论文部分内容阅读
摘要：随着高层建筑在我圉的迅速发展，建筑高度的不断增加，建筑类型与功能愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，高层建筑结构设
计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。对高层建筑结构设计中一些问题进行探讨。
关键词：高层建筑；结构设计：设计问题
我国改革开放之后，由于综合国力的不断提高，房地产业迅猛发展，建筑业已成为社会支柱产业之一。由于经济的发展，加之土地资源宝贵，所以高层建筑更是有如雨后春笋般迅速发展，数量剧增。而目前的工程设计领域中，设计人员忙于应付大量的具体工作，往往不够重视结构经济性问题，导致同一工程由不同的人设汁其土建造价可能差别很大，造成不必要的浪费。这对于经济实力并不发达、尚处于第三世界发展中国家的中国来说是一个亟待解决的问题。
1 高层建筑结构设计特点
1 水平荷载成为决定因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用衙载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
2 轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。
3 侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
4 结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高层建筑结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取除当的措施，来保证结构具有足够的延性。
2 结构规范设计的避免
目前的高层建筑中，浪费现象很视严重。钢筋混泥土的用量随意增加，建筑结构的随意增大，取材的不慎合理都會造成材料上的一定量浪费。所以，这个时候高层建筑中的结构设计工程师的作用就不可限量了。当然．同时对结构工程师的技能、道德要求也就上了一个新的台阶。怎么能用尽量少的材料来达到高层建筑中所有求得尽量多的功能，成了任何一个有责任有职业操守的结构工程师不可推卸的责任。在这里，我们并不是说，用料越少越好，应为还出现有的设计人员因为达到安心或者带着怕承担责任的心理，尽量增加用料。而造成建筑当然是坚不可摧了，可同时也造成了材料的极大浪费。就拿用钢量来说国内的有些混泥土建筑用量甚至比国外的钢结构建筑的钢用量都多。这就告诉我们，设计合理化、规范化势在必行。
3 强柱弱梁、强剪弱弯、强节弱杆
为了体现抗震概念的设计思想，规范要求钢筋混凝土构件实现“强柱弱梁、强剪弱弯、强节弱杆”的要求，以使其具有较好的变形能力。规范对“三强三弱”的要求列出了具体的核算公式，但目前的设计计算软件大多数没有按规定要求核算，如一级抗震结构没按实配筋进行核算，而手算工作量很大，设计人员一般也不会逐个核算。设计中柱网有局部改变一般都不另行重算，设计人员普通做法是将梁超计算配筋或加大截面，而柱筋及柱截i~i3c变，这就很难保证“强柱弱梁”的实现。而且在实际结构中转换层，刚性层大梁以及楼板等的存在，要真正实现强柱弱梁”的概念是很困难的。设计中局部尺寸或荷载有改变，设计人员一般都习惯大幅度增加纵筋而不改善箍筋，这就很难保证“强剪弱弯”的实现． 设计人员往往对构件进行大量的计算增强构件，而对节点一般不过细考虑，施工中节点区缺少梁箍筋，甚至无箍筋的情况非常普遍，这应引起各方面的重视。
4 剪力墙内连梁配筋及暗梁的设置
