淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設計應注意的問題

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摘要：本文主要闡述了對結(jié)構(gòu)設計中的概念設計工程師重視的幾個問題，如概念設計的抗風、抗震的主要內(nèi)容，并詳細地對概念設計結(jié)構(gòu)中應用及其具體的設計措施進行了探討，。以供同行參考。 

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；概念設計；結(jié)構(gòu)體系  abstract: this paper expounds the concepts of the design of structure design engineers, some important problems, such as the concept design wind resistance, the main content of the earthquake, and detailed to the conceptual design structure and its application in the design of concrete measures, the paper discusses the. for peer reference.  keywords: building structure; the conceptual design; structure system    隨著人們生活水平的提高，建筑功能的多樣化的發(fā)展，人們對建筑結(jié)構(gòu)的設計都有著越來越高的要求，如何做好建筑設計是結(jié)構(gòu)工程師在結(jié)構(gòu)設計中需要考慮的重要問題。建筑結(jié)構(gòu)設計中的概念設計首先要明確建筑結(jié)構(gòu)設計的定義，它是指在結(jié)構(gòu)工程師將實踐中提煉出的各種結(jié)構(gòu)元素通過語言表達出建筑從整體布置到技術(shù)和經(jīng)濟分析、以及計算、構(gòu)造、制圖等方面的工作，以達到建筑物經(jīng)濟、安全、耐久等功能的優(yōu)化。本文對高層建筑結(jié)構(gòu)設計中值得重視的幾個問題進行了探討，僅供參考。  1.概念設計的主要內(nèi)容  建筑結(jié)構(gòu)設計中的概念設計其整體可以分為結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)設計和施工圖設計三個階段。概念設計則是結(jié)構(gòu)工程師在設計過程中根據(jù)個人經(jīng)驗對于整體建筑結(jié)構(gòu)宏觀把握的前提下進行整體定型設計的過程，具體說來就是從結(jié)構(gòu)總體方案之始，在特定的地理條件以及建筑空間的條件下，以整體概念來考慮和設計結(jié)構(gòu)的總體方案，在這一過程中借助結(jié)構(gòu)總體、分體間的力學關(guān)系，結(jié)構(gòu)破壞機理，試驗和實踐經(jīng)驗等過程中形成的設計理念和設計原則。它主要包括在結(jié)構(gòu)體系的選擇上注重結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，選取抗風和抗爭性較強的結(jié)構(gòu)體系；在結(jié)構(gòu)布局上整體結(jié)構(gòu)在剛度、質(zhì)量和承載力上都能均勻分布，盡量避免不規(guī)則方案的使用；在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上選取剛度和承載力較強，同時延性較好的構(gòu)建；在結(jié)構(gòu)連接上不只要保證結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點延性好，穩(wěn)定性較強，還要保證建筑的附屬構(gòu)件以及機電設備等布置不會對主體結(jié)構(gòu)構(gòu)成不良影響。  2.概念設計的重要性和必要性  由于概念計算是指依據(jù)建筑的整體結(jié)構(gòu)對于一些難以規(guī)定或者難以做出精確分析的問題，不經(jīng)過數(shù)值計算而進行近似于估算方法的宏觀控制。它對于分析判斷計算機計算結(jié)果、建筑結(jié)構(gòu)體系選擇以及一些建筑細部的措施具有重要意義。  2.1建筑抗震設計規(guī)范規(guī)定的模糊性  建筑結(jié)構(gòu)概念設計的一個重要目標就是抗震，目前我國建筑行業(yè)普遍遵循《建筑抗震設計規(guī)范》來進行建筑結(jié)構(gòu)設計，然而這一新的抗震規(guī)范作為一種整體的規(guī)則和參考，關(guān)于許多具體問題沒有明確細致的規(guī)定，因此在設計中不能盲目的照搬照抄。只有結(jié)構(gòu)設計師在實際工作中運用概念設計，對于建筑結(jié)構(gòu)的整體和各基本分體系之間的力學關(guān)系的認識和了解，運用自身的專業(yè)知識和專業(yè)技能，完成建筑設計方案。比如在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計和抗風設計中，兩者對于動力效應的要求相互沖突矛盾，就需要建筑設計師合理運用概念設計來加以協(xié)調(diào)。有如，根據(jù)新規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，建筑設計師在設計過程中還應當注意建筑場地與建筑結(jié)構(gòu)的共振問題，要在建筑物內(nèi)設地設置地震反應觀測系統(tǒng)等，都體現(xiàn)了概念設計的重要性。  2.2建筑設計過程中對結(jié)構(gòu)工程師的經(jīng)驗要求  隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡在建筑工程設計中受到廣泛應用。