外力，但結(jié)構(gòu)過柔將產(chǎn)生變形以適應(yīng)外力，太柔的結(jié)果必然是太大的變形，甚至?xí)��?dǎo)致立足不穩(wěn)而失去根本。必然結(jié)構(gòu)體系最適宜就是做到剛?cè)岵⒅亍１匾獎(jiǎng)偠瓤捎行У乜刂平ㄖ�變形在允許范圍內(nèi)，而必要的柔將有效地提高建筑消化轉(zhuǎn)換外力的能力。

　　2.2 多道防線設(shè)計(jì)。

　　安全的建筑結(jié)構(gòu)體系必須做到層層設(shè)防的，當(dāng)遇到突如其來的荷載時(shí)，建筑中所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)都在通力合作，而不應(yīng)當(dāng)把荷載全部寄托在某個(gè)單一的構(gòu)件上。即使在設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)的計(jì)算是正確的，但要絕對安全的防備構(gòu)件是不存在的，所以多道防線設(shè)計(jì)是應(yīng)當(dāng)考慮的。

　　2.3 相對靜定結(jié)構(gòu)體系。

　　在建筑結(jié)構(gòu)體系中，不同類型的構(gòu)件相接處或者同一構(gòu)件截面改變之處即為節(jié)點(diǎn)。考慮結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，應(yīng)主要從結(jié)構(gòu)的軸力和彎矩進(jìn)行分析，在無彎矩的情況下，軸力在截面上時(shí)均勻分布，能夠充分利用材料的強(qiáng)度;而彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力在截面上為三角形分布，沒有充分利用材料的強(qiáng)度，因此，在結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)分析中主要考慮結(jié)構(gòu)中的彎矩的分布及最大值。在相同跨度和相同荷載下，簡支粱的彎矩最大，伸臂粱、靜定多跨粱、三鉸剛架、組合結(jié)構(gòu)的彎矩次之，而桁架結(jié)構(gòu)的彎矩為零。在工程中簡支粱多用于小跨度結(jié)構(gòu);伸臂粱、靜定多跨粱、三鉸剛架、組合結(jié)構(gòu)可用于較大跨度的結(jié)構(gòu);而大跨度結(jié)構(gòu)通常采用桁架結(jié)構(gòu)或者拱結(jié)構(gòu)。在實(shí)際工程中，除考慮受力特點(diǎn)之外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的施工、幾何特點(diǎn)、構(gòu)造本身。

　　3 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)問題分析

　　從建筑的外部結(jié)構(gòu)來看，高層建筑與多層建筑之間的差別主要表現(xiàn)在層數(shù)和高度的差距，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理及方法上看，兩者基本一致，沒有實(shí)質(zhì)性的差別，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要是抵抗豎向及水平荷載作用。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，我們也應(yīng)該意識到，隨著建筑愈來愈高，愈來愈復(fù)雜，抵抗外荷載的難度和要求也愈來愈高，需要使用更多的結(jié)構(gòu)材料，特別是用于抵抗水平荷載作用，因此抗側(cè)力結(jié)構(gòu)成為大底盤、多塔樓、帶高位轉(zhuǎn)換層的高層建筑在設(shè)計(jì)上的主要問題，大量理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在這個(gè)問題上，應(yīng)注重以下幾個(gè)方面：

　　3.1　將水平荷載列為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制的主要因素

　　在設(shè)計(jì)上我們對結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度之間的相互關(guān)系進(jìn)行綜合考慮后發(fā)現(xiàn)，除了軸向力是與高度之間是正比例關(guān)系以外，隨著高度的上升，位移和彎矩都不是線性變化的，而是呈現(xiàn)出指數(shù)曲線上升形態(tài)，從這個(gè)角度出發(fā)，隨著高層建筑層數(shù)的增加，對水平荷載的控制顯得越來越重要，成為控制的主要因素。實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)上必須思考水平力作用下結(jié)構(gòu)是否優(yōu)化，同時(shí)該問題對材料的用量也有很大的影響。

　　3.2　將側(cè)移作為重要的控制指標(biāo)

