摘要：社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市化進程的不斷加快，以及工程和相關(guān)領(lǐng)域科學技術(shù)水平的提高，使得高層建筑的發(fā)展越來越快，高層住宅如雨后春筍一座座拔地而起。一個優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計往往是適用、安全、經(jīng)濟、美觀便于施工的最佳結(jié)合。本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計特點、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

　　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：TU3文獻標識碼 A 文章編號：

　　一 、高層建筑各專業(yè)設(shè)計的協(xié)調(diào)

　　高層建筑設(shè)計是個多專業(yè)、多程序的復(fù)雜系統(tǒng)工程，涉及“建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”三個基本環(huán)節(jié)，參與高層建筑設(shè)計的工程師都深深體會到，對于每個專業(yè)單獨而言是最完美的設(shè)計， 但結(jié)合在一起卻不是優(yōu)秀的設(shè)計。各專業(yè)之間的矛盾如不妥善處理!高層建筑就無法施工，建成后也無法使用。“建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”是互相制約的三個有機組成部分，高層建筑設(shè)計既是各個專業(yè)自我完善的過程，也是各個專業(yè)之間互相協(xié)調(diào)的過程。提高高層建筑設(shè)計質(zhì)量，不但依賴于各個專業(yè)設(shè)計水平的提高， 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)計特點

　?、潘胶奢d成為決定因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎向構(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，對某一定高度的樓房來講，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值則隨結(jié)構(gòu)動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，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大;還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值對下料長度進行調(diào)整。另外，會對構(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，會得出偏于不安全的結(jié)果。

　　(3)側(cè)移成為控制指標。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。當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架，因而便形成了框架一剪力墻體系。在承受水平力時，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。當受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時，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，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)稱為簡體體系，包括單簡體、簡體一框架、筒中筒、多束筒等多種形式。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。實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。簡體體系具有很大的剛度和強度， 各構(gòu)件受力比較合理，抗風、抗震能力很強，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)計的問題分析

　?、沤Y(jié)構(gòu)選型①結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。新規(guī)范對這方面的內(nèi)容有了較大的變動，增加了相當多的限制條件，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)范采用強制性條文明確規(guī)定：“建筑不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的設(shè)計方案。”因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件時必須嚴格注意，以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。②高度問題。按我國現(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。對結(jié)構(gòu)的總高度均有嚴格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度的建筑外，增加B級高度的建筑。因為在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(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、延性要求、材料性能、荷載取值、力學模型選取等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。在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由于嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的問題，如嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設(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方面，都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計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)試驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當多的限制。 因此， 在高層建筑設(shè)計中，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)計工作增加不必要的麻煩。

　?、频鼗c基礎(chǔ)設(shè)計。地基與基礎(chǔ)設(shè)計一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，這不僅僅是因為該階段設(shè)計過程的好與壞將直接影響后期設(shè)計工作的進行，同時也因為地基基礎(chǔ)是整個工程造價的決定性因素。在地基基礎(chǔ)設(shè)計中要注意地方性規(guī)范的重要性。由于我國幅員遼闊，地質(zhì)條件相當復(fù)雜，僅依據(jù) GB50007--2002{地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，無法對全國各地的地基基礎(chǔ)均進行詳細的描述和規(guī)定，而地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范”則能夠?qū)⒏鞯氐牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)計處理方法等一些成熟的經(jīng)驗描述和規(guī)定得更為詳細和準確，所以，在進行地基基礎(chǔ)設(shè)計時，一定要對地方規(guī)范進行深入地學習，以避免對整個結(jié)構(gòu)設(shè)計或后期設(shè)計工作造成較大的影響。

　?、墙Y(jié)構(gòu)計算與分析。在這一階段，如何準確、高效地對工程進行內(nèi)力分析并按照規(guī)范的要求進行設(shè)計和處理，是決定工程設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵。由于新規(guī)范中對結(jié)構(gòu)整體計算和分析部分相當多的內(nèi)容進行了調(diào)整和改進，因此對這一階段比較常見的問題應(yīng)該有一個清晰的認識。

　?、俳Y(jié)構(gòu)整體計算的軟件選擇。在進行工程整體結(jié)構(gòu)計算和分析時，必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件，并從不同軟件相差較大的計算結(jié)果中，判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的，哪個是意義不大的，這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計工作中首要的工作如果選擇了不合適的計算軟件，不但會浪費大量的時問和精力，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，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內(nèi)容實際上在新舊規(guī)范中均已涉及，只是新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實測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，在計算分析階段必須對計算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進行判斷，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，是否需要分開計算。一段時間以來， 大底盤、多塔樓的高層建筑類型大量出現(xiàn)，而在計算分析該類型高層建筑時，是將結(jié)構(gòu)作為一個整體并按多塔類型進行計算還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進行計算，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，但對某一座塔樓的地震力計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)件的計算與設(shè)計。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)件進行設(shè)計時，由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大必須嚴格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算處理措施進行設(shè)計。

　　五、結(jié)語

　　總之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個長期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過程，任何結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設(shè)計過程變得更加復(fù)雜或存在不安全。因此高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須以精心設(shè)計來保證。在設(shè)計過程和設(shè)計管理過程中，對此必須給予高度重視。