剪力墙中连梁跨度小、截面高度大，在地震作用下，弯矩、剪力很大，有时难以进行设计。如果加大连梁高度，配筋值有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞，上述两种情况梁的高度是一样的，但对于窗洞，连梁高如果从窗顶算到上一层窗底，有时则高度太高，这样高跨比太大，并且与计算图形不符。因此笔者建议，连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板或屋面，对于窗洞可由窗洞向下边一直开到楼板面，此部分至窗台再用砖或其它轻质材料砌筑。连梁配筋一般采用上下对称配筋。连梁两侧的腰筋应同墙体的水平筋，施工时，墙体的水平钢筋在连梁范围内可以连续不断，以方便施工(由于墙体的水平筋在外，因此在连梁范嗣内要求墙体水平筋弯人连梁箍筋内)。连梁所受的剪力由箍筋和混凝土共同承担，一般不设置弯起钢筋或交叉钢筋。箍筋按计算确定，并且要满足《高层规程》的构造要求；连梁两侧构造钢筋以拉筋联系，拉筋直径同墙体，竖直和水平方向每间隔300～400mm拉一道，对于梁宽400mm 5 基础设计构造问题
大直径桩一般采用一柱一桩，柱中心宜与桩中心重合，且柱全部落在桩范围内，柱外边至桩外边尺寸不小于200，承台上、下面钢筋网作用主要是提高桩和柱对承台的局部承压强度；侧面的配筋是承台混凝土包裹在封闭箍以内，以使柱和桩的纵向可靠地锚固在承台内，相当于柱纵向钢筋搭接部分箍筋的作用，因此承台只配置下部或者上、下部钢筋网而不配置侧面封闭钢筋是错误的。桩中心线宜与剪力墙中心线重合，在剪力墙两端及剪力墙与剪力墙交点处宜布桩，不宜在剪力墙开洞处布桩。为了加强剪力墙下桩基承台的整体性，协调基础的不均匀沉降，提高桩抗水平力的能力，要求剪力墙下桩基承台宜做成联合承台，不宜采用单独承台或拉梁联系承台，对于联合承台，可以按照反梁法计算，按照粱的构造配筋。对于电梯井或框架简体、筒中筒结构的简体部分宜采用厚板或环形承台，采用厚板承台时可按筏板配筋。
6 结束语
对于经济实力还不发达的中国，对于目前设计人员按传统设计法造成财产大萤浪费的现状，推行能实现资源合理分配、利用，节约建筑造价的结构优化设计方法是势在必行的，同时也是刻不容缓的。建筑发展是一个高效化、集约化的综合系统工程，建筑设计者必须从当今经济现状和发展趋势出发，建立一个宏观的、合理的结构设计理念，合理确定建筑设计标准、经济性措施和原则，这样不仅满足设计各类需求，同时改善人类的居住环境。
计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。对高层建筑结构设计中一些问题进行探讨。
关键词：高层建筑；结构设计：设计问题
我国改革开放之后，由于综合国力的不断提高，房地产业迅猛发展，建筑业已成为社会支柱产业之一。由于经济的发展，加之土地资源宝贵，所以高层建筑更是有如雨后春笋般迅速发展，数量剧增。而目前的工程设计领域中，设计人员忙于应付大量的具体工作，往往不够重视结构经济性问题，导致同一工程由不同的人设汁其土建造价可能差别很大，造成不必要的浪费。这对于经济实力并不发达、尚处于第三世界发展中国家的中国来说是一个亟待解决的问题。
1 高层建筑结构设计特点
1 水平荷载成为决定因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用衙载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
2 轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。
3 侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
4 结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高层建筑结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取除当的措施，来保证结构具有足够的延性。
2 结构规范设计的避免
