建筑结构设计案例范文

导语：如何才能写好一篇建筑结构设计案例，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：本体；建筑结构设计；检索方法

中图分类号： TU2 文献标识码： A

在建筑结构设计实践中，需要借助设计档案库中历史设计中的知识经验开展设计，然而传统的检索方法与意义匹配能力相对较差，检索的信息的准确性大打折扣，限制了设计人员对历史知识经验的重新利用与新设计思路的启发，从而产生大量的重复设计，或在设计中出现与历史设计中同样的错误等，降低了设计产品的可靠性，导致建筑设计企业丧失竞争优势。因此，如何充分发挥本体的语义组织与表示作用，提高历史设计案例的快速检索能力，实现历史案例知识经验的高效利用，是建筑设计企业在提高生产率中亟待解决的问题。

一、基于本体的建筑结构设计案例表示

本文以某“设计案例”实例为例进行探讨，该设计案例包含了多个项目特征，在这些特征类中，又包含了实例（如结构体系实例、质量等级实例、基础形式实例等）与数值（如建筑面积、工程造价、地下层数、建筑高度等）两部分。基于此，在案例的特征向量定义中，主要对案例类与属性、概念类进行定义。如在案例属性定义中，可分别对数据属性（AMi）与对象属性（BMi）两类属性进行定义，Case为其定义域，且L1、L2、与Bi分别为对象属性与数值属性个数以及对象属性的值域，且L1与L2可表示为：

For i=1 to L1(L2)

{

ObjectProperty (ex: BMi domain (ex: Case) range (ex: Bi))；

}

且案例类则定义为：Class (ex: Case partial owl: Thing)。

设计案例征向量则可表示成：（结构体系、质量等级、基础形式……建筑面积、工程造价、地下层数……），据此，建筑结构的设计案例表示如下：

{

Class (ex:设计案例 partial owl: Thing)；

Class (ex:结构体系 partial owl: Thing)；

……

ObjectProperty (ex: has_结构体系 domain (ex；设计案例)range (ex:结构体系))；

……

DatatypeProperty (ex: has_建筑面积 domain (ex:设计案例))；

……

}

二、基于本体的建筑结构设计案例检索

由于本体中具有的相关领域知识的数量非常大，在检索时，可按照相应的查询语句过滤与筛选本体中的领域知识，计算其相似度，缩小案例检索的范围。同时，定义重要领域概念，将其作为关键词进行检索，从而促进检索效率与准确率的提升。

（一）过滤与筛选案例

在案例库进行案例过滤与筛选中，可借助于SPARQL规范集进行。SPARQL可查询OWL知识库，且提供操作协议与查询语言。由于在案例检索中，要检索具有参考价值的建筑结构体系，就要确保其结构体系相同。因此，在检索查询中，定值设置为建筑的结构体系，辅助查询条件可为其他属性，并根据建筑结构的实际情况进行有选择性的筛选与过滤。例如，检索一个层数在20层以上的框架-剪力墙结构体系的设计案例，那么在检索中，选用的查询语句：

SELECT ?设计案例?质量等级？……建筑总高度

WHERRE{

？设计案例ex: has_结构体系框架-剪力墙结构.

？设计案例ex: has_层数 ?层数.FILTER (?层数>=20)

……

?案例ex: has_建筑物总高度 ?建筑物总高度.

}

根据这一检索查询方法进行查询，并将检索查询的结果作为案例相似计算的依据，经过相似度计算，最终确定所需的具有参考意义的建筑结构设计案例。

（二）计算案例相似度

本文在计算查询结果的相似度过程中，以最近邻法为选用的案例检索算法，即以加权平均的方法为手段，先对建筑结构属性的局部相似度进行计算，之后对建筑结构全部的属性相似度进行加权求和，并将其结果与总权重相除，最终得出建筑结构设计案例之间的总体相似度。例如，某建筑结构设计案例Ai是通过m个属性进行表示的，也即是Ai=（xi1,xi2,xi3…,xim），其中xin则为建筑结构设计案例Ai中的第n个属性值。若给出的建筑结构的查询案例B=（y1，y2，y3…,ym），且yn为给定设计案例B中的第n个属性值，那么建筑结构设计案例库中存储的设计案例Ai与给定查询设计案例B之间的总相似度可表示如下：

OSNN（Ai，B）=，其中是建筑结构设计案例库中的设计案例Ai与查询设计案例B在第n个属性f上的局部相似度，而wn则表示在计算相似度的过程中，第n个属性的分配权重。就相似度计算的公式而言，确定属性的权重与计算建筑结构局部的相似度成为了求总体相似度的关键所在。

在计算局部相似度的过程中，由于定义的建筑结构设计案例的特征属性主要分为实例型属性与数值型属性两大类，因此在局部相似度计算中，要分别针对两种不用类型的特征属性进行计算。需要注意的是，在计算数值型特征属性的局部相似度时，由于给定的查询设计案例B中，随着用户需求的不同，其属性值也可能不同，既可能是一个模糊数或区间，也可能是一个确定的值。此时就需根据不同的需求确定属性值，进行计算。例如，查询设计案例B中，yn为一个区间内的取值时，那么则可根据公式：=与公式=进行计算。其中，区间yn的端点值分别用与表示。而模糊数的相似度则可采用三角函数、高斯函数等方法进行计算。此外，在确定特征属性的权重时，可运用层次分析方法，首先进行判断矩阵的构造，以两两比较的方式，对各特征属性的重要程度进行比较与确定，之后再求特征向量与特征根最大值，根据所求结果检验判断矩阵的一致性，以保障权重向量的准确性，并运用排序向量综合法得出平均综合权重。最后将所得的属性权重与局部属性相似度带入求建筑结构设计案例的总体相似度的公式之中，即可实现灵活高效地检索。

在建筑结构设计中，重用历史设计案例中的知识经验，有助于防止重复设计的问题出现，对于增强建筑设计企业的竞争优势具有重要意义。因此，建筑设计企业要充分重视本体技术所具有的强大的以及理解与知识表达能力，将其引入设计案例的表示与检索实践中，以实现建筑结构设计知识的优化管理与高效利用。

参考文献：

[1]陈曦.高层民用建筑结构设计研究[J].科技致富向导,2013,(08):361.

[2] 邓立华.基于本体的产品设计知识表示与检索技术研究[D].桂林理工大学,2011.

[3]陈久鑫.基于本体的建筑结构设计案例表示与检索研究[D].大连理工大学,2013.

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关键词：高层建筑；框-剪结构；优化设计；设防水平

1 工程概况

某高层建筑设计使用功能为餐饮、办公一体属综合性公共建筑。地下2层，裙楼4层，裙楼上南、北两塔楼分别高19层(72.5m)、25层(90.5m)。两塔楼于17、18、19层连体（结构上为两塔楼分别悬挑梁处理）。总建筑面积55018m2，其中基底面积为3525m2。

1.1 结构承重体系设计

结构设计中裙房部分主要考虑由恒载及使用活荷载等竖向荷载引起的荷载效应，主楼部分结构设计不仅考虑竖向荷载效应，还要考虑水平地震作用及风荷载作用下产生的荷载效应的组合。综合考虑裙楼部分大空间的设计使用要求以及主楼部分的抗侧移设计要求，裙房结构承重体系采用钢筋混凝土框架结构形式，主楼采用框架-剪力墙承重结构体系。本建筑结构在主楼抗侧力构件设计中，剪力墙主要承担水平作用，框架承担少部分水平荷载作用和大部分竖向荷载作用。主楼平面形状基本上为正方形，因楼梯、电梯间均设置在核心筒内，为提高主楼结构的抗扭能力，剪力墙结合楼电梯间在主楼范围内采取了加强处理，具体厚度根据高层建筑结构设计的变形限值，由刚度、承载力和延性三者间的最佳匹配决定。

1.2 建筑缝的处理设计

本建筑由主楼和裙房两部分组成，在二者的连接部位需设置建筑缝。考虑到主楼部分高度较大、结构有效重量大，裙房部分高度较低，因此二者间需设置防震缝和沉降缝。对于防震缝，为避免主楼和裙房间连接部位留出较大的宽缝，给裙房屋顶防水处理带来困难，本建筑采用“抗”的方法，在结构分析时，将主楼和裙房视为一个整体进行抗侧力设计计算；对于沉降缝，结合主楼需设二层地下室的建筑要求，设计中将主楼基础设计成桩基础，而将裙房基础设计成柱下条形基础，通过两类基础的沉降变形计算，相应调整和消除主楼和裙房两部分的不均匀沉降差。施工时，在主楼和裙房连接部位预留1.5m宽后浇带，通过施工手段局部调整高低两部分间的沉降差。

1.3 基础设计

根据《工程地质勘察报告》提供的场地工程地质条件，并考虑主楼和裙房间荷载分布的不均匀性特点，主楼部分结合地下室的设计采用深桩筏板基础，以提高主楼结构的整体稳定性，降低主楼部分的沉降变形。

