趙淑娟

摘 要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，加上科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國高層建筑行業(yè)取得了重大的突破。越來越多的高層建筑對我們的設(shè)計(jì)提出了新的課題，節(jié)約成本降低造價(jià)成為開發(fā)商必談的話題，因此結(jié)構(gòu)優(yōu)化成為我們設(shè)計(jì)師面臨的新課題，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，不僅僅影響到高層建筑安全性，而且還直接影響到高層建筑的工程造價(jià)。本文主要研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；典型問題；解決措施；概念設(shè)計(jì)

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下原則：在正常的施工和使用過程中，建筑結(jié)構(gòu)可以承受來自內(nèi)部和外部的各種作用；在正常使用的過程中結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能；在正常維護(hù)的狀況下，可以表現(xiàn)出持久性；設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)可以保持必要的穩(wěn)定性。建筑結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)、條件下對完成其預(yù)定的功能可以表現(xiàn)出足夠的可靠性，且此種可靠性可以進(jìn)行計(jì)算度量。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)利用概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，既保證在極端情況下不會(huì)對社會(huì)造成嚴(yán)重的危害。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與優(yōu)化措施

2.1 部分建筑底層挑梁裂縫

出現(xiàn)此種情況的原因是原始設(shè)計(jì)中各層的挑梁都是按照本層的載荷進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算的，在實(shí)際的結(jié)構(gòu)中懸挑梁的上部墻體為整體砌筑，而下部墻體同事是也起到了底模的作用，此時(shí)挑梁上部的墻體載荷就形成自上而下的作用力。這樣原有的挑梁設(shè)計(jì)與實(shí)際形成的載荷的傳遞方式就出現(xiàn)了差異，從而使得原有的承載能力不足以滿足實(shí)際的載荷，出現(xiàn)裂縫也就可以得到解釋了。要解決此問題就要根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行改進(jìn)，使得受力傳遞路線符合實(shí)際情況，或者在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)注意對施工順序的規(guī)范，這樣就可以防止出現(xiàn)類似情況。

2.2 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震性能提高

（1）橫墻承載是的結(jié)構(gòu)布置要點(diǎn)，通常建筑的平面為矩形，其橫向剛度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于縱向，所以需要足夠數(shù)量的橫向結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行支撐，從而提高其抗震的性能。因?yàn)榈卣饘w的破壞為剪切性破壞，所以為了提高橫向墻的抗震能力就需要提高其強(qiáng)度。其主要的方式就是對材料進(jìn)行規(guī)范，使用強(qiáng)度等級(jí)高的材料 ，增加橫墻上的軸壓力，將橫墻設(shè)計(jì)為具有承載和阻隔雙重能力的結(jié)構(gòu)體。

（2）縱橫墻承載結(jié)構(gòu)。當(dāng)建筑的開間增加時(shí)，設(shè)計(jì)沿進(jìn)深的梁支支撐在縱墻上，使得縱向承載能力增加。樓板沿縱向設(shè)置擱置形成橫墻承載，橫墻的間距大時(shí)就可以按照抗震的要求，同時(shí)縱墻的抗震性能也會(huì)因?yàn)檩S壓的增加而提高。另外也可利用縱墻承載、橫墻承載沿豎向而交替布置，此種措施應(yīng)用較少。

（3）縱向墻承載。此種設(shè)計(jì)方式是橫墻的間距大數(shù)量少，同時(shí)軸壓較小，所以結(jié)構(gòu)的抗震性能較差，縱墻多則容易引起彎曲破壞也應(yīng)慎重選擇并進(jìn)行細(xì)致驗(yàn)算。

（4）混合承載設(shè)計(jì)。這樣的設(shè)計(jì)可以形成多種組合方式，如內(nèi)框架砌體結(jié)構(gòu)、底層框架砌體結(jié)構(gòu)、局部框架砌體結(jié)構(gòu)等等。此類結(jié)構(gòu)體系是由結(jié)構(gòu)材料彈性模量、動(dòng)力性能差異較大的兩種結(jié)構(gòu)組合而成，因此其并不是一種較好的抗震結(jié)構(gòu)。但是其滿足的是建筑的使用有要求，可以提供較大的空間，經(jīng)濟(jì)性也優(yōu)勢明顯。在設(shè)計(jì)中無論使用和在砌體形式都是結(jié)構(gòu)抗震性能保證的關(guān)鍵，此時(shí)就需要利用概念設(shè)計(jì)的思路，綜合性的提高建筑的整體抗震性能，以此彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)上的不足之處，盡量做到綜合性能上的最優(yōu)。