目前的高层建筑中，浪费现象很视严重。钢筋混泥土的用量随意增加，建筑结构的随意增大，取材的不慎合理都會造成材料上的一定量浪费。所以，这个时候高层建筑中的结构设计工程师的作用就不可限量了。当然．同时对结构工程师的技能、道德要求也就上了一个新的台阶。怎么能用尽量少的材料来达到高层建筑中所有求得尽量多的功能，成了任何一个有责任有职业操守的结构工程师不可推卸的责任。在这里，我们并不是说，用料越少越好，应为还出现有的设计人员因为达到安心或者带着怕承担责任的心理，尽量增加用料。而造成建筑当然是坚不可摧了，可同时也造成了材料的极大浪费。就拿用钢量来说国内的有些混泥土建筑用量甚至比国外的钢结构建筑的钢用量都多。这就告诉我们，设计合理化、规范化势在必行。
3 强柱弱梁、强剪弱弯、强节弱杆
为了体现抗震概念的设计思想，规范要求钢筋混凝土构件实现“强柱弱梁、强剪弱弯、强节弱杆”的要求，以使其具有较好的变形能力。规范对“三强三弱”的要求列出了具体的核算公式，但目前的设计计算软件大多数没有按规定要求核算，如一级抗震结构没按实配筋进行核算，而手算工作量很大，设计人员一般也不会逐个核算。设计中柱网有局部改变一般都不另行重算，设计人员普通做法是将梁超计算配筋或加大截面，而柱筋及柱截i~i3c变，这就很难保证“强柱弱梁”的实现。而且在实际结构中转换层，刚性层大梁以及楼板等的存在，要真正实现强柱弱梁”的概念是很困难的。设计中局部尺寸或荷载有改变，设计人员一般都习惯大幅度增加纵筋而不改善箍筋，这就很难保证“强剪弱弯”的实现． 设计人员往往对构件进行大量的计算增强构件，而对节点一般不过细考虑，施工中节点区缺少梁箍筋，甚至无箍筋的情况非常普遍，这应引起各方面的重视。
4 剪力墙内连梁配筋及暗梁的设置
剪力墙中连梁跨度小、截面高度大，在地震作用下，弯矩、剪力很大，有时难以进行设计。如果加大连梁高度，配筋值有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞，上述两种情况梁的高度是一样的，但对于窗洞，连梁高如果从窗顶算到上一层窗底，有时则高度太高，这样高跨比太大，并且与计算图形不符。因此笔者建议，连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板或屋面，对于窗洞可由窗洞向下边一直开到楼板面，此部分至窗台再用砖或其它轻质材料砌筑。连梁配筋一般采用上下对称配筋。连梁两侧的腰筋应同墙体的水平筋，施工时，墙体的水平钢筋在连梁范围内可以连续不断，以方便施工(由于墙体的水平筋在外，因此在连梁范嗣内要求墙体水平筋弯人连梁箍筋内)。连梁所受的剪力由箍筋和混凝土共同承担，一般不设置弯起钢筋或交叉钢筋。箍筋按计算确定，并且要满足《高层规程》的构造要求；连梁两侧构造钢筋以拉筋联系，拉筋直径同墙体，竖直和水平方向每间隔300～400mm拉一道，对于梁宽400mm
大直径桩一般采用一柱一桩，柱中心宜与桩中心重合，且柱全部落在桩范围内，柱外边至桩外边尺寸不小于200，承台上、下面钢筋网作用主要是提高桩和柱对承台的局部承压强度；侧面的配筋是承台混凝土包裹在封闭箍以内，以使柱和桩的纵向可靠地锚固在承台内，相当于柱纵向钢筋搭接部分箍筋的作用，因此承台只配置下部或者上、下部钢筋网而不配置侧面封闭钢筋是错误的。桩中心线宜与剪力墙中心线重合，在剪力墙两端及剪力墙与剪力墙交点处宜布桩，不宜在剪力墙开洞处布桩。为了加强剪力墙下桩基承台的整体性，协调基础的不均匀沉降，提高桩抗水平力的能力，要求剪力墙下桩基承台宜做成联合承台，不宜采用单独承台或拉梁联系承台，对于联合承台，可以按照反梁法计算，按照粱的构造配筋。对于电梯井或框架简体、筒中筒结构的简体部分宜采用厚板或环形承台，采用厚板承台时可按筏板配筋。
6 结束语
对于经济实力还不发达的中国，对于目前设计人员按传统设计法造成财产大萤浪费的现状，推行能实现资源合理分配、利用，节约建筑造价的结构优化设计方法是势在必行的，同时也是刻不容缓的。建筑发展是一个高效化、集约化的综合系统工程，建筑设计者必须从当今经济现状和发展趋势出发，建立一个宏观的、合理的结构设计理念，合理确定建筑设计标准、经济性措施和原则，这样不仅满足设计各类需求，同时改善人类的居住环境。