裙房部分采用柱下条形基础，通过修正条形基础的宽度来调整基底反力，进一步控制裙房部分的基础沉降变形，使主楼结构和裙房结构在各自使用荷载作用下，能产生基本上一致的基础沉降变形量。

2 结构优化设计策略

钢筋混凝土框架-剪力墙结构是高层建筑结构中最常采用的承载体系之一，它同时具有框架结构建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面易于处理，以及剪力墙结构抗侧移刚度大、整体性好、抗震能力强的优点。在水平荷载作用下，具有较纯框架和纯剪力墙结构更为有利的水平变形曲线。但钢筋混凝土框-剪结构是一个具有双重承载体系的非常复杂的空间受力体系，力学分析难度较大，其优化设计就更为复杂和难以实现。所以，笔者以下谨通过已有的工程设计经验提出步骤性的建议，不作深入的学术探讨。希望国内外学者和工程设计人员今后对此能有更多有益的尝试，探讨更多有关框-剪结构的优化设计方面的课题，以推动我国节能事业的发展。

2.1 框架结构的分部优化设计技术

钢筋混凝土框架结构属于具有多个多余约束的超静定结构，其荷载效应不仅与外荷载大小有关，还与结构构件的材料特征、几何构造特征有关。钢筋混凝土框架结构的分部优化设计，即是在结构整体内力分析完成后，根据梁柱各构件的控制内力进行截面优化设计，确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征和配筋量的优化结果，由此导致原结构的几何特征和荷载特征发生变化，优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各构件控制截面上的控制内力也发生相应变化，据此再进行新一轮的优化设计。因此框架结构的分部优化设计实际上是一个迭代、渐进的寻优过程，计算结果虽不总能等价于整体优化设计结果，但通常能给出工程实用的满意结果。

钢筋混凝土框架结构的分部优化设计方法的具体步骤为：

（1）初始选型：根据结构平面、立面布置及建筑物设计使用功能，分析结构所受的竖向荷载和水平荷载及其传力路线，并考虑施工因素，归并框架梁、柱的类型,初选梁柱的几何尺寸；

（2）结构分析：按照结构的实际几何构造特征，计算结构所受竖向荷载及水平荷载，对钢筋混凝土结构进行空间内力分析。根据结构分析结果，将截面尺寸相同的构件的控制截面内力，根据其大小进行分类，并确定每一类构件的设计控制内力；

（3）截面优化设计：针对每一种梁柱构件的控制内力进行优化设计，得出优化约束条件下的结构几何构造特征和配筋特征的优化设计结果，从而构成新的优化意义上的设计结构；

（4）收敛性判断：在工程精度意义上选取一个较小的数值，作为检验结构收敛性的条件，进行收敛性判断。若优化结构与原结构基本一致，则认为优化结构是收敛的，可以转入下一步的可行性判断，否则转回第②步重新进行结构分析、优化设计；

（5）可行性判断：对优化设计结果进行一次内力分析，检验其可用性。若整体分析能够满足工程设计要求，则可按此方案进行配筋和构造处理，作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整，直到方案可用为止。

2.2 框-剪结构的三阶段优化设计策略

框-剪结构的设计主要涉及3个方面的优化问题：①结构最优设防水平的决策；②框架与剪力墙结构协同工作，以及承载力、刚度与延性变形能力间的最佳匹配设计；③框架-剪力墙结构构件的优化设计问题。

高层框-剪结构在水平荷载作用下的协同工作问题，主要是水平荷载在框架和剪力墙结构之间的分配设计，因此剪力墙数量和位置的设计是关键问题。这里，我们将框-剪结构的优化设计过程分为三个阶段进行，对不同阶段的不同问题，采取不同的优化准则进行优化设计。

2.2.1 第一阶段：最优设防水平Id的优化决策

根据地震危险性分析结果或地震区划规定，在预测地震烈度概率分析基础上，用模糊综合评判法计算结构的模糊延性向量和模糊抗震强度、损伤等级概率和震害损失的预估期望值E(Id)，在满足最大投资约束和最大损失约束条件下，使k1C(Id)+k2k3E(Id)达到最小，求出最优抗震设防烈度Id。

2.2.2 第二阶段：剪力墙构件的优化设计

剪力墙结构构件的优化设计主要是结构刚度与延性指标的最佳组合，可用力学准则进行优化。结构刚度对结构的影响主要为结构的自振周期和侧向位移，结构延性对结构的影响主要为保持承载力前提下的变形能力。因此，可用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性。我们根据高层结构设计规范对结构层间位移和顶点总侧移的限值来控制结构的刚度设计和延性设计。

2.2.3 第三阶段：框架结构的优化设计

框架结构的优化设计准则是一个结构准则，在一次整体分析完成之后，可按照前述方法对框-剪结构中的框架部分进行优化设计。

2.2.4 框-剪结构的优化设计步骤

（1）分析结构平面、立面布置特点，根据工程经验选定剪力墙抗侧力构件的布置位置及几何厚度；

（2）根据结构使用荷载特点，根据经验归并框架结构类型，并初步选定每一类型框架结构梁柱构件的几何尺寸；

（3）进行整体结构的空间内力分析；

（4）根据结构分析计算结果，检查结构的层间位移及顶点总位移是否满足规范要求。若满足规范要求，则转入第5步进行判断；若不满足规范要求，则直接返回第1步，进行剪力墙水平截面面积的修正；

（5）刚度最优化判断：比较结构实际侧移值和规范限值，若│max(δ/h)-［δ/h］│/［δ/h］≤ε1且│max(Δ/H)-［Δ/H］│/［Δ/H］≤ε2，则转入第6步进行计算；否则转入第1步，并用原剪力墙厚度乘以修正系数ζ=max{ζ1，ζ2}(ζ1=［δ/h］/max(δ/h)，ζ2=［Δ/H］│/max(Δ/H))，来修正剪力墙几何尺寸，重新进行结构分析；

（6）分别进行剪力墙和框架结构构件的截面优化设计；

（7）收敛性判断：比较优化结构与原结构的接近程度，若优化结构与原结构基本一致，则认为优化结构是收敛的，可以转入下一步进行可行性判断，否则将优化结构作为原结构转回第3步重新进行结构分析、优化设计；

（8）可行性判断：对优化设计结果进行一次内力分析，检验其可用性。若整体分析能够满足工程设计要求，则可按此方案进行配筋和构造处理，作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整，直到方案可用为止。

3 工程实例

采用三阶段优化设计方法对前述高层框-剪结构进行优化设计，在正常承受灾害损失能力和投资能力较强时，最优设防烈度为7.5度。后经专家论证，并考虑到资金投入的难度，提高了权重系数k1，最优设防水平按Ⅶ度设计。表1所示为主要结构构件截面尺寸的优化设计结果。

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关键词：建筑结构 设计 基本原则 方案

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（C）-0063-01

随着经济与时代的发展，人们对于建筑的要求逐渐提升。与此同时建筑工程项目的投资力度、规模、技术复杂度也都相应的提高，为此如何在保证建筑使用安全成为重要问题。对于建筑质量问题，首选的解决方案是规范结构设计。好的结构设计方案不仅是施工质量的保证，更是影响建筑最终安全性的根本。通过在探讨建筑设计的基本原则及设计注意事项可以促使更为合理的建筑结构体系的出现，从而达到经济、高效、安全的目的。

1 建筑结构设计的基本原则

进行结构设计的最重要目的是保证建筑多的安全使用，为此进行建筑设计过程中要遵循以下四项原则。

1.1 抓大放小

由于建筑整体是由各种不同的构件组成的，但是不同构件在工程中所担负的作用并不均等，为此按照其重要性就有了轻重之分。为此在工程建设中有“强柱弱梁”与“强剪弱弯”的重要概念。在建筑物遇到突然地破坏力量时，不同构件进行协同抵抗破坏力的目的就是保护最重要的结构，从而使建筑物免遭毁坏。如果在建筑中没有“轻重”之分，那么就会带来更大的破坏。总之在建筑设计中要分清主次，通过设计中的抓大放小来最大限度的减少可能带来的损失。

1.2 多道防线

通过设置多道防线的思想就是避免“将鸡蛋放于同一个篮子”。安全结构体系要通过层层设防的方式，在灾难来临时前赴后继的抵抗外力。实际设计中框架剪力墙较之纯框架更有优势，多肢墙较之单片墙有优势，这就是多道防线的主要实施方法。

1.3 打通关节

关节在建筑中无处不在，并且从历次的灾害中发现关节的破坏所引发的建筑损坏占据较大比例。理想中的建筑结构应该是浑然一体的，没有任何关节，从而使得所受到的外力迅速地传播及消减。在这一思路的指引下'设计中要尽量的将建筑的各个关节联系起来，也就是打通关节，从而不阻碍力的传播。在设计概念中要保证关节打通的关键是保证力量在构件中的分配是按照构件刚度的大小进行的，不能出现受力的不合理集中，从而达到静态平衡。一旦关节打通就可以保证关节的平衡，从而使得关节永远处于原始状态。而设计者所要做作的工作就是将静态的构建有机的组合在一起，同时依然保持整体的静态或者相对静态。

