高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

1、<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)人員中提到的比較多，但很多未能夠很好的將結(jié)構(gòu)概念應(yīng)用到工程中。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展&#160;,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了快速、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算工具。但作為結(jié)構(gòu)工程師來(lái)說(shuō)，不可一味的迷信電腦&#160;,應(yīng)該要有自己的判斷，真正做到讓電腦為我們所用。我們應(yīng)該利用自己的結(jié)構(gòu)概念指導(dǎo)我們的設(shè)計(jì)。 </p>

2、<p>　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；概念設(shè)計(jì)；應(yīng)用 </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào): TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　1 結(jié)構(gòu)整體方案的概念設(shè)計(jì) </p><p>　　概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心和靈魂，他貫穿于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過(guò)程。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)運(yùn)用得好，不但能使結(jié)構(gòu)滿足建筑要求，而且可以用最直接的傳力方式將荷載傳遞到基礎(chǔ)上，創(chuàng)造更為安全、舒適的工作和

3、生活環(huán)境。概念設(shè)計(jì)的目的是力求使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理，是對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過(guò)程，筆者主要從以下三個(gè)方面對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行宏觀控制。 </p><p>　　(1) 結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)在建筑方案設(shè)計(jì)階段與建筑師密切合作，通過(guò)不斷地分析比較，確認(rèn)方案的可行性。在抗震設(shè)計(jì)中，合理的結(jié)構(gòu)布置在抗震設(shè)計(jì)中尤為重要，需要建筑師和結(jié)構(gòu)工程師相互配合、溝通、協(xié)調(diào)，充分考慮建筑的平、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

4、諸多因素的綜合要求，力求平、立面簡(jiǎn)單對(duì)稱。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)在滿足建筑功能的前提下，去尋求相對(duì)最佳的結(jié)構(gòu)方案。 </p><p>　　(2) 在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)滿足建筑功能的情況下，從宏觀的角度考慮結(jié)構(gòu)的整體性及主要分體系的相互關(guān)系，確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置方案。 </p><p>　　(3) 在理論設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)綜合考慮各方面因素對(duì)結(jié)果的影響，以判斷理論設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，并對(duì)一些工程中難以作出精確分析或在

5、規(guī)范中未精確規(guī)定的問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施進(jìn)行處理。 </p><p>　　2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的體現(xiàn) </p><p>　　2.1概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程中的體現(xiàn) </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程一般分為三個(gè)部分: 前期的方案選擇、中期的結(jié)構(gòu)計(jì)算及后期的施工圖繪制，這三個(gè)階段在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都缺一不可。 </p><p>　

6、　(1) 合理選擇結(jié)構(gòu)方案。一個(gè)成功的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的方案，即選擇一個(gè)切實(shí)可靠的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須對(duì)建筑的功能要求、地理環(huán)境、材料供應(yīng)、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案。概念設(shè)計(jì)在工程設(shè)計(jì)一開(kāi)始就應(yīng)把握好場(chǎng)地情況、能建筑體型、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、構(gòu)件延性等幾個(gè)方面，從根本上消除建筑中的抗震薄弱環(huán)節(jié)。 </p><p>　　(2) 選用恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)計(jì)算模

7、型，正確分析計(jì)算結(jié)果。結(jié)構(gòu)計(jì)算是在計(jì)算模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，即對(duì)作用的荷載與構(gòu)件的約束狀態(tài)進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化，使其接近實(shí)際狀態(tài)?，F(xiàn)在的建筑物功能復(fù)雜多樣，結(jié)構(gòu)計(jì)算只能通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)完成。所以，將實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)變成可以用于計(jì)算機(jī)計(jì)算的模型和保證有足夠的精確度就成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有許多軟件可以供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員選擇，但不同軟件往往會(huì)導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算前，應(yīng)先要全面了解該程序軟件的適用范圍和技術(shù)條件

8、，使用時(shí)要避免操作失誤，對(duì)電算的結(jié)果再用概念設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)分析，做出正確的合理判斷。 </p><p>　　(3) 施工圖繪制。在施工圖的繪制過(guò)程中，我們不應(yīng)過(guò)分地相信計(jì)算機(jī)，應(yīng)用我們的結(jié)構(gòu)知識(shí)和結(jié)構(gòu)概念對(duì)計(jì)算模型、設(shè)計(jì)方法以及易出問(wèn)題的關(guān)鍵部位重點(diǎn)審查，對(duì)重要計(jì)算參數(shù)逐一檢查，對(duì)重要問(wèn)題、參數(shù)、特殊構(gòu)件及特殊荷載，設(shè)計(jì)者應(yīng)給出書(shū)面文稿以便復(fù)查、核查，運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念對(duì)計(jì)算結(jié)果的合理性進(jìn)行分析判斷，對(duì)重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)用手

