高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計問題研究

1、高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計問題研究    論文導(dǎo)讀：隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，功能俱全的高層建筑越來越多?；A(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型及荷載分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)方案。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采用計算機技術(shù)，但由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導(dǎo)致不同的計算結(jié)果。 關(guān)鍵詞：高層建筑，工程，結(jié)構(gòu)設(shè)計    隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，功能俱全的高層建筑越來越多。規(guī)范用于控制高層建筑整體性的設(shè)計指標(biāo)主要有：周期比、位移比、剛重比

2、、剛度比、層間受剪承載力之比、軸壓比以及剪重比等。當(dāng)然，建筑結(jié)構(gòu)模式的變化并非一日之功，是需要有一個演變過程的，而且在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，還會多種模式共存。 1.高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的模式演變 1.1內(nèi)核的形成 高層建筑與其它建筑之間的最大區(qū)別，就在于它有一個垂直交通和管道設(shè)備集中在一起的、在結(jié)構(gòu)體系中又起著重要作用的“核"（Core）。而這個“核”也恰恰在形態(tài)構(gòu)成上舉足輕重，決定著高層建筑的空間構(gòu)成模式。免費論文參考網(wǎng)。隨著高層建筑建設(shè)的發(fā)展、高度的增加和技術(shù)的進步，在高層建筑的設(shè)計過程中，逐漸演化出了中央核心筒式的“內(nèi)核”空間構(gòu)成模式，這是各專業(yè)共同探索優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果。在建筑處理

3、上，為了爭取盡量寬敞的使用空間，希望將電梯、樓梯、設(shè)備用房及衛(wèi)生間、茶水間等服務(wù)用房向平面的中央集中，使功能空間占據(jù)最佳的采光位置，力求視線良好、交通便捷。在結(jié)構(gòu)方面，隨著筒體結(jié)構(gòu)概念的出現(xiàn)、建筑高度的增加，也希望能有一個剛度更強的筒來承受剪力和扭矩，而這些恰好與建筑師的要求不謀而合。免費論文參考網(wǎng)。在建筑的中央部分，有意識地利用那些功能較為固定的服務(wù)用房的圍護結(jié)構(gòu)，形成中央核心筒，而筒體處于幾何位置中心，還可以使建筑的質(zhì)量重心、剛度中心和形體中心三心重合，更加有利于結(jié)構(gòu)受力和抗震。 1.2核的分散與分離 然而，隨著時代的發(fā)展、技術(shù)的進步，人們對建筑需求的變化和設(shè)計側(cè)重點的不同，以中央核心筒為

4、主流的高層建筑“內(nèi)核”空何構(gòu)成模式開始受到了挑戰(zhàn)。對于結(jié)構(gòu)專業(yè)來說，加強建筑周邊的剛度也會有效地抵抗地震對高層建筑的破壞，所以如果將垂直交通和設(shè)備用房等分散地布置在建筑周邊，則無疑也會對結(jié)構(gòu)抗震有利。同時，這種分散的多個外核的空間構(gòu)成模式，也正好適用于新興的巨型框架結(jié)構(gòu)（Super Frame），使這種結(jié)構(gòu)體系中的巨型支撐柱具有了使用功能。而從建筑設(shè)計的角度來看，核的移動，垂直交通、服務(wù)性房間和管道井分散到建筑的周邊，對于高層建筑的空間構(gòu)成模式和立面造型上的變化也是極具革命性的。它不但適應(yīng)了其它專業(yè)的需求，而且還有利于避難疏散、創(chuàng)造更大的使用空間和使高層建筑的底部獲得解放。 1.3中庭空間的出

5、現(xiàn) 70年代前后設(shè)計的建筑中都加入了一個十分華麗、氣氛熱烈的大中庭。這種中庭既起著整合空間流線的作用，又是人們休閑交往的場所，中庭中還設(shè)置噴泉疊水、種植各種植物，可創(chuàng)造出一種激動人心的歡快氛圍。所以它一出現(xiàn)便深受人們的喜愛，并很快風(fēng)靡全球。80 年代以后，中庭空間開始應(yīng)用于高層辦公建筑。受高層旅館的影響，一些辦公大樓為了追求氣派和空間變化，便在入口處附設(shè)一個中庭。而隨著人們環(huán)境觀念的增強，以及各國政府對由于在辦公樓內(nèi)長時間從事VDT操作所引發(fā)的情緒緊張、視覺疲勞和心理上的孤獨感等“辦公室綜合癥”的關(guān)注，高層辦公建筑內(nèi)部空間的設(shè)計也越來越為人們所重視。提供自然化的休息空間和改善封閉的室內(nèi)環(huán)境，成

