高层建筑结构设计与计算相关问题
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摘要：我国颁布的高层建筑混凝土结构技术规程J GJ 3-2002~(以下简称高规)在结构可靠度、设计计算、配筋构造方面均有重大更新和补充，特别是对抗震及结构的整体性，规则性作出了更高的要求，加上现代人们对于建筑要求的多样化提出了更多和更复杂的要求，产生了很多不规则的复杂高层建筑，使结构设计不可能一次完成。如何正确进行结构设计和结构计算，以满足新规范的要求，是每个结构设计人员都必须面临的问题。本文主要对高层建筑结构设计与计算进行了一些探讨。
关键词：高层建筑 设计 计算
1.认真做好结构方案的概念设计
结构设计人员如果盲目信赖计算机，而不重视概念设计，是不可能设计出经济合理的结构的。《建筑抗震设计规范》(以下简称抗震规范)第3．4．1条规定：建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。实际上，结构的概念设计与建筑师的方案设计也是相互影响、相互协调的。结构概念设计的目的首先是在初步设计以前为所设计的工程项目设定一个总体性的方案，根据建筑意图和使用功能的需要，根据当地建造条件、材料来源和业主对资金的使用等多方面因素的要求，使下一步的设计施工和维护使用都能做到“又好、又快、又省”。
2.结构整体计算准确与计算结果分析无误
基本选定结构方案后，紧接着就是高层结构设计的核心部分一结构计算。首先，根据所选取的结构体系，选用准确的结构模型和选取正确的结构设计软件。其次，结构计算开始前，设计人员先要根据规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述，以及根据工程的实际情况，对结构参数和特殊构件进行正确设置。
2.1 结构参数(部分)的确定
周期折减系数：周期折减系数的目的是为了充分考虑框架结构和框剪结构的填充墙刚度对计算周期的影响，必须折减，否则使地震作用偏小。周期折减系数应根据本工程填充墙的多少来确定周期折减系数值，填充墙多取小值，填充墙少取大值，《高规》第3.3.16条规定计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响予以折减，第3.3.17条规定一般框架结构取0.6～0.7，框剪结构取0.7～0.8，剪力墙结构取0.9～1.0。
2.2 结构整体计算
《高规》用于控制结构整体性的主要指标主要有：适用高度和高宽比、周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。
适用高度和高宽比。《高规》第4．2节对于选用不同结构体系的钢筋混凝土高层建筑规定了最大适用高度和最大高宽比。它的目的是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。在带有大型裙房的复杂高层建筑中，计算高宽比的房屋高度和宽度可按裙房以上部分考虑。对于带悬挑的结构，结构房屋宽度应按扣除悬挑宽度厚的结构宽度计算。
周期比。周期比是控制结构扭转效应的重要指标。《高规》第4.3.5条对结构扭
转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比的要求给出了规定。它的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理，使结构不至出现过大的扭转。由于当结构以扭转为主的第一白振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl两者接近时，由于振动耦联的影响，将使结构的扭转效应明显增大。如果周期比不满足规范的要求，设计人员需要增加结构周边构件的刚度，或者在结构的刚度有富余时，适当降低结构中间构件的刚度，使得结构满足规
范要求。判断结构扭转为主的第一自振周期T t时，可以通过计算振型方向因子来判断。在两个平动和一个转动构成的三个方向因子中，当转动方向因子大于0.5时，则该振型可认为是扭转为主的振型。
位移比(层间位移比)是控制结构平面不规则性的重要指标。其限值在《抗震规范》和《高规》中均有明确的规定。需要指出的是，新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的。此外，位移比的大小是判断结构是否规则的重要依据，设计人员应正确选用考虑偶然偏心影响的单向地震下的位移比。刚度比是控制结构竖向不规则，避免竖向刚度突变而形成薄弱层的重要指标。限值详见《抗震规范》第3.4.2条和《高规》第4.4.2条规定。
层间受剪承载力比是控制结构竖向不规则的重要指标。层间受剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上，该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和。层间受剪承载力比限值详见《抗震规范》第3.4.2条和《高规》第4.4.3条规定。
刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性的重要因素，也是影响重力二阶效应的主要参数。该值如果不满足要求，则可能引起结构失稳倒塌，应当引起设计人员的足够重视。
2.3结构整体计算结果的合理性判断要得到结构合理的整体计算结果
必须首先确定几个参数合理取值，才能保证后续计算结果的正确性。这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等，在计算前很难估计，需要经过试算才能得到。
3.加强对结构构件进行优化设计和施工图设计
对结构整体合理性的计算和调整之后，紧接着就是进行结构单个构件内力和配筋计算。计算结构不超筋，并不表示构件初始设置的截面和形状合理，设计人员还应进行构件截面优化设计，使构件在保证受力要求的条件下截面的大小和形状合理，并节省材料。但需要注意的是，在进行截面优化设计时，应以保证整体结构合理性为前提，因为构件截面的大小直接影响到结构的刚度，从而对整体结构的周期。位移、地震力等一系列参数产生影响，不
可盲目减小构件截面尺寸，使结构整体安全度降低。在施工图设计阶段，还必须满足规范规定的各项具体措施和要求。《混凝土规范》、《高规》和《抗震规范》对结构的构造提出了非常详尽的规定，规范中的这些措施往往是强制性条文，也是很多一震害调查和抗震设计经验的总结和保证结构安全的最后一道防线，设计人员万万不可麻痹大意、掉以轻心。如计算得出的钢筋排数、直径、架构等，如不符合现场工程的实际情况或不便于施工，还要做最后的调整计算。
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