9、工進(jìn)行核算。 </p><p>　　2.2 抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的概念設(shè)計(jì)問(wèn)題 </p><p>　　抗震設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分。地震是一種隨機(jī)震動(dòng)，要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù)，目前尚難做到?，F(xiàn)在所采用的地震參數(shù)只是概率意義上的估計(jì)值，而結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能有許多不確定性。因此，抗震設(shè)計(jì)不能過(guò)分依賴?yán)碚撚?jì)算，概念設(shè)計(jì)在抗震設(shè)計(jì)中顯得尤其重要。 </p><

10、;p>　　(1) 選擇合適的場(chǎng)地。地震造成建筑物的破壞情況是各不相同的: 一是由于地震時(shí)地面強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，使建筑物在震動(dòng)過(guò)程中因喪失整體性或強(qiáng)度不足、變形過(guò)大而破壞;二是由于水壩倒塌、海嘯、火災(zāi)、爆炸等次生災(zāi)害而造成;三是由于斷層錯(cuò)動(dòng)、山崖崩塌、河岸滑坡、地層陷落等地面嚴(yán)重變形直接造成。前兩種可以通過(guò)工程措施加以防治，而后一種情況，單靠工程措施很難達(dá)到預(yù)防的目的。因此，選擇工程場(chǎng)址時(shí)，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)勘察，搞清地形、地質(zhì)情況，盡可能避開(kāi)對(duì)建

11、筑抗震不利的地段。任何情況下均不得在抗震危險(xiǎn)地段建造可能引起人員傷亡或較大經(jīng)濟(jì)損失的建筑物。 </p><p>　　(2) 選擇合適的基礎(chǔ)方案。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型及荷載分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素，選擇出經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案?；A(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報(bào)告，一般情況下同一結(jié)構(gòu)單元不宜采用兩種不同的類(lèi)型。 </p><p>　　(3) 采用剛?cè)嵯酀?jì)原則。在抗震

12、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。剛?cè)嵯酀?jì)原則可以通過(guò)合理控制設(shè)計(jì)總信息來(lái)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。 </p><p>　　(4) 堅(jiān)持多道設(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，結(jié)構(gòu)將會(huì)因余震損傷的積累而導(dǎo)致坍塌。建筑物抗震結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)由若干個(gè)延性較好的分體系組成

13、，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來(lái)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。 </p><p>　　(5) 采用合理的建筑結(jié)構(gòu)體系。一是抗側(cè)力構(gòu)件應(yīng)布置合理。如在框架－ 剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻宜均勻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(guò)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 型等形式，剪力墻宜貫通

14、建筑物的全高，避免剛度突變; 剪力墻開(kāi)洞口宜上下對(duì)齊; 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; 二是結(jié)構(gòu)的整體性要好。高層建筑結(jié)構(gòu)中，樓板對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體性起到非常重要的作用。樓板相當(dāng)于水平隔板，他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)就要依靠樓板使各抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)能協(xié)同工作。樓板體系最重要的作用是提

15、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(kāi)洞過(guò)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)。 </p><p>　　(6) 采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。遵循“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則，注意構(gòu)件的延性性能，加強(qiáng)薄弱部位，注意鋼筋的錨固長(zhǎng)度，尤其是鋼筋的直線段錨固長(zhǎng)度，應(yīng)考慮溫度應(yīng)力的影響。 </p><p>　　3

16、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用 </p><p>　　某大廈為高層公寓，建筑高度90.5 m，建筑面積30948 m2 ，平面形狀復(fù)雜。該建筑物地下一層為六級(jí)人防地下室，地上一～二層為幼兒園(平面形狀為工字型) ，層高3. 8 m; 三～ 三十層為標(biāo)準(zhǔn)層住宅，平面形狀縮為凸字型，層高3. 0 m。 </p><p>　　經(jīng)勘察，場(chǎng)地地質(zhì)條件良好，無(wú)不利地段。該工程采用框架－剪力墻結(jié)構(gòu)體系，由于

