论文部分内容阅读
摘要:随着我国经济建设的快速发展，高层建筑已经成为我国建筑发展的主流趋势。高层建筑的结构设计是确保高层建筑安全使用的重要保障，高层建筑的结构设计的合理与否直接关系着建筑在建成后的使用性能，所以，我们要加强对高层结构设计工作的重视，对于在设计中存在的相关问题，我们要结合实际，深入的进行探讨，并提出相应的处理意见，从整体上提高高层结构设计的技术水平。
关键词:结构设计原则;高层建筑;指标分析
Abstract: Structure design of high-rise building is an important guarantee for safe use of high-rise buildings, the design of high-rise building structure is reasonable or not directly related to building performance, after the completion of the therefore, we should strengthen the design of high-rise structures work seriously, for the relevant problems in the design in, we need to combine theory with practice, explore further, and puts forward corresponding suggestions on the treatment, to improve the overall technical level of high-rise structure design.
Key words: principles of structural design; high-rise building; index analysis
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
前言:国家出台的《高层建筑混凝土结构技术规程》在原有基础上总结了我国最近几十年，在高层建筑的结构设计领域的经验，逐步提高了规范的可操作性和结构安全度，同时还加强了不规则性控制和抗震概念设计，为建筑设计师的工程实践加以指导。笔者根据高层结构设计原则并结合自己近几年在实际工程中的经验，对高层结构设计的多方面做出分析，提出建议。
一 高层高层结构设计原则
1.基础方案的合理选择
实际设计中，应当根据工程的地质条件、结构类型与载荷分布、毗邻建筑物之间的影响、施工条件等等因素加以综合分析，从而确定基础设计，选择一个既经济又合理的方案作为基础设计方案。在设计中应该最大限度的发挥地基潜力，并在必要时对地基变形进行验算。一份详尽的地质勘查报告是基础设计不可缺少的参考，遇到没有地质报告的情况时，应当进行现场勘查或者参照临近建筑物的建筑资料。一般情况下，同一结构单元是不应当采用两种不同类型的设计的。
2.结构方案的合理选择
一个经济且合理的结构方案是一个合理的设计的关键，这就要求选择一种切实可行的结构体系。该结构体系应当满足受力明确、传力简捷的要求。综合考虑地理环境、材料供应、建筑设计要求以及施工条件的限制，并且要与建筑、电力、取暖、供水等专业好好协商，在这样的前提下进行结构方案的选择。
3.计算简图的合理选择
只有在计算简图的基础上才能保证结构计算式的顺利进行，若果计算简图选择不合理，就有可能导致结构安全事故的发生，因此对计算简图进行合理选择是保证高层结构安全的一个重要条件。此外还需要有相应的构造措施来对计算简图实施保证。
4.构造措施的采用
在结构设计中，应当充分考虑到构件的延性性能，对于薄弱部位着重加强；注意钢筋的锚固长度；充分考虑到温度应力的影响。针对这些问题，采取相应的措施。
5.计算结果的正确分析
一般在结构设计中采用计算机技术，目前现有的软件种类多种多样，不同的软件能够得出不同的运算结果。基于此，设计师应该充分了解到各个软件的适用范围、使用条件。对计算结果认真分析，慎重核对，从而做出判断。
二 建筑设计存在的问题
结构的超高问题。
在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
2.短肢剪力墙的设置问题。
在新规范中，对墙肢截面高厚比为5-8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
结构的规刚性问题。
新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
三 对高层结构设计中几个重要指标的分析
1.刚重比
刚重比主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大，避免结构的失稳倒塌，见高规5．4．1和5．4．4及相应的条文说明。刚重比不满足要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小；但刚重比过分大，刚说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。刚重比不满足时只能通过人工调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。
2.周期比
周期比即结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振局期T1的比值。主要为限制结构的抗扭刚度不能太弱，减小扭转对结构产生的不利影响。周期比不满足要求只能通过人工调整改变结构布置，提高结构的抗扭刚度；总的调整原则是加强结构外围墙、柱或粱的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度；利用结构刚度与周期的反比关系，合理布置抗侧力构件。加强需要减小周期方向(包括平动方向和扭转方向)的刚度，或削弱需要增大周期方向的刚度。当结构的第一或第二振型为扭转时可按以下方法调整：