6、為高層辦公樓設(shè)計必須解決的重要問題。于是，在高層辦公建筑中插入一個或在不同區(qū)域插入數(shù)個封閉或開敞的中庭的設(shè)計手法開始出現(xiàn)。 1.4底部空間的變化 早期的高層建筑多直接面對街道，從街道進入門廳，再由門廳進入電梯廳，乘座電梯至各樓層，這是高層建筑中最為普遍的空間流線組織方式。建筑空間與城市空間之間缺乏過渡，沒有“中間領(lǐng)域”的概念，在人流集散的高峰期，對城市交通環(huán)境的影響也較大。盡管許多高層建筑都在門廳的藝術(shù)處理上頗費心機，設(shè)計得非常富麗壯觀，但是由于空間組織方面的缺陷，門廳內(nèi)往往留不住人，形不成公共活動空間，而入口處也常出現(xiàn)人流擁塞的現(xiàn)象。為了解決人流集散和城市交通與建筑內(nèi)部交通相銜接的問題，現(xiàn)在

7、的高層建筑常常采用多個出入口和立體化組織交通流線的方法。通過首層、地下層和地上的架空廊道與不同層面的城市交通網(wǎng)絡(luò)相連接，以達到通暢便捷和步行、車行的互不干擾?？偠灾?，當(dāng)今高層建筑的底部空間設(shè)計，已從單純考慮建筑與周圍環(huán)境之間的關(guān)系，發(fā)展到進行整體的城市空間設(shè)計，其交通組織和公共活動領(lǐng)域的創(chuàng)造也日趨立體化、開放化。 2.高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則 2.1選擇合適的基礎(chǔ)方案 基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型及荷載分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)方案。設(shè)計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時還應(yīng)進行地基變形驗算。基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報告，對

8、一些缺少詳細地質(zhì)報告的小型建筑也應(yīng)進行現(xiàn)場查看和參考鄰近建筑資料。一般情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜采用兩種不同的基礎(chǔ)類型。 2.2合理選擇結(jié)構(gòu)方案 一個成功的設(shè)計必須選擇一個經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案，即要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡捷，同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向布置規(guī)則?？傊?，必須對工程的設(shè)計要求、地理環(huán)境、材料供應(yīng)、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、水、暖、電等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時還應(yīng)進行多方案比較，擇優(yōu)選用。 2.3選用恰當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D 結(jié)構(gòu)計算是在計算簡圖的基礎(chǔ)上進行的，計算簡圖選用不當(dāng)而導(dǎo)致

9、結(jié)構(gòu)安全的事故屢有發(fā)生，因此選擇恰當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的剛結(jié)或鉸結(jié)點，但與計算簡圖的誤差應(yīng)在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。 2.4正確分析計算結(jié)果 在結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采用計算機技術(shù)，但由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導(dǎo)致不同的計算結(jié)果。因此設(shè)計師應(yīng)對程序的適用范圍、技術(shù)條件等全面了解。免費論文參考網(wǎng)。在計算機輔助設(shè)計時，由于程序與結(jié)構(gòu)某處實際情況不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導(dǎo)致錯誤的計算結(jié)果，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時應(yīng)認(rèn)真分析，慎重校核，做出合理判斷。設(shè)計師的知識、經(jīng)驗的積累是不可缺少的。 2.5

10、采取相應(yīng)的構(gòu)造措施 始終牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉原則”；注意構(gòu)件的延性性能；加強薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的直線段錨固長度；考慮溫度應(yīng)力的影響。除此之外，還應(yīng)注意按均勻、對稱、規(guī)整原則考慮平面和立面的布置；綜合考慮抗震的多道防線；盡量避免薄弱層的出現(xiàn)；以及正常使用極限狀態(tài)的驗算等等都需要結(jié)構(gòu)概念設(shè)計作指導(dǎo)。 近十余年來我國的高層建筑建設(shè)可謂突飛猛進，其建設(shè)速度和建造數(shù)量在世界建筑史上都是少有的。但是，從設(shè)計質(zhì)量方面來看卻不容樂觀，多數(shù)設(shè)計追趕流行時尚。實際上不只是高層建筑，重視外觀而忽視空間創(chuàng)造，已是建筑設(shè)計界的通病。這一方面是由于設(shè)計人員對建筑空間的體驗較少，設(shè)計時多以圖書資料中的照片做參考。另一方面也說明了我國建筑理論研究方面存在著明顯的不足。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，應(yīng)從結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計著手，選擇結(jié)構(gòu)平、立面布置盡量規(guī)則以及抗震和抗風(fēng)性能好的結(jié)構(gòu)體系，并通過合理控制以上指標(biāo)，使高層建筑的結(jié)