　　將高層建筑與多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，前者應(yīng)比后者更多的關(guān)注與結(jié)構(gòu)側(cè)移，應(yīng)將結(jié)構(gòu)側(cè)移作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵性的控制因素。相關(guān)調(diào)查資料顯示，側(cè)移的危害是相當(dāng)大的，是填充墻或建筑裝飾開裂或損壞的主要原因，從業(yè)主心理來看，居住人員會因?yàn)榻ㄖ�物發(fā)生明顯側(cè)移而感到不適或驚慌;從結(jié)構(gòu)上看，側(cè)移將給建筑構(gòu)件帶來較大的附加內(nèi)力，特別是對豎向建筑構(gòu)件而言，一旦側(cè)向位移有所增大將偏心加劇，使主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)大裂縫，甚至損壞，當(dāng)附加內(nèi)力值達(dá)到一定的數(shù)值后將引起整個(gè)建筑物的側(cè)塌。理論研究和大量實(shí)驗(yàn)表明，隨著高層建筑層數(shù)的增加，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形呈現(xiàn)出迅速增大狀態(tài)，所以，在設(shè)計(jì)上必須將結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移作為重要指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，必須將其控制在某一限度之內(nèi)。

　　3.3　抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要重視

　　地震帶來的災(zāi)難是毀滅性的，但是有些卻是可以通過提高建筑物抗震結(jié)構(gòu)來避免的，為此，對高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)引起足夠的重視，高層建筑都有著一定的抗震要求，隨著高層建筑高度的增加，地震的作用力帶來危害的可能性也會越來越大，因此，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)倍加重視，特別是在地震區(qū)，需要進(jìn)行嚴(yán)格的地震作用計(jì)算，對于非地震區(qū)的高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，仍需要將抗震的構(gòu)造措施作為重要的考慮因素。在抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，我們應(yīng)該注意到高層建筑隨著高度的增加顯得更柔一些，如此一來，受到地震作用勢必將引起更大的變形，為了有效地防止出現(xiàn)倒塌事故，在構(gòu)造的設(shè)計(jì)上必須積極采取合理的措施，保證建筑結(jié)構(gòu)具有足夠大的延性，也就是說確保當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍能表現(xiàn)出超強(qiáng)的變形能力。

　　3.4軸向變形的問題亦不容忽視

　　雖然說，隨著高度的上升，位移和彎矩呈現(xiàn)出指數(shù)曲線上升形態(tài)，對水平荷載的控制顯得越來越重要，成為控制的主要因素。但是我們也應(yīng)該意識到，軸向力是與高度之間是正比例關(guān)系，隨著高層建筑高度的增大，其豎向荷載數(shù)值也是相當(dāng)大的，勢必導(dǎo)致柱受力產(chǎn)生較大程度的軸向變形，進(jìn)一步影響到連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大。理論研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)表明，軸向變形問題對預(yù)制構(gòu)件的下料長度也會構(gòu)成較大的負(fù)面影響，在設(shè)計(jì)上需要仔細(xì)分析軸向變形的計(jì)算值對下料長度實(shí)施調(diào)整。除此之外，實(shí)驗(yàn)研究表明，軸向變形對建筑結(jié)構(gòu)的影響并非是孤立的，軸向變形的同時(shí)也會對構(gòu)件的剪力和側(cè)移構(gòu)成一定的影響，設(shè)計(jì)中我們應(yīng)該重視并將構(gòu)件豎向變形作為一個(gè)重要的因素，否則設(shè)計(jì)計(jì)算中將會得出偏于不安全的計(jì)算結(jié)果。

　　3.5 從結(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)造上滿足規(guī)范要求

　　從結(jié)構(gòu)計(jì)算角度,看結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)注意的問題避免荷載計(jì)算的錯(cuò)誤。諸如漏算或少算荷載、活荷載折減不當(dāng)、建筑物用料與實(shí)際計(jì)算不符, 基礎(chǔ)底板上多算或少算土重。底框砌體結(jié)構(gòu)驗(yàn)算時(shí)就應(yīng)注意:底部剪力法僅適用于剛度比較均勻的多層結(jié)構(gòu),對具有薄弱層的底層框架混合結(jié)構(gòu),應(yīng)考慮塑性變形集中的影響,通常對底層地震剪力乘以1.2~1.5 的增大系數(shù);底層框架混合結(jié)構(gòu)的剪力分配不能簡單地按框架抗震墻的方法。因?yàn)榈卓蚣芙Y(jié)構(gòu)中只有底層框架抗震墻,應(yīng)采用雙保險(xiǎn)的方法,抗震墻承擔(dān)全部剪力,框架按剛度比例承擔(dān)剪力。剛度計(jì)算時(shí),框架不折減,抗震墻折減到彈性剛度的20%~30%;應(yīng)考慮底層框架柱中地震作用產(chǎn)生傾覆力矩所引起的附加軸力。

　　綜上所述, 建筑設(shè)計(jì)人員為了有效地設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理的建筑結(jié)構(gòu)，還在掌握設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，充分結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)而進(jìn)行設(shè)計(jì);同時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到所設(shè)計(jì)的建筑所采用的材料造價(jià)問題，以使得結(jié)構(gòu)更加結(jié)合實(shí)際情況而且受力合理。

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