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葛斌
（东华工程科技股份有限公司,安徽 合肥 230024）
摘 要：随着我国经济建设的不断飞速发展,高层建筑日益增多,高层建筑结构设计已成为结构工程师设计工作中的重点和难点.文章根据钢筋混凝土高层结构设计的工程实践,就钢筋混凝土高层结构设计中的概念设计、结构选型、地基与基础设计、结构计算与分析等方面提出了历年来高层建筑结构设计中的一些问题,为高层建筑结构分析与设计提供参考.
关键词：钢筋混凝土；高层建筑；结构设计；基础设计；概念设计
中图分类号：TU973 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）16-0094-03
一、概念设计
结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法.选择对抗震有利的结构方案和布置,采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施,设计延性结构和延性结构构件,分析结构薄弱部位,并采取相应的措施,避免薄弱层过早破坏,防止局部破坏引起连锁效应,避免设计静定结构,采取二道防线措施等每个设计步骤中都贯穿了结构概念设计内容.强调结构概念设计的重要性,是要求建筑师和结构师在建筑设计中应特别重视规范、规程中有关结构概念设计的各条规定,设计中不能陷入只凭计算的误区.以下一些问题值得探讨：
1．在结构体系上,应重视结构的选型和平、立面布置的规则性,择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系.结构应具有明确的计算简图和合理的传递地震力途径,结构在两个主轴方向的动力特性宜相近.
2．一般工程都仅进行小震下的弹性设计,而用概念设计和构造措施保证“中震可修,大震不倒”,但没有验算和证实,那么建筑物是否真能做到“中震可修,大震不倒”,无人知晓.对抗震设防烈度较高地区的特别重要建筑和超限建筑,审查专家往往会提出更具体的设计指标：（1）中震或大震不屈服设计；（2）中震或大震弹性设计；要求设计单位确保实现“三水准”的设计目标.
3．建筑物是应当有个性的,不应当千面一物.基于性能的抗震设计理念的特点是,使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,允许按照业主的要求选择不同层次的抗震性能目标作为设计者的设计依据.例如业主可以提出更高的抗震设防要求,按中（大）震不屈服设计或中（大）震弹性设计,保证重要的建筑物在大地震作用下不影响正常使用功能,而不仅仅是不坏不倒.
4．水平地震作用是双向的,结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用,应使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力；结构刚度选择时,虽可考虑场地特征,选择结构刚度以减少地震作用效应,但是也要注意控制结构变形的增大,过大的变形将会因P-Δ效应过大而导致结构破坏；结构除需要满足水平方向刚度和抗震能力外,还应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转震动的能力.
5．在一个独立的结构单元内,应避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼、电梯间；减少地震作用下的扭转效应.竖向体型尽量避免外挑,内收也不宜过多、过急,结构刚度、承载力沿房屋高度方向不宜均匀、连续分布、避免造成结构的软弱或薄弱的部位.应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载力.根据具体情况,结构单元之间应遵守牢固连接或有效分离的方法.高层建筑的结构单元应采取加强连接的方法.
二、结构选型
1．结构体系问题.高层建筑的地基较好时,上部结构在满足变形限值的前提下,应尽量减小刚度.可以通过合理的基础和上部结构设计来突破规范中对高宽比的限值.可以将塔楼较长肢的剪力墙用轻质墙隔为短肢墙,使转换层上下刚度均匀.规范中确定转换层上下刚度比的公式宜改为控制上下层转角的比值在1左右较为合理.规范中顶点位移和层间位移限值不尽合理,可以通过采取措施来突破这些限值.水平加强层在增加侧向刚度的同时,会使外柱的剪力有较大增加,应慎重设计.
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2．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论文范文高度的建筑外,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级高度建筑甚至超过了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.
3．短肢剪力墙的设置问题.在文献[4]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.
4．控制柱的轴压比与短柱问题.在钢筋混凝土高层建筑结构中,往往为了控制柱轴压比而使柱的截面很大,而柱的纵向钢筋却为构造配筋.即使采用高强混凝土,柱断面尺寸也不能明显减小.限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态,防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎.柱的塑性变形能力小,则结构延性就差,当遭遇地震时,耗散和吸收地震能量少,结构容易被破坏.但是在结构中若能保证强柱弱梁设计,且梁具有良好延性,则柱子进入屈服的可能性就大大减少,此时可放松轴压比限值.另外,许多高层建筑底几层柱的长细比虽然小于4,但并不一定是短柱.因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比,只有剪跨比小于2的柱才是短柱.有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比.但是即使能调整轴压比限值,柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小.因此在抗震超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷.
三、地基与基础设计
地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面,不仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行,同时,也是因为地基基础是整个工程造价的决定性因素.因此,在这一阶段,所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失.
在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题.由于我国占地面积较广,地质条件相当复杂,作为国家标准,仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定.因此,作为建立在国家标准之下的地方标准,地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确.所以,在进行地基基础设计时,一定要对地方规范进行深入地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响.
四、结构计算与分析
随着房屋建筑结构方面新规范的陆续颁布实施,各种计算软件也都更新版本,但在计算时经常会出现各种各样的问题,这其中既有软件自身不完善的因素,也有使用人对规范理解不正确的原因.因此,如何准确、高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理,是决定工程设计质量好坏的关键.
(一)计算模型的选取
对于常规结构,可采用楼板整体平面内无限刚假定模型；对于多塔或错层结构,可采用楼板分块平面内无限刚模型；对于楼板局部开大洞、塔与塔之间上部相连的多塔结构等可采用楼板分块平面内无限刚,并带弹性连接板带模型；而对于楼板开大洞有中庭等共享空间的特殊楼板结构或要求分析精度高的高层结构则可采用弹性楼板模型.在使用中可根据工程经验和工程实际情况灵活应用,以最少的计算工作量达到预期的分析精度要求,既不能不分情况一概采用刚性楼板模型,造成小墙肢计算值偏小,不安全；也没必要都采用弹性楼板模型,无谓地增大计算工作量.
(二)抗震等级的确定
对常规高层建筑,可按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002,J186-2002）第4.8节规定确定抗震等级,与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；对于复杂高层建筑还应符合第10章的规定；对于地下室部分,当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,地下一层的抗震等级应与上部结构相同,地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用论文范文或更低等级.
(三)振型数目是否足够
振型数的多少与结构的层数有关,文献[6-7]中对阵型的取值都有较为明确的规定.因此,在计算分析阶段根据规范要求对计算结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值.
(四)非结构构件的计算与设计
在高层建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件.对这部分内容尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于高层建筑地震作用和风荷载较大,必须严格按照新规范中增加的非结构构件的处理措施进行设计.
五、结语
高层建筑结构的计算分析是一项复杂的工作,需要工程技术人员正确理解规范,合理应用计算软件,在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素.以上所述几个问题为笔者在设计过程中对问题的一些浅薄认识.
参考文献
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[2] 李永明．高层建筑结构设计的设计思路探讨[J]．武汉工业大学学报,1997 ,（3 ）．
[3] 崔立成．钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J]．中国新技术新产品,2010,（1）．
[4] 混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）[S]．
[5] 厉宽松,徐勤,等．钢筋混凝土高层结构设计中常见问题探讨[J]．工程与建设,2007,（5）．
[6] 建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）[S]．
[7] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2002）[S]．
[8] 李国胜．多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M]．北京：中国建筑工业出版社,2004．
（责任编辑：刘晶）
总结：本论文主要论述了结构设计论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。
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