1.4 刚柔相济

建筑设计中结构体系刚度如果过强就降低了变形能力，当遇到强大外力时就很容易造成局部的受损，从而致使建筑全面损坏；而建筑结构体系太柔虽然可以有效的消减外力，但是容易发生形变过大而无法使用甚至整体损坏。

2 合理设计方案

2.1 从结构计算和构造上进行合理设计

在计算结构角度过程中要注意以下问题：（1）底框砌体结构验算注意问题。明确底部剪力法一般适用于刚度均匀的多层结构，如果使用在薄弱的底层框架混合结构要考虑到塑性变形集中带来的影响；底框砌体结构验算中要考虑到底层框架柱中地震作用所产生的倾覆力矩所引发的附加轴力；由于底框架结构中只有底层框架抗震墙，为此底层框架混合结构的剪力不能简单的按照框架抗震墙方法。刚度计算中，框架不折减，抗震墙折减到弹性刚度的20%-30%。（2）避免荷载计算错误。经常出现的荷载计算错误如活荷载折减不当、漏算或者少算荷载、建筑用料与实际不符等。（3）避免楼板计算错误。双向板查表时不能忽略材料泊松比带来的影响，否则结果偏小；连续板计算中不能简单的用单向板计算方法代替。（4）电算结果正确性的合理评价。得到的计算结果要根据施工设计经验进行判断、分析，最终决定是否可以最为施工设计的依据。

在构造角度中应该注意的问题：（1）严格的按照规范要求施工，确保钢筋在每一个位置所需要的延伸及搭按长度、锚固以及选材等符合要求；（2）注重构件规定的最大及最小配筋率。尤其是针对于具有抗震要求的建筑，既要保证建筑的延伸性，同时又要满足最小配筋率要求。（3）通过采取相应的通风融热措施来有效避免屋面温度应力引发的墙体开裂现象。（4）为满足抗震性能设置的构造柱要保证在建筑内部上下对准贯通。

2.2 从抗震要求出发，进行合理的结构设计

基于最新的抗震规定及要求，在抗震等级要求较高的地区，无论住宅使用的框架剪力墙结构还是多层砖混结构都要服从抗震的性能，即采用二阶段设计来实现三个水准的设防要求。对于一般的多层砌体住宅建筑要首选横墙承重或者纵横墙共同承重的结构体系，在设计过程中要保证纵横墙均匀布置，在平面内对其并且在竖向上下连续；楼梯间尽量避免设置在房屋的转角或者尽端，并且避免使用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。对于多层或者高层的钢筋混凝土住宅要做到：首先抗震墙与框架等抗侧力结构要双向布置，从而有效地承担平行于该抗侧力结构平面的地震力；结构布置要力求规则，对于复杂结构要设置防震缝；为了促使框架体系的抗侧力结构构成协同工作状态要控制抗震墙之间楼及屋盖的长宽比及整体性，同时要抗震墙的刚度及与框架的连接性。

2.3 根据地基进行建筑结构设计

由于建筑地基的沉降会导致构件的开裂或者破坏，为此在建筑结构设计中要参考建筑的地基沉降。尤其是对于高层建筑，地基需要一定的埋置深度，为此一般使用桩筏或者桩箱的结合形式。在此过程中要充分的保证箱体的整体刚度，尤其是保证下部群桩的形心要和上部结构重心吻合。对于多层建筑，特别是地基的软土层覆盖厚度大的建筑要对地基进行相应的处理来降低建筑沉降。地基处理方法要基于建筑上部结构及地基的具体情况，同时也要参考施工要求，从而确定处理后地基所需要达到的指标，最终考虑经济性、适用性等方面得出最优方案。

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关键词：结构设计；安全；控制与管理

现代建筑结构设计是系统的、多维、全面的工作，只有在工作中保持严肃认真的工作态度，并在所掌握知识的基础上灵活创新，才能做好设计工作。

一、什么是现代建筑结构设计中的安全问题

现代建筑结构设计就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础，墙，柱，梁，板，楼梯，大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。

所谓“安全”，包括保证人员财产不受损失和保证结构功能的正常运行。即所谓的“强度”和“功能”两大原则，结构安全还应保证结构有修复的可能，加上“可修复”则为三原则。与国际上一些通用标准相比，我国混凝土结构规范设定的安全水平偏低，有的偏低较多。由于不同标准对安全的表示方法不一样，所采用的抗力计算公式也不一致，要准确估计不同标准之间安全程度的差异比较困难。可靠度理论是分析结构安全性的一种有效手段。我国已颁布统一标准，要求结构设计规范按可靠度理论设计。20世纪70年代的我国混凝土结构、木结构和钢结构设计规范分别采用不同的设计方法体系，在安全的表达形式上互不相同，给设计或教学都造成了不便，20世纪80年代用可靠度理论率先加以统一。结构设计大体可以分为三个阶段，结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度、工程地质勘查报告、建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式(例如，砖混结构、框架结构、框剪结构、剪力墙结构、简体结构、混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式)。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。

二、提高建筑结构设计安全问题的管理与控制

1从墙体结构设计方面对安全问题进行控制与管理

1.1多层砌体房屋的建筑局部尺寸未满足抗震要求，该部位未设构造筋。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第7.1.6条规定，抗震设防烈度为6度、7度时，承重窗间墙最小宽度、承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离、非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离、内墙阳角至门窗洞边的最小距离不宜小于lm。这些局部部位是结构破坏较为敏感的地方，当这些部位不能满足要求时，结构应采取相应的弥补措施，如采用加强的构造柱或增加横向配筋措施等。

1.2房屋四角与其余部位构造柱采用一样的配筋。《建筑抗震设计规范》（GB500l1-2001）第7.3.2条第一款规定，房屋四角构造柱可适当加大截面及配筋。而部分人员设计不分部位采用相同设置的行为，将致使各种柱体的作用得不到充分发挥，还会造成浪费。例如房屋外墙四角是容易损坏的部位，其构造柱的设计一般应加强，若其余部位的构造按照外墙四角的要求进行设置，将造成极大的浪费。

1.3构造柱截面设计时未考虑相连的小墙垛。虽然小墙垛通过拉接筋与构造柱相连接，但实际上这部分小墙体很难发挥有效作用，并且施工也不方便.所以设计时应该把两者合二为一。

2从屋面梁配筋数量方面对安全问题进行控制与管理

2.1屋面梁配筋太少。结构建模时，设计人员图方便，屋面梁直接拷贝下层梁的尺寸。由于屋面梁荷载较小，计算结果配筋不多，这样屋面梁在温度变化、混凝土收缩和受力等作用下因配筋率过低而裂缝宽度较大。

2.2受扭屋面梁缺少必要的腰筋。对于一般的梁，为了保持钢筋骨架的刚度，同时为了承受温度和收缩应力及防止梁腹出现过大的裂缝，一般构造措施为梁腹板高度大于450mm时加设腰筋，其间距不大于200mm，然后拉筋勾连。对于受扭构件《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第10.2.5条第二款规定，其纵向受力钢筋的间距不应大于200mm和梁截面短边长度。对于设置悬挑檐口的屋面梁，在结构设计中误等同一般梁，未按受扭构件设计配筋。

2.3楼层平面刚度一些设计在缺乏基本的结构观念或结构布置缺乏必要措施时，采用楼板变形的计算程序。尽管程序的编程在数学力学模型上是成立的甚至是准确无误的，但在确定楼板变形程度上却很难做到准确。作为计算的大前提都无法“准确”，就不可能指望其结果会“正确”了。据此进行的结构设计肯定存在着结构不安全成分或者结构某些部位或构件安全储备过大等现象。为了使程序的计算结果基本上反映结构的真实受力状况而不至于出现根本性的误差，设计时应尽可能将楼层设计成刚性楼面。

3从高层建筑整体设计方面对安全问题进行控制与管理

3.1高层建筑结构平面及立面形式的选择。在高层建筑结构设计中，应尽量使建筑的三心（几何形心、刚度中心、结构重心）尽可能汇于一点，达到三心合一。如若在结构设计中没有做到三心合一，由此就会产生扭转问题。扭转问题就是结构在水平荷载作用下发生的扭转振动效应。扭转振动效应在风载等水平荷载载荷情况下会对结构产生危害，为避免其危害应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一，所以平面和立面形式的选择很关键。高层建筑的平面宜采用简单、规则、对称的形状，避免过于复杂的平面形式，大量震害的资料表明，高层建筑物平面布置不对称、过多的外凸、内凹等复杂形式都容易造成震害。

