淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

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摘要：本文主要闡述了對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)工程師重視的幾個(gè)問題，如概念設(shè)計(jì)的抗風(fēng)、抗震的主要內(nèi)容，并詳細(xì)地對概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用及其具體的設(shè)計(jì)措施進(jìn)行了探討，。以供同行參考。 

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；概念設(shè)計(jì)；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(shè)計(jì)都有著越來越高的要求，如何做好建筑設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)工程師在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的重要問題。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)首先要明確建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的定義，它是指在結(jié)構(gòu)工程師將實(shí)踐中提煉出的各種結(jié)構(gòu)元素通過語言表達(dá)出建筑從整體布置到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析、以及計(jì)算、構(gòu)造、制圖等方面的工作，以達(dá)到建筑物經(jīng)濟(jì)、安全、耐久等功能的優(yōu)化。本文對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中值得重視的幾個(gè)問題進(jìn)行了探討，僅供參考。  1.概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容  建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)其整體可以分為結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段。概念設(shè)計(jì)則是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)對于整體建筑結(jié)構(gòu)宏觀把握的前提下進(jìn)行整體定型設(shè)計(jì)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?xiàng)l件以及建筑空間的條件下，以整體概念來考慮和設(shè)計(jì)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(xué)關(guān)系，結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理，試驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等過程中形成的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)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(fēng)和抗?fàn)幮暂^強(qiáng)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(qiáng)，同時(shí)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(diǎn)延性好，穩(wěn)定性較強(qiáng)，還要保證建筑的附屬構(gòu)件以及機(jī)電設(shè)備等布置不會(huì)對主體結(jié)構(gòu)構(gòu)成不良影響。  2.概念設(shè)計(jì)的重要性和必要性  由于概念計(jì)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(jì)算而進(jìn)行近似于估算方法的宏觀控制。它對于分析判斷計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果、建筑結(jié)構(gòu)體系選擇以及一些建筑細(xì)部的措施具有重要意義。  2.1建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的模糊性  建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的一個(gè)重要目標(biāo)就是抗震，目前我國建筑行業(yè)普遍遵循《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》來進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(xì)致的規(guī)定，因此在設(shè)計(jì)中不能盲目的照搬照抄。只有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在實(shí)際工作中運(yùn)用概念設(shè)計(jì)，對于建筑結(jié)構(gòu)的整體和各基本分體系之間的力學(xué)關(guān)系的認(rèn)識和了解，運(yùn)用自身的專業(yè)知識和專業(yè)技能，完成建筑設(shè)計(jì)方案。比如在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和抗風(fēng)設(shè)計(jì)中，兩者對于動(dòng)力效應(yīng)的要求相互沖突矛盾，就需要建筑設(shè)計(jì)師合理運(yùn)用概念設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)當(dāng)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(shè)地設(shè)置地震反應(yīng)觀測系統(tǒng)等，都體現(xiàn)了概念設(shè)計(jì)的重要性。  2.2建筑設(shè)計(jì)過程中對結(jié)構(gòu)工程師的經(jīng)驗(yàn)要求  隨著信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在建筑工程設(shè)計(jì)中受到廣泛應(yīng)用。然而在建筑方案設(shè)計(jì)之初，無法憑借計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，這就要求結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用概念設(shè)計(jì)理念來選擇最為經(jīng)濟(jì)可靠的方案。由于近似估算的概念設(shè)計(jì)有助于在設(shè)計(jì)方案階段迅速有效的進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)思與選擇，在設(shè)計(jì)之初對于建筑結(jié)構(gòu)有準(zhǔn)確的定性，概念清晰。同時(shí)還可以免去后期設(shè)計(jì)中一些不必要的較為繁瑣的運(yùn)算，提高設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。另外概念設(shè)計(jì)還是判斷計(jì)算機(jī)進(jìn)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(shè)計(jì)過程中一定不能過分依賴計(jì)算機(jī)軟件，容易影響建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jī)性較強(qiáng)的荷載，同時(shí)具有循環(huán)往復(fù)的特點(diǎn)，其破壞機(jī)理復(fù)雜，此外還有風(fēng)荷載等，都要求設(shè)計(jì)過程中概念設(shè)計(jì)的使用。  2.3建筑高校教學(xué)體系中的缺陷  在目前的高校教學(xué)中主要有兩方面的缺陷，一是注重理論教育，相對忽視學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)；而是在具體教學(xué)過程中中會(huì)單獨(dú)構(gòu)建、分體系的力學(xué)概念講解，專業(yè)課的教學(xué)過程中缺乏綜合性的練習(xí)，因此在高校畢業(yè)生中缺乏綜合運(yùn)用能力較強(qiáng)的技術(shù)人才。要求概念設(shè)計(jì)思想的引入，可以極大的拓展結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計(jì)思路，有效的提高建筑物的安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性。  3.概念設(shè)計(jì)在一般結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用  概念設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)貫穿于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從方案制定到施工圖繪制，甚至后來的工地現(xiàn)場服務(wù)等過程中。具體的施工設(shè)計(jì)措施應(yīng)當(dāng)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(yīng)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(yīng)當(dāng)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(jì)算結(jié)果的合理性并進(jìn)行必要的調(diào)整；盡量多的設(shè)置抗震防線；施工現(xiàn)場設(shè)計(jì)工程師根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)技能解答現(xiàn)場的不確定突發(fā)問題。  4.概念設(shè)計(jì)在高層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)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(shè)計(jì)中，高層建筑應(yīng)當(dāng)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(shè)計(jì)中應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)。”因此，概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)中的運(yùn)用至關(guān)重要。  4.1高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)  高層建筑物由于高度增加，其重力荷載也相應(yīng)上升，對于基礎(chǔ)承載力的要求提高；由于地震作用和風(fēng)作風(fēng)的效應(yīng)加大，建筑物水平位移的控制成為建筑設(shè)計(jì)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(zāi)的重要性，此外，建筑物的重要性等級提高，抗風(fēng)要求加強(qiáng)等都是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中獨(dú)有的特點(diǎn)。  4.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法  在材料選擇方面，采用延性加好的高強(qiáng)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(hù)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(fēng)、采用下大上小的立面體型結(jié)構(gòu)降低風(fēng)作用中心并減小高風(fēng)壓在建筑物高處的迎風(fēng)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(fēng)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?yàn)樗梢杂行У臏p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(fēng)荷載，同時(shí)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(qiáng)建筑物的抗側(cè)力。此外還可以采取將多個(gè)權(quán)威程序計(jì)算比較、小規(guī)模風(fēng)洞試驗(yàn)獲取相關(guān)參數(shù)、智能化設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)問題的探討運(yùn)用自身的專業(yè)知識和專業(yè)技能，完成建筑設(shè)計(jì)方案。從而更加有效地構(gòu)造出新的措施與計(jì)劃，完善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。  【參考文獻(xiàn)】  [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(qiáng)震失效模式研究[j]．工程力學(xué)．2010（01）  [2]禤強(qiáng)，史杰，朱春華．建筑結(jié)構(gòu)體系對上部結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的影響分析[j]．廣西城鎮(zhèn)建設(shè)．2010（01）