17、該地區(qū)抗震設(shè)防列度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0. 15 g，除通過(guò)計(jì)算滿足規(guī)范要求外，還必須采取有效的抗震構(gòu)造措施。為確保結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)、安全與舒適，概念設(shè)計(jì)主要通過(guò)以下幾個(gè)方面來(lái)體現(xiàn): </p><p>　　(1) 結(jié)構(gòu)工程師在建筑方案設(shè)計(jì)階段，就根據(jù)建筑平面布置及使用功能要求，把結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)融入初步方案中，如有意識(shí)將樓梯、電梯、管道井等豎向公共設(shè)施盡量布置在建筑物中心部位，并利用樓梯、電梯間設(shè)置剪力墻筒體

18、; 另外在建筑物外周邊轉(zhuǎn)折處布置水平抗側(cè)力構(gòu)件 ( 剪力墻) ，以此加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗側(cè)移和扭轉(zhuǎn)剛度，并盡可能考慮剛心與質(zhì)心的重合，以減少水平作用下由于結(jié)構(gòu)偏心而引起的空間扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。 </p><p>　　(2) 合理考慮樓層的平面布置，增大外周邊框架梁、連梁斷面，增大豎向剛度變化大的樓層平面剛度，把三層樓板板厚設(shè)為120 mm，以加強(qiáng)周邊抗側(cè)力構(gòu)件的聯(lián)系，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性及空間協(xié)同工作能力。 </p>&l

19、t;p>　　(3) 在結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程中，首先根據(jù)工程的實(shí)際情況，對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)和特殊構(gòu)件進(jìn)行正確設(shè)置。并根據(jù)初算結(jié)果，按規(guī)范限值調(diào)整平面中剪力墻相對(duì)比度; 調(diào)整剪力墻沿豎向的厚度變化，控制周期比、層間位移及層間位移比，同時(shí)注意控制框架柱及小墻肢的軸壓比，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)延性，以求經(jīng)濟(jì)與安全的統(tǒng)一。 </p><p>　　(4) 在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，有針對(duì)性地對(duì)轉(zhuǎn)折部位、連接部位以及由于水平力作用引起結(jié)構(gòu)受力變形復(fù)雜或相對(duì)薄弱部

20、位的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行構(gòu)造及配筋的加強(qiáng)，使主要受力構(gòu)件具有良好的變形能力及耗能能力，以提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)變形性能。如對(duì)建筑物中部的電梯、樓梯、管道井及周邊的梁板加強(qiáng)，板厚加至150 mm，以減少該處樓板開(kāi)洞對(duì)平面內(nèi)剛度的削弱影響。 </p><p>　　(5) 盡量采用輕質(zhì)墻體，以減輕樓層自重，從而降低地震力，同時(shí)要求加強(qiáng)地下室外回填土的夯實(shí)，通過(guò)人防地下室高強(qiáng)度的側(cè)壁與周邊回填土的共同作用，增強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)的約束，以提高結(jié)構(gòu)抗

21、側(cè)的整體穩(wěn)定性，減少地震能量的放大。 </p><p>　　(6) 在構(gòu)造措施中按“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)要求，對(duì)梁柱墻的承載力進(jìn)行調(diào)整，并適當(dāng)提高框架柱縱向鋼筋的最小配筋筋率。 </p><p>　　通過(guò)以上概念設(shè)計(jì)，使該工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件在剛度、延性、承載力方面相匹配，形成一個(gè)在抗震、抗風(fēng)中高效協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)整體，從而使建筑物在經(jīng)濟(jì)、安全、適用、美觀的矛盾中找到了統(tǒng)一。該工

22、程竣工后投入使用，各方對(duì)工程質(zhì)量給予了高度評(píng)價(jià)。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　綜上所述，作為一名結(jié)構(gòu)工程師，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)始終堅(jiān)持概念設(shè)計(jì)的理念，既不盲目照搬規(guī)范，也不盲從于一體化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序，任其隨意擺布; 只有始終堅(jiān)持概念設(shè)計(jì)的理念，才可能不斷地追求盡善盡美的設(shè)計(jì)思想，而其結(jié)構(gòu)的概念、經(jīng)驗(yàn)、判斷力和創(chuàng)造力

23、才會(huì)隨年齡與實(shí)踐的增長(zhǎng)而越來(lái)越充實(shí)，其設(shè)計(jì)成果才能不斷創(chuàng)新。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　?。?］計(jì)學(xué)閏，計(jì)鋒，王力.結(jié)構(gòu)概念和體系[M].北京：高等教育出版社，2009． </p><p>　?。?］梁寧.高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的研討[J].四川建材，2008，22． </p><p&