3.2高层建筑结构设计中的侧移和振动周期问题。高层建筑结构设计中的侧移和振动周期建筑结构的振动周期问题包含两方面：①合理控制结构的自振周期；②控制结构的自振周期使其尽可能错开场地的特征周期。

3.2.1结构自振周期。高层建筑的自振周期（T1）宜在下列范围内：框架结构：T1=（0.1～0.15）N；框-剪、框-筒结构：T1＝（0.08～0.12）N；剪力墙、筒中筒结构：T1=（0.04～0.10）N；N为结构层数。结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内：第二周期：T2=（1/3～1/5）T1；第三周期：T2=（1/5～1/7）T1。

3.2.2共振问题。当建筑场地发生地震时，如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近，建筑物和场地就会发生共振。因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期，通过调整结构的层数，选择合适的结构类别和结构体系，扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别，避免共振的发生。

3.2.3水平位移特征。水平位移满足高层规程的要求，并不能说明该结构是合理的设计。同时还需要考虑周期及地震力的大小等综合因素。因为结构抗震设计时，地震力的大小与结构刚度直接相关，当结构刚度小，结构并不合理时，由于地震力小则结构位移也小，位移在规范允许范围内，此时并不能认为该结构合理。因为结构周期长、地震力小并不安全；其次，位移曲线应连续变化，除沿竖向发生刚度突变外，不应有明显的拐点或折点。一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型;框架结构的位移曲线应为剪切型；框-剪结构和框-筒结构的位移曲线应为弯剪型。

四、结束语

建筑结构设计是个系统、全面的工作，其中安全的问题一定要引起重视，一个微小的差距也会造成大的影响。设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，处处反映出对于安全的重视，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计，最终达到最好的效果。

参考文献：

[1]赵琳，杨林.对现代建筑结构设计安全问题的反思[J].中国科技财富，2010（2）

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关键词：建筑结构；设计；教学；改革

一、工程施工案例教学

在建筑的结构设计上要严格按照《建筑混凝土结构技术规程》执行，据学生反映，规范中的知识要点在学习的过程中较难理解掌握，与实施中的实体较难互相联系起来，学生缺少整体观，目前所掌握的只是对拆分开的单体构件设计技能，对建筑整体的设计目前还处于思路模糊状态。

为了改变现状，我们将采用教学与实体工程相结合的教学模式来授课。比如，在“框架与剪力墙结构设计”这一课中，我们选用一个建筑中的框架剪力墙作实际案例分析教学，避免产生以前教学时内容空洞乏味的现象。引用实物，通过参照实体分析柱网的布置、剪力墙的数量、剪力墙的类型、墙体的单元划分、简图的计算、总框架的确定等系列专业知识要点，让学生的自我理解与规范条文相融合，逐步理解应用，让学生分清在不同的抗震条件下相关内力的组合要点以及与其相匹配的设计系数。通过这种模式的授课，帮助学生建立对结构设计的整体思路以及工程概念，同时也对规范条文内容有一定的自我理解。这种教育模式将抽象的知识内容与实体对应联系，大大减轻了学生在认知方面的负担，有效提高了学习效率。

二、汇总多门学科知识、交融式教学模式

建筑结构设计专业有学科范围广、涉及学科多的特点，要求该专业的学生构建全方位、多学科的专业知识体系。根据此特征，该专业老师在教学的过程中应做到以下几点。

首先，老师要给予细心的指导，让学生了解该课程与该专业的联系与作用，让其能对学习中的重点及难点进行合理安排，重视自我的基本的专业素养，尤其是制图、立体构成相关专业课程的基础学习。抓好学生对建筑力学、建筑结构和建筑材料在形态上的关系感悟，重视造型设计的韵律、节奏、结构与变化的呼应处理的同时，在建筑结构设计的课程中穿插建筑艺术美术类的课程。想要成为一个优秀的设计师，就必须在基础知识积累方面下功夫，艺术素养的培养是我们必须要做的，与此同时融入建筑历史、建筑文化知识，提升学生专业素养的全方位性。但是众多学科知识交融讲授，必定导致学生所学知识内容混乱，这就要求老师在授课时为学生理清思路，通过“并联式”“串联式”这两类知识结构一起搭建。

三、图纸、模型实践、反馈教学

依据专业特点，教师及高校可以在学生完成图纸绘制后，采用模型展览的方式来收集、采纳参观者的意见，让学生的作品在反馈中得以提高。第一，可以通过打印或制作图册将学生的设计方案图、计划施工图进行展示，或将作品形成三维效果图，在班级内、年级内或全校@开展设计作品展，从而达到有效提高学生学习热情的目的。第二，还可以在模型制作中加入灯光、局部环境规划等环节，在提升模型整体效果的同时，加强与其他课程间的联系。不同主题、不同规模的展览会，极大地激发了学生的创作欲望，在展览中与好作品互相学习、竞争，逐渐形成阶段性成果，此类成果也是社会及其他相关单位、人员了解学校教学能力、学生创作能力的平台，为学生的毕业就业奠定基础。教师则可以将展览过程中出现的问题进行分类并总结经验，在以后的教学工作中持续改进。

教学的改革为建筑结构设计课程带来了新的尝试，总结了有益经验，对以往的单向授教方式造成了一定冲击，最终完成从以教师为主导到以学生为中心的教学转变，不但对学生的理论知识吸收有促进作用，在学生综合能力提高上也成果显著。

参考文献：

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【关键词】高层建筑；结构设计；问题；对策

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

前言

近几年来，随着人们对住房面积和建筑审美的需求，城市中的高层建筑越来越多，其结构越来越多样化，相应的高层建筑设计也就越做越复杂。高层建筑结构设计与多层建筑结构相比较，结构设计与建筑施工的其他工作相比占有更重要的地位，不同结构体系在细节设计中都有不同的设计特点。一个合格的高层建筑结构设计不仅仅是要保证高层建筑的安全，而且还要保证建筑结构的合理性和经济性。在高层建筑结构设计中，高层建筑应该做到结构功能同外部条件相一致，结构的功能要与经济性相协调。为了更好地做好结构设计，应当用概念设计来检测计算设计的合理性。其中结构计算的主要指标有周期、周期的扭平比、剪重比、位移比等，这些指标都应当满足高层建筑结构设计的规范要求，还要注意高层建筑构造设计的细节问题。

高层建筑结构设计的特点

2.1高层建筑结构设计中的水平力

在多层建筑的结构设计里，通常是以重力为主要代表的竖向荷载来控制结构设计。但是，对于高层建筑来说，即使竖向的荷载依然是建筑结构设计中的一个非常重要的因素，但是起着决定性作用的却是水平荷载。这是由于建筑的自身重量与楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力与弯矩的数值，其值的大小仅与建筑高度大小成正比；而水平荷载对建筑结构产生的倾覆力矩，以及在竖向构件中所造成的轴力，与建筑物的高度大小的平方成正比。并且对于一定高度的建筑而言，竖向荷载的大小基本上是一个定值，而水平荷载的数值是随着结构动力性的不同而有一定的差异的。

2.2结构侧移是结构设计的控制指标

在高层建筑结构设计中结构侧移是其关键因素，这一点是与多层建筑不同的。随着建筑物层数的增加，水平荷载下结构的侧移变形问题变得越来越严重，对于水平荷载作用下的侧移应当控制在一个特定的限度里。

2.3抗震设计要求高

高层建筑结构设计的抗震设防设计除了需要考虑竖向荷载和风荷载以外，建筑结构还必须具备较好的抗震能力，在结构设计中应当做到小震不坏、大震不倒。

2.4轴向变形

在高层建筑中，由于竖向的荷载数值非常大，可以在柱中产生非常大的轴向变形，因而会使连续梁中间支座处的负弯矩值的大小变小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值的大小增大；还会在一定程度上影响预制构件的下料长度，根据轴向变形的计算值的大小，对下料长度进行相应的调整；另外还会影响到构件剪力和侧移。

2.5结构延性

与低层建筑与多层建筑相比，高层建筑的结构更柔一些，当出现地震的情况，高层建筑的变形会更大一些。为了使高层建筑在进入塑形变形阶段以后仍然具备较强的变形能力，为了避免建筑倒塌，应该特别需要在建筑构造中采用恰当的方法，以保证高层建筑的结构具有一定的延性。

高层建筑结构设计的基本要求

基础设计在设计的时候应当最大限度地发挥出建筑地基的潜力，在必要的时候还可以对地基变形进行验算。基础设计应该有详尽的地质勘探报告，在一般情况来说，同一个结构单元最好不要采取两种不同的基础类型。

在高层建筑构造设计中，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境以及施工条件等情况进行整体分析，并且要与建筑、水、电、暖等专业进行充分协调，同时在此基础之上对建筑结构进行选型，确定结构方案，在必要的时候还应该对多方案进行比较、择优。