1）周期比的计算也要满足“刚性楼板假定”。
2）结构的第一、第二振型宜为平动。扭转周期宜出现在第三振型及以后。当第—振型为扭转时。说明结构的抗扭刚度相对于其两个主轴的抗侧移刚度过小，此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度，并适当削弱结构内部的刚度。当第二振型为扭转时，说明结构沿两个主轴方向的抗扭移刚度相差較大，结构的抗扭刚度相对其中一主轴的抗侧移刚度是合理的；但相对于另一主轴的抗侧移刚度则过小。此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度，并适当加强结构外围的刚度。
3）对于多塔结构局期比。不能直接按上面的方法验算，这时应该将多塔结构分成多个单塔，按多个结构分别计算、分别验算（注意不是在同一结构中定义多塔，而是按塔分成多个结构)。
4）振型分解反应谱法分析计算周期。地震力时，还应注意两个问题，即计算模型的选择与振型数的确定。—般来说，当全楼作刚性楼板假定后，计算时宜选择“侧刚模型”进行计算。而当结构定义有弹性楼板时则应选择“总刚模型”进行计算较为合理。振型数是否足够，应以计算振型数使振型参与质量不小于总质量的90％作为唯—的条件进行辨别。
四 高层建筑设计的建议
1.随着建筑使用功能多样性，建筑专业和业主给结构专业提出的要求越来越复杂。竖向体形不规则和复式结构设计均超出现行抗震规范的有关要求，这需要结构专业提供多方案比较和不同模型计算分析，找出结构的薄弱环节，对整体结构采用多道抗震设防的概念以及重要构件基于性能化设计的理念确保结构体系安全合理，同时采取多种措施予以加强，控制周期比、位移比等关键要素。
2.选取合理、经济的夹层结构方案对复式高层结构十分关键。既应考虑夹层荷载传力路径简单，也应考虑夹层部位连接节点构造要满足计算假定。夹层布置尽量采用压型钢板组合楼盖体系或纯钢结构体系，连接节点应构造简单，便于施工。
3.对于竖向体形有过大内收的不规则结构，计算中可强制指定内收层为薄弱层，地震剪力和构件内力予以适当放大。为减小偏心率和提高抗扭刚度，可在内收层附近布置一些抗侧力构件加以解决，抗侧力构件可采用剪力墙、斜支撑、桁架等形式。同时加强内收层下端连接层楼板厚度、配筋；加强内收层及以上层角部竖向构件的约束措施，从而提高其抗扭转变形能力。
五 结语
随着我国经济社会的高速发展，城市用地的日趋紧张，高层建筑必将越来越多的出现。近几年来高层建筑的形式、材料和计算分析模型日趋复杂化和多元化。而结构设计是一项综合性技术工作，亦是一门实践性很强的工作，需要一个长期、复杂甚至循环往复的过程，这一过程中的任何遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂，甚至使设计结果存在不安全因素。鉴于此，作者对高层建筑结构设计原则的探讨和对几个重要指标的分析，提出建议，以期对结构工程师在处理高层结构方面的问题上有所帮助。
关键词:结构设计原则;高层建筑;指标分析
Abstract: Structure design of high-rise building is an important guarantee for safe use of high-rise buildings, the design of high-rise building structure is reasonable or not directly related to building performance, after the completion of the therefore, we should strengthen the design of high-rise structures work seriously, for the relevant problems in the design in, we need to combine theory with practice, explore further, and puts forward corresponding suggestions on the treatment, to improve the overall technical level of high-rise structure design.
Key words: principles of structural design; high-rise building; index analysis
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
前言:国家出台的《高层建筑混凝土结构技术规程》在原有基础上总结了我国最近几十年，在高层建筑的结构设计领域的经验，逐步提高了规范的可操作性和结构安全度，同时还加强了不规则性控制和抗震概念设计，为建筑设计师的工程实践加以指导。笔者根据高层结构设计原则并结合自己近几年在实际工程中的经验，对高层结构设计的多方面做出分析，提出建议。
一 高层高层结构设计原则
1.基础方案的合理选择
实际设计中，应当根据工程的地质条件、结构类型与载荷分布、毗邻建筑物之间的影响、施工条件等等因素加以综合分析，从而确定基础设计，选择一个既经济又合理的方案作为基础设计方案。在设计中应该最大限度的发挥地基潜力，并在必要时对地基变形进行验算。一份详尽的地质勘查报告是基础设计不可缺少的参考，遇到没有地质报告的情况时，应当进行现场勘查或者参照临近建筑物的建筑资料。一般情况下，同一结构单元是不应当采用两种不同类型的设计的。
2.结构方案的合理选择
