摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快，以及工程和相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)水平的提高，使得高層建筑的發(fā)展越來(lái)越快，高層住宅如雨后春筍一座座拔地而起。一個(gè)優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往是適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀便于施工的最佳結(jié)合。本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、分析方法等方面做了闡述，以供參考。

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

　　Abstract: The continuous socio-economic development, the accelerating process of urbanization, as well as science and technology level improving of engineering and related fields have made the development of high-rise building faster and faster, with the high-rise residential built like the bamboo shoots after a spring rain. An excellent design of building structures is often the best combination of applicable, security, economical, aesthetic. This paper exounds the structural design features, analytical methods, and so on, for reference.

　　Key words: building structure; structural design

　　中圖分類號(hào)：TU3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào)：

　　一 、高層建筑各專業(yè)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)

　　高層建筑設(shè)計(jì)是個(gè)多專業(yè)、多程序的復(fù)雜系統(tǒng)工程，涉及“建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”三個(gè)基本環(huán)節(jié)，參與高層建筑設(shè)計(jì)的工程師都深深體會(huì)到，對(duì)于每個(gè)專業(yè)單獨(dú)而言是最完美的設(shè)計(jì)， 但結(jié)合在一起卻不是優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。各專業(yè)之間的矛盾如不妥善處理!高層建筑就無(wú)法施工，建成后也無(wú)法使用。“建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”是互相制約的三個(gè)有機(jī)組成部分，高層建筑設(shè)計(jì)既是各個(gè)專業(yè)自我完善的過程，也是各個(gè)專業(yè)之間互相協(xié)調(diào)的過程。提高高層建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量，不但依賴于各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)水平的提高， 而且在很大程度上取決于“建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”的協(xié)調(diào)。

　　二、高層結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　⑴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在豎向構(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向構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的二次方成正比;另一方面，對(duì)某一定高度的樓房來(lái)講，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)值則隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。

　　(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)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(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;還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值對(duì)下料長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。另外，會(huì)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。

　　(3)側(cè)移成為控制指標(biāo)。與較低的樓房不同結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(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)。

　　三、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系分析

　　(1)框架一剪力墻體系。當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時(shí)，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來(lái)代替部分框架，因而便形成了框架一剪力墻體系。在承受水平力時(shí)，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板與連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在該體系中，框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力。框架一剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時(shí)框架承受的水平剪力顯著降低，且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻，所以，框架一剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。

　　(2)剪力墻體系。當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時(shí)，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度均比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架一剪力墻體系。

　　(3)筒體體系。凡采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為簡(jiǎn)體體系，包括單簡(jiǎn)體、簡(jiǎn)體一框架、筒中筒、多束筒等多種形式。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實(shí)腹筒和空腹筒兩種類型。實(shí)腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。簡(jiǎn)體體系具有很大的剛度和強(qiáng)度， 各構(gòu)件受力比較合理，抗風(fēng)、抗震能力很強(qiáng)，往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層。

　　四、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題分析

　　⑴結(jié)構(gòu)選型①結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。新規(guī)范對(duì)這方面的內(nèi)容有了較大的變動(dòng)，增加了相當(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)范的這些限制條件時(shí)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高度問題。按我國(guó)現(xiàn)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2002)規(guī)定，綜合考慮經(jīng)濟(jì)與適用的原則，給出了各種常見結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度。對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度均有嚴(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(lái)的限制高度設(shè)定為A級(jí)高度的建筑外，增加B級(jí)高度的建筑。因?yàn)樵诘卣鹆ψ饔孟拢呦藿ㄖ锏淖冃纹茐男詰B(tài)會(huì)發(fā)生很大的變化。隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變，即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等③嵌固端的設(shè)置問題。由于高層建筑一般都帶有2 層或2 層以上的地下室和人防設(shè)施，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板或人防頂板等位置。在這個(gè)問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由于嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的一系列需要注意的問題，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。 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)工作的大量修改或留下安全隱患。④短肢剪力墻的設(shè)置問題。在新規(guī)范中，將墻肢截面高厚比為5—8 的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)試驗(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。

　　⑵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。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，這不僅僅是因?yàn)樵撾A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)也因?yàn)榈鼗A(chǔ)是整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意地方性規(guī)范的重要性。由于我國(guó)幅員遼闊，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，僅依據(jù) GB50007--2002{地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，無(wú)法對(duì)全國(guó)各地的地基基礎(chǔ)均進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定，而地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”則能夠?qū)⒏鞯氐牡鼗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。

　　⑶結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析。在這一階段，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)范的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理，是決定工程設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵。由于新規(guī)范中對(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)，因此對(duì)這一階段比較常見的問題應(yīng)該有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

　　①結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇。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)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)存在不安全隱患。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)際上在新舊規(guī)范中均已涉及，只是新規(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)。③振型數(shù)目是否足夠。在新規(guī)范中增加了一個(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，并決定是否需要調(diào)整振型數(shù)目的取值。④多塔之間各地震周期的相互干擾，是否需要分開計(jì)算。一段時(shí)間以來(lái)， 大底盤、多塔樓的高層建筑類型大量出現(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。如果多塔間剛度相差較大，就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿足要求，但對(duì)某一座塔樓的地震力計(jì)算誤差仍然較大的情況，從而給結(jié)構(gòu)留下不安全隱患。⑤非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)。在高層建筑中，往往存在著一些由于建筑美觀或功能要求而非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在對(duì)這部分非結(jié)構(gòu)構(gòu)件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)。

　　五、結(jié)語(yǔ)

　　總之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過程，任何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的遺漏或錯(cuò)誤都有可能使整個(gè)設(shè)計(jì)過程變得更加復(fù)雜或存在不安全。因此高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須以精心設(shè)計(jì)來(lái)保證。在設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)管理過程中，對(duì)此必須給予高度重視。