在高层建筑构造设计中，为了保证建筑结构安全应当选择恰当的计算简图。计算简图中应当有相应的建筑构造措施作保证。实际的建筑构造节点一般不可能只是纯粹的铰接点或刚接点，但是必须要与计算简图的误差在构造设计的许可范围之内。

在高层建筑构造设计中，要坚持“强剪弱弯、强柱弱梁、强压弱拉”的原则；要注意构件的延性；注意钢筋的锚固长度；加强薄弱部位；把温度应力的影响考虑在内。

在高层建筑构造设计中，考虑均匀、规整、对称的原则；考虑抗震的多道防线；避免出现薄弱层。

高层建筑结构设计的问题及对策

4.1结构的超高问题

在有关抗震规范以及高层规程中，对于建筑结构的总高度有着明确、严格的限制，特别是在新出台的规范中，针对以前的超高问题，不仅仅将原来的高度限制采用A级高度之外，还增加了B级高度，无论是处理措施还是设计方法都有了不少改变。而在实际的建筑工程设计中，有过由于未考虑结构类型转变的问题，致使施工图在审查时没有通过，要求必须重新调整结构设计或者召开专家会议进行进一步论证的案例，这对建筑工程的工期、造价等方面的影响非常大。因此，在高层建筑构造设计时必须严格按照相关规定，控制建筑总高度，以避免不必要的损失。

4.2短肢剪力墙的设置

根据新规范的相关规定，把墙肢截面的高厚比在4到8之间的墙定义为短肢剪力墙，经过大量的实验数据以及实际工程经验，对于短肢剪力墙在高层建筑中的应用添加了非常多的限制，所以，在高层建筑构造设计中，结构设计工程师应当尽可能少地采用最好是不采用短肢剪力墙。

4.3嵌固端的设置

现在的高层建筑通常都配置两层或者两层以上的地下室和人防，嵌固端一般会设置在地下室的顶板上，也有可能是设置在人防的顶板上，所以，在嵌固端的设置位置这个问题上，结构设计工程师通常会忽视由于嵌固端的设置问题所带来一些需要注意的地方，例如：嵌固端楼板的设计、在结构整体计算时的嵌固端的设置、嵌固端上下层的刚度比的限制、结构抗震缝的设置与嵌固端位置的协调性、嵌固端上下层的抗震等级的一致性等问题，如果忽视其中一个方面就极有可能导致在后期设计时的工作量全部放在结构设计的修改上，甚至是为建筑的安全埋下伏笔。因此，在高层建筑结构设计中应当把与嵌固端的设置相关的问题考虑进去，以免设计后期的麻烦。

4.4高层建筑结构的规则性

新出台的规范在高层建筑结构的规则性上与以前的规则有较大的不同，新规则在这方面增加了比较多的限制条件，不像以前那么宽松，例如：嵌固端上下层的刚度比信息、平面规则性信息等内容，并且，新的规范还采用了强制性的条文明确规定：高层建筑不应当采取严重不规则的结构体系。所以，结构设计工程师必须严格注意新规范中的这些限制，以避免在后期施工图的设计工作中形成被动的局面。

总结

近几年来，我国的高层建筑的建设步伐越来越快。为提高结构设计的质量，结构设计人员应当不断地学习，提高自身能力，吸取以往设计失败的教训，结合建筑施工实践，通过工程经验的积累，并精心设计才能做出安全、先进、经济的高层建筑的结构设计。

【参考文献】

[1]胡丽荣.概念设计在建筑结构设计中的应用意义[J].黑龙江科技信息,2010,6(27):90-92.

[2]包乐琪 郭玉霞 陈绪坤.概念设计在建筑结构设计中的应用[J].科技致富向导,2011,5(14):69-71.

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关键词：绿色建筑；结构设计；原则；措施

中图分类号：TU2文献标识码： A

近年来，城市雾霾、温室效应等影响人类居住的生态危机进一步加剧，这给正在快速发展的城市敲响了警钟，人们对城市未来发展方向也有了更多的思考，此时，提出了绿色建筑这一概念。从绿色建筑的设计风格和方法探讨到绿色建设中生态影响的计算，从各种建筑材料对环境影响的绿色分类到不同绿色建筑评估指标系统的分析，绿色建筑作为第三代建筑思潮正涌动在建筑设计界。相比于此，建筑结构设计对“绿色”的响应就没有那么激烈，这符合了结构设计师的沉稳性格。但面对现今的社会和生态，可持续发展、节能减排的绿色建筑结构是必然的发展趋势，需要更多的人加以关注并投入研究。

一、绿色建筑结构设计的特点

绿色建筑与其他一般的建筑有明显的不同，主要有节能性、审美和谐性、系统综合性、健康性和环保性五大特性，而绿色建筑结构设计也应符合绿色建筑的这些特点要求，要求结构设计最大程度地辅助绿色建筑本身达到节能减排、环保的目标。绿色建筑结构除了上述绿色建筑特点要求外，还应结合结构设计的两个重要特性，安全性和经济性。

1.绿色建筑要体现节能的特性

据相关数据统计，与建筑相关的能耗，比如建筑构造产生的能耗、暖通工程、电气工程等方面约占总能耗的一半左右，如此高的建筑能耗成为推动绿色建筑发展的主要因素。因此，节能设计在现代绿色建筑设计中占据了主要地位。

2.绿色建筑要体现环保的特性

绿色的含义就是体现了其环保的特性，以减少对环境造成的污染为主要研究对像。在绿色建筑结构设计中要充分利用建筑结构类型、绿色环保材料，在建筑物建成后，能够长期的保持其环保的特性。

3.绿色建筑要保持经济可持续性

建筑如果过分追求外观，不考虑强制使用高成本的某种结构体系带来的经济问题，那么这样的建筑势必给社会和人民带来过重的负担，违背了绿色建筑的节能环保、经济适用的原则。为支持起绿色建筑的这一目标，绿色建筑结构也具备经济性和可持续性。

二、绿色建筑结构的设计原则

根据建设的实际需要和人们对绿色建筑追求，设计理念随之不断提升，建筑的结构形式是丰富多彩的，高层建筑结构形式更是复杂化、多样化，绿色建筑结构概念更加清晰，结构形式也越发多样，其中绿色高层建筑结构的设计方式也逐步成熟。相比一般建筑结构设计，绿色建筑结构设计应遵循建筑结构整体性原则、合理适中原则、尊重自然原则等。

1.结构整体性原则

绿色建筑设计应把自身当做一个开放的体系与自然界构成一个整体，应追求环境效益最大化，局部利益应当服从整体利益，暂时性利益应当服从长远利益。在绿色建筑结构设计中，应与建筑设计构成一个有机整体，结构充分符合建筑的整体效应。绿色结构可以使绿色建筑达到设计的各项目标。如绿色建筑招商局的南海意酷的屋项实现拔风目标对屋顶结构的要求，又如华南理工大学图书资料的夏式遮阳（由夏昌世先生设计）要求窗体附近结构如何处理等等。

2.合理适中原则

绿色建筑结构遵循合理适中的原则，合理的结构体系，适中的经济成本，这些要求也是对结构具备绿色特性的表现。如果结构体系富余度大，势必造成过多的建设成本，对社会形成了过多的资源浪费，无法达到节能的效果，就谈不上绿色了。所以绿色结构是在保证结构安全性的情况下合理的节省资源消耗，特别是对自然依赖性较强的资源。

3.尊重自然原则

绿色建筑的显著特点就是能够与环境完美的相融合，使二者和谐统一。建筑结构设计中优先考量自然、生态，改变过去人类是自然中心的错误意识，尊重自然法则，维护生态平衡，注重生态环保。建筑结构设计中每一步都应力求做到与环境和谐统一，因为建筑本就取之于自然，所以最终必定会回归到自然中去，这也是第三代建筑思潮的核心。

三、绿色建筑结构设计具体措施

1.绿色建筑结构选型

结构选型对于绿色建筑的呼应可以发生在更高的层面上以确保建筑在与自然共生条件下的可持续建造性。事实上，一个基于绿色设计的结构体系相比传统建造体系可以极大减轻建筑活动对环境负荷的压力，同时结构选型在建筑生命周期的规划中可以承担非常积极的角色。正确的结构选型能有效地形成环保节能的结构体系，为绿色建筑提供“健康的骨骼”。绿色建筑结构选择正确的选型是关键。

2.选择绿色结构建材

绿色建材是绿色建筑各项功能目标实现的基础支撑，对绿色建材的选用很大程度上决定了建筑的绿色程度。同样选择绿色结构建材形成的结构设计方案更加有效产生绿色效果。绿色结构本身材料应为绿色建材，具有可持续发展的潜力，从而确保建筑可持续发展，同时绿色结构的构成单元具有可代替性，即当结构出现缺陷时，能及时方便有效地更换，因而结构的使用年限得以延长，同时维修的频度和造价大大降低[2]。