一个经济且合理的结构方案是一个合理的设计的关键，这就要求选择一种切实可行的结构体系。该结构体系应当满足受力明确、传力简捷的要求。综合考虑地理环境、材料供应、建筑设计要求以及施工条件的限制，并且要与建筑、电力、取暖、供水等专业好好协商，在这样的前提下进行结构方案的选择。
3.计算简图的合理选择
只有在计算简图的基础上才能保证结构计算式的顺利进行，若果计算简图选择不合理，就有可能导致结构安全事故的发生，因此对计算简图进行合理选择是保证高层结构安全的一个重要条件。此外还需要有相应的构造措施来对计算简图实施保证。
4.构造措施的采用
在结构设计中，应当充分考虑到构件的延性性能，对于薄弱部位着重加强；注意钢筋的锚固长度；充分考虑到温度应力的影响。针对这些问题，采取相应的措施。
5.计算结果的正确分析
一般在结构设计中采用计算机技术，目前现有的软件种类多种多样，不同的软件能够得出不同的运算结果。基于此，设计师应该充分了解到各个软件的适用范围、使用条件。对计算结果认真分析，慎重核对，从而做出判断。
二 建筑设计存在的问题
结构的超高问题。
在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
2.短肢剪力墙的设置问题。
在新规范中，对墙肢截面高厚比为5-8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
结构的规刚性问题。
新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
三 对高层结构设计中几个重要指标的分析
1.刚重比
刚重比主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大，避免结构的失稳倒塌，见高规5．4．1和5．4．4及相应的条文说明。刚重比不满足要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小；但刚重比过分大，刚说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。刚重比不满足时只能通过人工调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。
2.周期比
周期比即结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振局期T1的比值。主要为限制结构的抗扭刚度不能太弱，减小扭转对结构产生的不利影响。周期比不满足要求只能通过人工调整改变结构布置，提高结构的抗扭刚度；总的调整原则是加强结构外围墙、柱或粱的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度；利用结构刚度与周期的反比关系，合理布置抗侧力构件。加强需要减小周期方向(包括平动方向和扭转方向)的刚度，或削弱需要增大周期方向的刚度。当结构的第一或第二振型为扭转时可按以下方法调整：
1）周期比的计算也要满足“刚性楼板假定”。
2）结构的第一、第二振型宜为平动。扭转周期宜出现在第三振型及以后。当第—振型为扭转时。说明结构的抗扭刚度相对于其两个主轴的抗侧移刚度过小，此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度，并适当削弱结构内部的刚度。当第二振型为扭转时，说明结构沿两个主轴方向的抗扭移刚度相差較大，结构的抗扭刚度相对其中一主轴的抗侧移刚度是合理的；但相对于另一主轴的抗侧移刚度则过小。此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度，并适当加强结构外围的刚度。
3）对于多塔结构局期比。不能直接按上面的方法验算，这时应该将多塔结构分成多个单塔，按多个结构分别计算、分别验算（注意不是在同一结构中定义多塔，而是按塔分成多个结构)。
4）振型分解反应谱法分析计算周期。地震力时，还应注意两个问题，即计算模型的选择与振型数的确定。—般来说，当全楼作刚性楼板假定后，计算时宜选择“侧刚模型”进行计算。而当结构定义有弹性楼板时则应选择“总刚模型”进行计算较为合理。振型数是否足够，应以计算振型数使振型参与质量不小于总质量的90％作为唯—的条件进行辨别。
四 高层建筑设计的建议
1.随着建筑使用功能多样性，建筑专业和业主给结构专业提出的要求越来越复杂。竖向体形不规则和复式结构设计均超出现行抗震规范的有关要求，这需要结构专业提供多方案比较和不同模型计算分析，找出结构的薄弱环节，对整体结构采用多道抗震设防的概念以及重要构件基于性能化设计的理念确保结构体系安全合理，同时采取多种措施予以加强，控制周期比、位移比等关键要素。
2.选取合理、经济的夹层结构方案对复式高层结构十分关键。既应考虑夹层荷载传力路径简单，也应考虑夹层部位连接节点构造要满足计算假定。夹层布置尽量采用压型钢板组合楼盖体系或纯钢结构体系，连接节点应构造简单，便于施工。
3.对于竖向体形有过大内收的不规则结构，计算中可强制指定内收层为薄弱层，地震剪力和构件内力予以适当放大。为减小偏心率和提高抗扭刚度，可在内收层附近布置一些抗侧力构件加以解决，抗侧力构件可采用剪力墙、斜支撑、桁架等形式。同时加强内收层下端连接层楼板厚度、配筋；加强内收层及以上层角部竖向构件的约束措施，从而提高其抗扭转变形能力。
五 结语
随着我国经济社会的高速发展，城市用地的日趋紧张，高层建筑必将越来越多的出现。近几年来高层建筑的形式、材料和计算分析模型日趋复杂化和多元化。而结构设计是一项综合性技术工作，亦是一门实践性很强的工作，需要一个长期、复杂甚至循环往复的过程，这一过程中的任何遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂，甚至使设计结果存在不安全因素。鉴于此，作者对高层建筑结构设计原则的探讨和对几个重要指标的分析，提出建议，以期对结构工程师在处理高层结构方面的问题上有所帮助。