2.3 樓層平面剛度設(shè)計(jì)問題

某些設(shè)計(jì)在缺少基本的結(jié)構(gòu)觀念或者結(jié)構(gòu)布置的必要措施的時(shí)候，采用樓板變形計(jì)算程序。雖然程序的編寫在數(shù)學(xué)力學(xué)模型上是沒有錯(cuò)誤的，但是確定樓板變形的程度上卻不能做到準(zhǔn)確估算。作為計(jì)算的大方向都不能做到準(zhǔn)確的定性，就更不會(huì)得到想要的準(zhǔn)確結(jié)果。由此可見結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一定會(huì)存在結(jié)構(gòu)上的安全隱患，或者某些結(jié)構(gòu)件的性能儲(chǔ)備過大的情況。為了使得程序計(jì)算的結(jié)果準(zhǔn)確起來，即計(jì)算的結(jié)果可以基本反映真實(shí)受力的情況而不出現(xiàn)嚴(yán)重的誤差，設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)盡量對樓層設(shè)計(jì)進(jìn)行剛性化處理。要做到這一點(diǎn)就應(yīng)當(dāng)先在建筑設(shè)計(jì)或者方案提出階段就避免采用存在變形較大的樓面，如樓層上開洞、外伸的部分太長、塊體之間存在縮頸連接、凹槽缺口過深等情況；再要從結(jié)構(gòu)布置和配筋設(shè)計(jì)上進(jìn)行控制，對于功能性必要或者建筑效果十分優(yōu)越的建筑設(shè)計(jì)方案來說，如果平面不能完全采用剛性樓板在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候就必須考慮采用增設(shè)連接梁板、暗梁、提高連系梁板、暗梁邊梁配筋調(diào)整、斜向配筋等方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，即利用各種可行的措施對彌補(bǔ)樓板剛性損失，也即是滿足剛性樓板的基本假定或者出現(xiàn)的計(jì)算誤差。

2.4 屋面梁和配筋設(shè)計(jì)

這個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中應(yīng)當(dāng)注意一下幾個(gè)參數(shù)的取值和設(shè)計(jì)

（1）振型數(shù)的設(shè)定。振型數(shù)的大小將直接影響到結(jié)構(gòu)計(jì)算的精確度。對于平面規(guī)則、剛度分布不均勻的復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)，尤其是多塔結(jié)構(gòu)、大型底盤結(jié)構(gòu)等，在考慮到扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算的時(shí)候，通常不容易確定振型的數(shù)量，并支持計(jì)算地震作用。如果振型數(shù)偏少，有限高振幅的地震作用就無法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)存在隱患；如果振型數(shù)過大，直接增加了計(jì)算的工作量，也容易導(dǎo)致累計(jì)誤差。通常設(shè)計(jì)中需要掌握的原則是：在不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算的時(shí)候應(yīng)大于3；振型數(shù)大于3是則應(yīng)保證為3的倍數(shù)，但應(yīng)小于建筑的層數(shù)；如層數(shù)較少小于2時(shí)，振型數(shù)則應(yīng)為2或者1；如為5層則振型數(shù)為3；對于不規(guī)則的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的效果，此時(shí)振型數(shù)應(yīng)不小于9，結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或者結(jié)構(gòu)剛性突然變大的時(shí)候，振型數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加但是不能高于建筑層數(shù)的3倍。

（2）周期折減?？蚣芙Y(jié)構(gòu)因?yàn)樘畛鋲Φ拇嬖冢沟媒Y(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度會(huì)大于設(shè)計(jì)計(jì)算剛度，計(jì)算周期就會(huì)大于實(shí)際。所以計(jì)算的出的地震剪力就偏小，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在隱患，所以對框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行折減是必要的措施。但是對框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期的折減系數(shù)過大或者過小甚至不折減也是不可取的。具體的取值如：在設(shè)計(jì)中對砌體填充墻周期折減應(yīng)在0.6-0.7之間；砌體填充較少的或者輕質(zhì)材料時(shí)可以取0.7-0.8；完全采用輕質(zhì)材料的墻體則應(yīng)取0.9；只有沒有砌體墻而采用純框架的結(jié)構(gòu)其計(jì)算周期才不用折減。周期折減系數(shù)不會(huì)改變結(jié)構(gòu)的自振性能只會(huì)影響地震影響系數(shù)。

（3）梁跨正彎矩放大系數(shù)。這個(gè)系數(shù)在設(shè)計(jì)中主要是對樓面出現(xiàn)活動(dòng)載荷較大的多層建筑而設(shè)置，不能一概而論。當(dāng)梁上不計(jì)算活動(dòng)載荷或者不考慮活動(dòng)載荷的不利影響時(shí)，通常在取值是放大系數(shù)為1.2，以此彌補(bǔ)梁跨中彎矩過小而出現(xiàn)的不足；當(dāng)多層建筑分析和推導(dǎo)載荷的時(shí)候，將永久載荷與樓面活動(dòng)載荷是分開計(jì)算的，并對活動(dòng)載荷進(jìn)行不利布置，此時(shí)系數(shù)可為1，即不需要放大。通常計(jì)算高層建筑時(shí)為了簡化計(jì)算，永久載荷與樓面的活動(dòng)載荷和在一起進(jìn)行計(jì)算，也不做活動(dòng)載荷的不利布置，所以通常其梁跨中正彎矩的放大系數(shù)取1.2，以滿足結(jié)構(gòu)承載要求。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代建筑的日趨豐富，個(gè)性鮮明的建筑比比皆是，這種跟個(gè)性化的設(shè)計(jì)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來較大的難度。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是建筑工程的重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)的成敗將直接影響到工程的使用、成本、安全等各個(gè)方面。因此在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)當(dāng)對關(guān)鍵性問題進(jìn)行控制和解決，避免出現(xiàn)遺漏和誤差，力求將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做的合理而優(yōu)化這才是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

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