3.重点开发钢结构的绿色性

钢结构拥有其他结构类型所不具备的优秀特点，可以成为绿色结构的重要结构类型。力学性能清楚，抗震性能好，钢材延性好，耐久性好，这使得能利用钢材塑性变形耗能，建筑震害少、震害轻；钢结构建筑自重较轻，减轻地基受力。节能、节水、环保、减排、安装简单、建设工期短，运输过程中对环境污染小，易拆除，可重复利用、材料可循环利用等优点，符合了绿色建筑的要求。综上所述，钢结构具有轻、快、好、省的优点，目前是绿色建筑最佳的结构形式，应重点开发钢结构的绿色性。

4.开拓创新，开发新的绿色结构设计软件

当今，科学技术突飞猛进，绿色建筑的兴起，对结构计算的要求也越发复杂，结构设计理论和程序有时达不到设计要求，需要高新科技设计软件来完成设计。由于力学模型比较复杂，难以精密计算结构构件的受力情况，或对绿色建筑结构目标的效果分析无法精确，则绿色结构得不到保证。这就需要重新开发新的设计软件，使结构设计达到进一步完善。

四、工程案例分析

法兰克福商业银行，在这个欧洲第一栋生态高层建筑的项目招标书中业主明确提出应创造出“与使用功能的价值同样重要的建筑使用环境”，要求设计师在规定的三角形基地内保证所有银行员工在办公区均能欣赏到大楼中的空中花园。法兰克福银行大楼首创的角筒―错层空腹桁架结构体系，它取消中央核心筒而代之以建筑平面角区处的三个竖向角筒，大楼的整体空间形式因此改成在三角形大楼的每一侧都由每8层办公楼区之间加插一4个层楼净高的空中花园所组成，而大楼三面的空中花园都是按顺时针方向往上盘旋错层相接来设置，每一层的任何位置，办公人员都可以抬头欣赏到绿色花园。这就是绿色建筑结构选型，正是对绿色设计目标的执着追求，史无前例地设计出这样的一种绿色结构体系。现代建筑许多经典高层结构体系出现，但很多都无法达到生态绿色的效果，这值我们在结构选型关注和思考。

五、结语

总而言之，绿色建筑结构设计是绿色建筑的重要组成部分，是今后结构设计的必然发展趋势。建筑结构设计者要遵守相关规范下，具有与时俱进的思想，不断探索更新设计理念，开创新的技术，建立绿色建筑结构体系。绿色建筑结构是建筑业可持续发展的又一核心，是绿色建筑的有力保障。

参考文献

[1]牛萌.浅析绿色建筑结构特征及我国绿色建筑发展[J].工业设计，2012（02）.

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关键词：高层建筑；结构优化；设计；分析

中图分类号：TU208文献标识码： A

引言

随着国民经济的快速发展，加上科学技术的不断进步，我国高层建筑行业取得了重大的突破。越来越多的高层建筑对我们的设计提出了新的课题，节约成本降低造价成为开发商必谈的话题，因此结构优化成为我们设计师面临的新课题，高层建筑结构设计是否合理，不仅仅影响到高层建筑安全性，而且还直接影响到高层建筑的工程造价。本文主要研究高层建筑结构设计原则，探讨高层建筑结构设计问题与策略，为设计单位在高层建筑结构设计方面的进一步开展提供借鉴。

1、高层建筑的结构设计原则

1.1、确定合理基础方案

针对高层建筑而言，基础设计，主要根据高层建筑的地质条件决定，确定合理、科学的基础设计，结构设计人员必须掌握高层建筑的荷载分布、选择正确的结构类型，确定具体施工方案，对建筑工程的各类条件进行综合分析后，方可确定合理基础方案。

1.2、确定合理计算模型

针对高层建筑结构而言，计算模型应传力明确，抗震体系合理，若计算模型不合理，极易导致结构设计不合理，进而导致一些不必要的安全问题。所以，高层建筑结构设计必须在满足安全基础上，确定合理计算模型。

1.3、确定合理计算工具

随着信息化技术的不断发展，计算机技术在建筑结构设计中被广泛运用，信息技术为高层建筑设计提供越来越多不可估量的作用，各种计算软件层出不穷。所以，建筑结构设计人员，必须全面掌握计算软件优缺点，熟悉使用条件、使用范围，确定合理的计算工具。

1.4、确定合理的构造措施

针对高层建筑结构而言，结构设计满足符合“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉”的设计原则，确保薄弱部位的强硬，合理确定钢筋锚固长度，提高构建延性性能。

2、高层建筑结构设计的控制因素

2.1、风荷载

高层建筑和超高层建筑的设计中，对风荷载的严格控制是至关重要的，特别是对于超高层建筑。例如：高度超过百米的高层建筑，风荷载的设计除了按照当地有关规定外，还必须由专业的风洞试验室进行风荷载的试验研究，以探求该高层建筑准确的受力状况。

2.2、地震力

目前，地震区的建筑设计与施工都必须考虑地震力的影响，正确选择高层建筑的抗震等级，合理的采用构造措施，对于高层和超高层建筑来说非常重要。

2.3、地基基础

地基是高层建筑设计首先要解决的问题，地基的天然条件决定了高层建筑运用何种方式进行地基处理。例如，山东菏泽属于中软弱地基，地基条件较差，在小高层建筑中多数采用复合地基，高层建筑多数采用桩基；而新加坡来福士城的高楼群，则由于地下地质条件好，在进行地基设计时采用了筏性基础。以上实例都是地基单一设计型的案例，但是在很多时候，需要根据当地的地基条件采用不同的基础方案，把这些基础方案进行比较和结合，选择一个安全可靠、经济合理的组合方案运用到地基建设中。

3、高层建筑结构优化探讨

3.1、将概念设计和细部结构设计进行优化

所谓概念设计实际上也就是指一些没有具体的数值来进行量化的指标，包括地震裂度以及其本身的不确定性等，因此在进行设计计算的时候难免会和现实产生较大的差别，正是在这样一种背景下我们才需要在对这样一种指标进行设计和确定时选择使用概念设计的方法，将数值仅仅只是作为辅助或者是参考的依据来进行。在这样一种设计的过程当中更为强调的就是设计人员本身的灵活性以及应用结构设计优化方法的能力，这样良好的结合才能够真正实现效果上的最优化。因为细节是构成整体的单位，所以对各种设计细节的严格管理，也就可以实现整体的功能的有效发挥，因此，在建筑结构设计的施工过程中，应该重视对建筑细节的处理。

3.2、将抗震构造以及框架梁设计进行优化

为了进一步提高城市高层建筑结构设计的安全性以及稳定性，建筑结构设计单位在高层建筑结构设计方面做出了重大的努力，取得了重大的突破，高层建筑结构安全性以及稳定性水平得到进一步提升。但是由于我国的建筑物抗震标准较低，在抗震与构造方面，很难处理好结构设计与抗震烈度之间的关系。为此，在实际的高层建筑抗震与构造设计中，抗震与构造设计需要有一定的弹性，这样才可以满足高层建筑结构设计安全性以及稳定性要求。举例来讲，中震烈度的重现期是475年，被超越率是10%;大震的重现期约为2000年，被超越率是2%。我国建筑构造规定的安全度及抗震计算方法也相对较低，且在轴压比、配筋率以及梁柱承载力匹配程度等抗震延性的相关规定也不够严格。结构设计造价在建筑整体投资之中比例的减少也应给予重视，尤其是在高烈度区域应有严格的抗震方法以及构造措施来保证建筑物结构的稳定性与安全性。另一方面，在实际的高层建筑结构设计过程中还需要进一步解决与框架柱和剪力墙相连的框架梁设计问题。就高层建筑结构的截面设计而言，竖向变形差过大通常会导致与框架柱和剪力墙相连的框架梁出现超筋现象，进而影响到框架梁截面设计。

框架梁端部竖向变形差所引起的剪力和固端弯矩的计算函数式如下:

其中，MAB/MBA为框架梁固端弯矩;QAB/QBA为框架梁端剪力;Δ为框架梁端部竖向变形差;Ib为框架梁截面惯性矩;I为框架梁计算长度。

3.3、对建筑结构中抗侧力体系进行优化

现代高层以及超高层建筑的安全性可靠性保证通常会受到结构的抗侧力体系影响，合理的抗侧力体系能够保证其安全性。因此在对建筑结构的抗侧力系统选择时应当注意：

3.3.1、建筑的高度是结构体系选择的主要影响因素，通过结合实践可以总结如下规律：对于建筑高度同结构的抗侧力体系选择，当建筑物高度小于100米时，通常采用框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构作为抗侧力体系；当建筑物高于100米低于200米时，通常采用剪力墙结构、框架-核心筒结构作为抗侧力体系；而当建筑物高度在200-300米之间时，通常采用框架-核心筒结构、框架-核心筒-伸臂结构作为建筑物的抗侧力体系；建筑物高度在300米-400米之间时，框架-核心筒-伸臂结构以及筒中筒结构是常见的抗侧力体系；而建筑高度高于400米低于600米时常用的结构抗侧力系统为，筒中筒-伸臂结构，巨型框架/桁架/斜撑结构、组合体结构。

3.3.2、在建筑的设计上，应尽可能地确保结构抗侧力构件相互联结、组合为一个整体。

3.3.3、对于建筑中采用了多重抗侧力结构体系的具体实际情况时，应综合分析每种结构体系在建筑设计中的效用，对各自的贡献度有合理的估计和评判。

4、结语

建筑是凝固的艺术，建筑师总是希望通过建筑物表达自己的设计意图，力求艺术性和实用性的完美结合。结构师在保证安全性的前提下，当然应该敢于挑战新的结构形式，使建筑师的意图得以实现。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

参考文献：

[1]陈耀.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].福建建材,2011,04:36-37+39.

