對高層建筑設(shè)計而言。設(shè)計前期的初步結(jié)構(gòu)方案需通過結(jié)構(gòu)軟件的計算分析。判斷該方案是否正確與合理。從而對其進(jìn)行有針對性的修改和優(yōu)化。文章結(jié)合具體實例。介紹了分析判斷計算結(jié)果的主要幾項內(nèi)容及可采取的相應(yīng)優(yōu)化措施，以提高設(shè)計的準(zhǔn)確性和工作效率。
　　
　　隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，高層建筑的數(shù)量日益增多。這些高層建筑大多采用鋼筋混凝土剪力墻或剪力墻一簡體結(jié)構(gòu)。對高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，在設(shè)計前期，通過建筑師與結(jié)構(gòu)工程師的密切配合，正確運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計理論，優(yōu)選結(jié)構(gòu)體系，并進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)布置，可以初步得出一個性能良好、造價經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案，為后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計打好基礎(chǔ)。然而，初步設(shè)計方案的優(yōu)劣還需通過對分析軟件的計算結(jié)果進(jìn)行研究和判斷，來確定結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，以及是否需要進(jìn)一步優(yōu)化。因此，對計算結(jié)果進(jìn)行分析研究，是一項很重要的工作。本文結(jié)合某高層住宅設(shè)計的實例，對分析軟件SATWE的計算結(jié)果的幾項主要內(nèi)容進(jìn)行分析判斷，并據(jù)此對初步結(jié)構(gòu)方案進(jìn)一步優(yōu)化，提高工作效率和設(shè)計的準(zhǔn)確性。
　　
　　1.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)
　　1.1水平荷載成為決定因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(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，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面，對某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。
　　1.2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(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)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(jìn)行調(diào)整；另外對構(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。
　　1.3側(cè)移成為控制指標(biāo)。與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(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)。
　　1.4結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo)。相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧�，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
　　
　　2.高層建筑的結(jié)構(gòu)體系
　　2.1框架－剪力墻體系。當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架－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和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在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－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－剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。
　　2.2剪力墻體系。當(dāng)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(qiáng)度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架－剪力墻體系。
　　2.3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)稱為筒體體系，包括單筒體、筒體－框架、筒中筒、多束筒等多種型式。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。筒體體系具有很大的剛度和強(qiáng)度，各構(gòu)件受力比較合理，抗風(fēng)、抗震能力很強(qiáng)，往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。
　　
　　3.高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法
　　3.1 框架－剪力墻結(jié)構(gòu)
　　框架－剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算的方法很多，大都采用連梁連續(xù)化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件，可以建立位移與外荷載之間關(guān)系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同�？蚣埽�剪力墻的機(jī)算方法，通常是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效壁式框架，采用桿系結(jié)構(gòu)矩陣位移法求解。
　　3.2剪力墻結(jié)構(gòu)
　　剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應(yīng)力分布也不同，計算內(nèi)力與位移時需采用相應(yīng)的計算方法。剪力墻結(jié)構(gòu)的機(jī)算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機(jī)時耗費(fèi)較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應(yīng)力分布復(fù)雜的情況。
　　3.3筒體結(jié)構(gòu)
　　筒體結(jié)構(gòu)的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續(xù)化方法、等效離散化方法和三維空間分析。等效連續(xù)化方法是將結(jié)構(gòu)中的離散桿件作等效連續(xù)化處理。等效離散化方法是將連續(xù)的墻體離散為等效的桿件，以便應(yīng)用適合桿系結(jié)構(gòu)的方法來分析。比等效連續(xù)化和等效離散化更為精確的計算模型是完全按三維空間結(jié)構(gòu)來分析筒體結(jié)構(gòu)體系，其中應(yīng)用最廣的是空間桿－薄壁桿系矩陣位移法。
　　3.4混凝土構(gòu)件配筋簡圖
　　任何一個建筑結(jié)構(gòu)都要同時承受垂直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載，還要具有抵抗地震作用的能力。在較低樓房中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小，對結(jié)構(gòu)的影響也就較�。坏�在較高樓房中盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生著重要影響，水平荷載卻起著決定性的作用。隨著樓房層數(shù)的增多，水平荷載愈益成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(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，以及由此在豎構(gòu)件中所引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；另一方面對某一高度樓房來說，豎向荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化�；炷�土構(gòu)件配筋簡圖是反映梁、柱、墻配筋信息的，設(shè)計較為合理的結(jié)構(gòu)一般不會有太多的超限截面，基本上應(yīng)符合以下規(guī)律。①柱、墻大部分為構(gòu)造配筋，剪力墻符合截面抗剪要求；②梁基本上無超筋，截面不滿足抗剪要求或抗扭超限不多。在本結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果中，除個別的梁有超筋現(xiàn)象外(地震作用引起)。均滿足上述要求，說明結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置及截面尺寸選取是合適的，僅對個別超筋梁截面進(jìn)行調(diào)整。
　　總之，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先運(yùn)用概念設(shè)計理論選定建筑適合的結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置，然后應(yīng)用分析軟件對初步結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行計算，按上述幾個方面內(nèi)容對計算結(jié)果進(jìn)行分析研究，可判斷出原結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理之處，這樣對建筑結(jié)構(gòu)方案可進(jìn)行有針對性的修改和優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)設(shè)計更趨向合理和經(jīng)濟(jì)。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]徐至鈞，趙錫宏.超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工[M].機(jī)械工業(yè)出版社2007.
　　[2]周云.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].武漢理工大學(xué)出版社2006.
　　作者簡介：武洪（1978―），男，重慶人，工程師。
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