然而在建筑方案設計之初，無法憑借計算機進行相關(guān)的計算，這就要求結(jié)構(gòu)工程師綜合運用概念設計理念來選擇最為經(jīng)濟可靠的方案。由于近似估算的概念設計有助于在設計方案階段迅速有效的進行結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)思與選擇，在設計之初對于建筑結(jié)構(gòu)有準確的定性，概念清晰。同時還可以免去后期設計中一些不必要的較為繁瑣的運算，提高設計的經(jīng)濟性。另外概念設計還是判斷計算機進行內(nèi)力分析后輸出數(shù)據(jù)是否可靠的重要依據(jù)。建筑設計過程中一定不能過分依賴計算機軟件，容易影響建筑物結(jié)構(gòu)設計的合理性和安全性。另外在建筑物的使用過程中由于許多不確定因素，如地震作為一種隨機性較強的荷載，同時具有循環(huán)往復的特點，其破壞機理復雜，此外還有風荷載等，都要求設計過程中概念設計的使用。  2.3建筑高校教學體系中的缺陷  在目前的高校教學中主要有兩方面的缺陷，一是注重理論教育，相對忽視學生的實踐能力培養(yǎng)；而是在具體教學過程中中會單獨構(gòu)建、分體系的力學概念講解，專業(yè)課的教學過程中缺乏綜合性的練習，因此在高校畢業(yè)生中缺乏綜合運用能力較強的技術(shù)人才。要求概念設計思想的引入，可以極大的拓展結(jié)構(gòu)工程師的設計思路，有效的提高建筑物的安全性、適用性、經(jīng)濟性。  3.概念設計在一般結(jié)構(gòu)中的應用  概念設計應當貫穿于建筑結(jié)構(gòu)設計從方案制定到施工圖繪制，甚至后來的工地現(xiàn)場服務等過程中。具體的施工設計措施應當滿足以下要求：在場地選擇中避開對抗震不利的地段；建筑應盡量采用規(guī)則的平面布置；建筑結(jié)構(gòu)體系和材料的選擇應當綜合考慮結(jié)構(gòu)的延性、勻質(zhì)和房屋重心；以概念判斷計算結(jié)果的合理性并進行必要的調(diào)整；盡量多的設置抗震防線；施工現(xiàn)場設計工程師根據(jù)自身經(jīng)驗技能解答現(xiàn)場的不確定突發(fā)問題。  4.概念設計在高層結(jié)構(gòu)中的應用  隨著今年來建筑行業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，高層建筑物越來越多的出現(xiàn)在人們視野中。在建筑結(jié)構(gòu)設計中，高層建筑應當遵循和執(zhí)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（簡稱為高層規(guī)程），其中1.0.5條規(guī)定：“高層建筑的結(jié)構(gòu)設計中應注重概念設計。”因此，概念設計在建筑結(jié)構(gòu)中的運用至關(guān)重要。  4.1高層建筑結(jié)構(gòu)的設計特點  高層建筑物由于高度增加，其重力荷載也相應上升，對于基礎承載力的要求提高；由于地震作用和風作風的效應加大，建筑物水平位移的控制成為建筑設計中的主要矛盾；由于豎向構(gòu)件產(chǎn)生縮短變形差對于建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響增大，要求鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采取多種方法減小變形差；建筑物高度增加引起的傾覆力矩增大，對于建筑物穩(wěn)定性的要求更加提高；由于高層建筑大多使用鋼混結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，耐火耐熱性能較差，因此必須更加重視防火防災的重要性，此外，建筑物的重要性等級提高，抗風要求加強等都是高層建筑結(jié)構(gòu)設計中獨有的特點。  4.2高層建筑結(jié)構(gòu)設計方法  在材料選擇方面，采用延性加好的高強度的輕質(zhì)材料以減小地震的作用，如結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用鋼混或純鋼結(jié)構(gòu)，外墻圍護采用鋁合金或玻璃幕墻，樓屋面采用壓型鋼板加混凝土面層等。采用正方形平面結(jié)構(gòu)，加之在立面開洞泄風、采用下大上小的立面體型結(jié)構(gòu)降低風作用中心并減小高風壓在建筑物高處的迎風面積、盡量選取體形系數(shù)較小的平面形狀，最好是流線光滑的外形來減小建筑物整體及局部的風壓體型系數(shù)。[4]在結(jié)構(gòu)體系的選擇方面，剪力墻結(jié)構(gòu)體系是高層建筑中最常用的結(jié)構(gòu)體系，因為它可以有效的減少非承重隔墻的數(shù)量，有效抵抗高層建筑物地震水平力荷載和風荷載，同時也符合一般客戶無外露梁柱的審美需求；此外還有框架輕體墻結(jié)構(gòu)和框架剪力墻混合結(jié)構(gòu)體系，如果是30層以上的超高層建筑則要選擇剛度較大的筒形結(jié)構(gòu)來增強建筑物的抗側(cè)力。此外還可以采取將多個權(quán)威程序計算比較、小規(guī)模風洞試驗獲取相關(guān)參數(shù)、智能化設計提高結(jié)構(gòu)可控性等措施。  5結(jié)束語  通過了高層建筑的對于建筑結(jié)構(gòu)概念設計問題的探討運用自身的專業(yè)知識和專業(yè)技能，完成建筑設計方案。從而更加有效地構(gòu)造出新的措施與計劃，完善建筑結(jié)構(gòu)設計。  【參考文獻】  [1]支旭東，范峰，沈世釗．基于模糊綜合判定的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)強震失效模式研究[j]．工程力學．2010（01）  [2]禤強，史杰，朱春華．建筑結(jié)構(gòu)體系對上部結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性的影響分析[j]．廣西城鎮(zhèn)建設．2010（01）