[2]邵永玻.高层建筑混凝土结构优化设计的探讨[J].门窗,2012,07:151+160.

篇9

关键词：建筑结构设计；要点；案例

中图分类号：TU2 文献标识码：A

引言

建筑行业的发展，对经济的发展和社会的进步起到了积极的促进作用，改善了人们的生活环境，同时人们需求的增长对建筑的结构设计提出了新的要求。在建筑的结构设计中存在各个方面的问题，需要进行解决和合理设计，因此要加强对建筑结构设计工作的重视，积极的提高设计的水平，为人们提供更加舒适的生活环境，进而推动建筑行业的可持续发展。

1 建筑结构设计要点

高层建筑结构设计主要是指在满足安全、适用、耐久、经济和施工可行的要求下，按有关设计标准的规定，对建筑结构进行总体布置、技术经济分析、计算、构造和制图工作，并寻求优化的过程。建筑结构的设计特点主要可以分为以下几个方面:

1) 水平荷载是决定因素。水平荷载对高层建筑结构具有重要的作用，也是高层建筑结构设计中所主要考虑的因素。在高层建筑中，由于竖向荷载所引起的轴力与建筑高度的一次方成正比，而水平荷载所引起的倾覆力矩及竖向构件的轴力与建筑高度的二次方成正比。由此可见，随着高层建筑高度的不断增加，这个值也会随之逐渐增大，对建筑结构的影响也必然会越来越大。

2) 结构延性成为重要设计指标。延性主要是在高层结构抗震设计中采用的，结构延性主要是指材料的结构、构件或构件的某个截面从屈服开始至达到最大承载能力或达到以后而承载力还没有显著下降期间的变形能力。随着荷载的不断增加，受弯构件受拉位置的混凝土就会出现裂缝的情况，严重的还有可能导致构件被破坏。

3) 轴向变形也同样很重要。轴向变形在结构设计中也是不容忽视的。高层建筑中所涉及到的竖向荷载值往往都比较大，很容易引起柱中的轴向变形，从而对连续梁弯矩产生一定程度的影响，同时还会影响到预制构件的下料长度。因此，建筑设计师一定要对此给予高度的重视。

2工程概况

广州某综合楼和饭堂用地面积为8970平方米，实际用地面积为11200平方米。依照项目的规划设计，将两栋楼建成后形成一个整体性的结构体，将采用框架式现浇混凝土结构，其中办公楼高6层，饭堂高4层。

3屋盖及楼盖结构设计

本项目结构类型采用现浇框架结构，抗震等级框架三级。为了有效地保证结构的整体受力性能，控制楼板裂缝，除特殊部位采用轻钢结构外，其余楼（屋）盖均采用现浇钢筋混凝土楼（屋）盖。结构布置合理，整体抗震性能良好，又能很好的满足建筑造型和使用功能的需要。同时为了满足房间内不露梁以及单元内房间可灵活分隔的建筑设计意图，部分楼板采用了跨度较大的异形楼板；

地下车库和锅炉房的屋盖及楼盖结构均采用现浇钢筋混凝土梁板结构。地下车库的顶板为人防顶板，上覆3.0m厚的回填土，荷载很大，采用加设次梁的梁板结构，以减小楼板的跨度和厚度；梁采用反梁形式，以满足建筑空间净高的要求；人防地下室的顶板厚度为250mm，以承受核爆动荷载的作用，并对早期核辐射进行防护。

4钢筋混凝土构造要求

构造要求在结构设计中起着重要的作用，其实保障结构设计的基础。在钢筋混凝土结构设计中，其构造要求包括混凝土保护层，钢筋锚固长度等，现将分别深入展开探讨。

（1）混凝土保护层。纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋，其混凝土保护层厚度（钢筋外边缘到混凝土表面的距离）不应小于钢筋的公称直径，且应符合混凝土设计规定要求。但值得注意的是，对于以下基层情况，其保护层的取值应特别留意。1）基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40mm；当无垫层时不应小于70mm。2）板、墙中分布筋的保护层厚度不应小于10mm；梁、柱中箍筋和构造钢筋的保护层厚度不应小于15mm。

（2）钢筋的锚固及搭接长度。钢筋的锚固长度除注明者外，对于钢筋直径大于25mm时，其锚固长度及搭接长度应乘以系数1.1。当钢筋在混凝土施工过程中易受扰动时，其锚固长度应乘以系数1.1。在任何情况下，钢筋锚固长度不得小于250mm。而对于施工中由于钢筋长度不足而需要搭接时，对于钢筋直径大于25mm时，搭接长度应乘以系数1.1。搭接长度按相互搭接钢筋的较小直径计算。在任何情况下，钢筋锚固长度不得小于300mm。

（3）钢筋接头宜优先采用机械连接，也可采用绑扎搭接及焊接。框支梁、框支柱及抗震等级二级以上的柱（含暗柱）的纵筋，抗震等级为一级的框架梁纵筋，抗震等级三级的框架底层柱，均应采用机械连接。其余接头，也可采用绑扎搭接和等强对焊连接。对普通楼层梁，如未注明，当钢筋直径≤28mm时，可采用绑扎搭接。另外对于受拉钢筋的直径>28mm及受压钢筋的直径>32mm时，不应采用绑扎搭接。钢筋接头位置的定取主要是考虑避免在构件受力部位进行搭接，结合设计实践，钢筋接头位置宜设在受力较小处，在同一根钢筋上应尽量少设接头；尤其是受力钢筋接头位置应相互错开，当采用绑扎的搭接接头时，搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度。当采用焊接接头和机械接头时其连接区段的长度为35d（d为纵向受力钢筋的较大直径）且不小于500mm。

梁的底部纵向钢筋的接长，可选择在支座或支座两侧1/3跨度范围内，不应在跨中接长。梁的上部纵向钢筋可选择在跨中1/3跨度范围接长，不应在支座处接长。对于框架梁端、柱端及剪力墙底部应避免在节点核心区和加密区接头。当确不能避免时，须采用机械连接接头，且钢筋接头面积百分率不应超过50%。

（4）钢筋混凝土现浇板。板的底部钢筋伸入梁支座≥5d且不小于1/2梁宽，板式楼梯底板受力钢筋伸入梁支座≥15d，且不小于150。板的中间支座上部钢筋（负筋）两端设直钩，直钩长度应比板厚小15mm。板的边支座负筋一般应伸至梁外皮留保护层厚度，锚固长度如已满足受拉钢筋的最小锚固长度，直钩长度同另一端。如不满足时，此端加垂直段至满足锚固长度。当HPB235级钢筋时，端部另设弯钩。当边梁较宽时，负筋不必伸至梁外皮，按受拉钢筋的最小锚固长度或按图中注明尺寸施工。双向板的底筋短向筋放在底层，长向筋放在短向筋之上。角板应双向配置上部构造钢筋φ8@100，其伸出梁边的长度不应小于L1/4，（L1为单向板的跨度或双向板的短边跨度）。

5地下室设计

对于结构设计，尤其是超长结构设计必须考虑到结构缝（伸缩缝、沉降缝和防震缝）的设置。同样对于地上部分平面尺寸超出规范要求结构伸缩缝最大间距的建筑物，应在合适的位置设置伸缩缝或后浇带等措施来控制建筑物因温差产生的不利影响。由于地下室通过在合适的位置设置伸缩缝、后浇带、改善混凝土的性能及适当提高配筋率等措施，消除混凝土收缩及温度应力的影响。

地下室顶板每隔不超过55m设置永久性伸缩一道，缝宽100mm，上部结构按规范要求的间距45m设缝。屋面长度或宽度如超过35m，在房屋纵横向中间位置设一条800mm宽的后浇带。上述后浇带应在其两侧结构施工完一个月后，采用比相应构件部位混凝土强度等级高一级的微膨胀混凝土进行补浇。

本工程地下室部分采用甲类核六级人防平战相结合。人防地下室顶板厚250mm，非人防地下室顶板厚180mm，外墙板厚300~350mm，底板厚400mm。地下室面积较大，地下室顶板采用钢筋混凝土梁柱结构，考虑各种因素，地下室不设逢。在主楼与地下室之间设沉降后浇带，待主楼结顶后再施工。对地下室及结构单元长度超过规范规定的最大伸缩缝间距要求的部分，设置温度伸缩后浇带，待两侧混凝土达到强度后一个月以上封闭。

6桩基工程

本工程考虑桩基础，桩基拟采用先张法预应力混凝土管桩，其具有造价低，施工过程中质量易控制，施工工艺简单，施工工期相对较短，同时桩身质量容易保证等优点。鉴于本工程场地地质条件以及当地基础设计情况来考虑，本工程基础采用高强预应力钢筋混凝土管桩（PHC）桩基础，桩径φ400，基础持力层为全风化混合岩层或强风化混合岩，单桩承载力特征值为1200kN。对于地下水位较高，基坑开挖时，应采取妥善的降水、排水措施，加强井壁支护，防止井壁坍塌以及产生流泥、流沙，并应考虑降水对周围已建建筑物的影响。同时需要考虑工程地下水水质是否对混凝土具有弱腐蚀性，±0.000以下结构需按有关规范规程进行处理。

7结束语

综上所述，建筑结构设计是建筑工程的重要内容，对建筑物使用性能有很大影响。因此，应特别注意建筑结构设计问题。设计人员在进行建筑结构设计时，应从基本构件着手，理解建筑设计规范的要求，加强与其他专业的沟通和交流，总结经验教训，做好钢结构设计、地基结构设计，才能提高建筑工程的质量。

参考文献

[1]刘志伟,张晓新.建筑结构设计中需要注意的问题[J].科技创新与应用,2012(12).

篇10

【关键词】高层建筑 结构设计 地下室嵌固 嵌固层 嵌固水平位移法 弹簧刚度法

中图分类号：TU208文献标识码： A

引言

对高层建筑结构设计来说，地下室的嵌固作用十分重要。上部结构和地下室组成高层建筑的一个完整的承载力体系，它们之间形成共同的位移场，相互协调，相互约束。地下室外的回填土对水平位移有约束，对竖向位移和竖向转动起不到丝毫作用。高层建筑结构设计过程中，首要考虑的是确定嵌固端的位置，因为嵌固端的位置一方面影响着一些构件内力分配的准确性，一方面关系着结构产生位移的真实性，同时决定着结构局部的经济性。在进行高层建筑结构分析时，如果嵌固端计算不准确，会给工程带来浪费和危险；如果嵌固端是室外地坪，再加上地基回填土的约束力不够，那么极易造成实际测试值大于计算值；如果嵌固端为地下室底板，地基回填土的约束不予考虑，数据安全但误差大，这就造成了无谓的浪费。根据以往资料的研究显示，上部结构、基础和地基的协同工作也是地下室高层建筑必须注意的；地震作用下，结构侧移会随着地基回填土和地下室的作用而减小。

1 嵌固层的概述

嵌固层又称固定层，是一个坚硬、稳定的刚体，主要作用是可以牢固握裹住上部结构，以便限制上部结构在水平方向的平动位移和转动位移例如：旗杆下面的台座等，另外它还应该能够将全部或大部的上部结构的剪力传递给下部结构，同时还能满足竖向构件根部出现在上部结构竖向构件的塑性铰处。因此为了确保实嵌固端的形成，作为嵌固端的下部结构的侧向刚度必须具有足够的刚度一边满足要求。当前高层建筑结构设计中，我们最常见到的嵌固端是建筑物的地下室顶板作为上部结构的嵌固端这种形式。在实际的工程案例当中，每个工程的建筑结构都存在差异，项目的性质特点不同，选取地下室的性质各不相同，比如：地下室顶扳与室外地面的高差>1／3、地下室顶板上开设大洞口（工程特殊需要）等，这时如果还是选取地下室顶板作为嵌固端就会出现很多问题，因此需要我们根据实际工程情况需要调整嵌固位置，不能一味的把地下室顶板作为上部结构的嵌固层，如果地下室顶板做嵌固层还需要满足其它的条件和要求，这就是我们下面讲到的高层建筑结构设计中地下室嵌固端的选取原则也可以称作选取要求。

2 高层建筑结构设计中地下室嵌固端的选取原则

地下室嵌固端的选取对于高层建筑结构设计来说意义非凡。建筑结构设计中的嵌固端就是我们常说的固定端，顾名思义就是构件不允许发生任何的移动，但是设有地下室和没设地下室的高层建筑存在很大的差别。嵌固端的选择还会受到很多因素的影响如：地下室的多少、地下室的层高、地下室的大小等，带有地下室的高层建筑一定做好嵌固端的选取。一般设有地下室的高层建筑的嵌固端选择首层地下室顶板，具体地下室顶板能否真正成为结构嵌固端，还需要满足如下条件：（1）地下室顶板标高和室外地坪的高差相近，如果相差较大如半地下室的情况，首层楼面成为结构嵌固端或者固定端可能性几乎为零，但是若高差不是很大（在1-3级台阶高度范围内）可以考虑；（2）成为嵌固端的地下室结构的整体刚度和承载力都必须足够，如果出现地震情况，上部结构和地下柱底或者墙底分别进入弹塑性和塑性铰阶段，但是地下室结构仍然满足弹性的状态；（3）设计时注意不能设置成无梁楼盖，地下室顶板上边必须设梁，同时楼面框架梁要具有足够的抗弯刚度，楼板的厚度也应该达到设计的厚度要求，一般不宜小于180mm；（4）半地下室之所以不能成为嵌固端，是因为它的侧壁的侧限性达不到要求，通俗点讲就是与地球的接壤性不良，因此成为嵌固端的地下室顶板必须与地球具有良好的接壤；（5）混凝土的强度等级必须达到要求，至少是C30的，钢筋采用的是双层双向方式配置，配筋率至少达到0.25%才可以；（6）嵌固端的地下室顶板不允许出现大的洞口；满足这些条件的地下室顶板就可以成为高层建筑要求的嵌固端。

3 地下室对上部结构嵌固作用的主要分析方法

3.1 嵌固水平位移法

这种方法考虑整体（地下室和上部结构作为整体）情况，嵌固端设在基础底板的位置，不考虑回填土对地下室楼层侧向刚度的作用，假定其余部位的水平位移是零，为了确定上部结构地下室嵌固部位需要分别计算出地下和上部结构各楼层侧向刚度比大小。这种方法确定上部结构嵌固端，如何计算楼层侧向刚度比是最关键也是最主要的问题，而计算楼层侧向刚度比的方法常见的一般有三种：剪切刚度、剪弯刚度以及抗震规范中所建议的计算方法。这三种计算方法各有优势，含义也不尽相同，自然计算结果会有较大的差别和不同。通过利用第三种计算方法即抗震规范提出的计算方法再加上剪切刚度比的运用就可以估算地下室侧向刚度比，但是也有建议用第一种计算方法的即剪切刚度的，不同的计算方法结果也会不同。

3.2 弹簧刚度法

这种方法同第一种类似，也是考虑整体情况，利用弹簧刚度进行计算，不同之处它的嵌固端选择的是基础底板处，主要原理是引水平弹簧刚度至每层地下室楼板位置，回填土对地下室的约束作用的高低就是水平弹簧刚度值的大小。在实际的操作过程中，水平弹簧刚度值的确定存在一定困难，也就是这种方法确定高层建筑固定端有一定难度。地下室会受到回填土的约束，而约束作用的影响因素很多，情况复杂，很难确定。因此我们常用的有限元分析软件输入的是回填土对地下室约束作用的弹簧刚度比而非水平弹簧刚度的真实数值，以基础回填土对结构约束作用的刚度与地下室抗侧移刚度的比为基准，如果比值是零，表示基础回填土对结构无约束作用；如果比值是5以上，表示地下室无水平位移；从实际情况出发，比值是介于两者之间的情况较为常见，据详细研究统计，最合理的比值应该是介于2和4 之间。

4 结束语

从以上研究不难看出，高层建筑具有上部负荷大、基础埋设深等特点，因此如何选择合适的嵌固端的意义十分重大，地下室作为嵌固端直接影响建筑的质量和安全问题。因此，按照规定的要求原则选择地下室作为嵌固端至关重要。因为地下室的嵌固端选取还存在许多复杂的内部问题并且亟待解决，值得人们进行深一步的探讨研究和分析。只有更好的依据嵌固端的选取原则，设计准确的把握嵌固结构模型的计算方法并且进行详细的分析，才能更好的采取适当的措施，保证了建筑的质量经济和最终的安全。

【参考文献】

[1] 赵政文,葛阳.关于高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考[J].商品与质量・建筑与发展,2013,(9):671-671.

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[3] 柴玉定.关于高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(25).

[4] 蒋石峰.高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(12).