發(fā)布時間：2023-07-20 16:25:16
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的高層建筑結構設計規(guī)程樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
中圖分類號：TU973 文獻標志碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0054-01
由于社會以及科技的快速發(fā)展，高層建筑結構設計的優(yōu)化作為我國高層建筑工程設計管理中的重要一環(huán)，其主要的目標就是在于提升高層建筑的結構合理性和經(jīng)濟性。但是在我國高層建筑結構設計的優(yōu)化過程中還存在很多的問題，無論是管理體制方面還是在具體的實施過程中，都存在很多的不足之處，所以我們需要加強高層建筑結構設計的優(yōu)化工作，保證各個環(huán)節(jié)都能夠做到科學嚴謹、合理，從而使得高層建筑結構設計的優(yōu)化能夠得到最大程度的保障，為我國的經(jīng)濟發(fā)展做出應有的貢獻。而作為高層建筑結構設計的工程師，就應當肩負起自身職責，做好高層建筑結構設計的優(yōu)化工作。
1 高層建筑結構計算中要點與優(yōu)化策略
1.1 高層建筑結構計算中計算軟件選用的優(yōu)化
在利用結構處理時，需要按照實際情況選擇適當?shù)挠嬎丬浖M行處理，在選擇三維空間分析軟件時不能選取力學模型相同的，特別是在遇到受力比較復雜的情況下，譬如在對框支剪力墻進行分析的過程中，因為其產(chǎn)生了多次的變換，所以選擇軟件的過程中需要特別注意。同時在分析局部受力比較繁瑣的構件時，還需要根據(jù)分析的結果對配筋設計進行改動。
1.2 高層建筑結構計算中計算參數(shù)取值的優(yōu)化
（1）將抗震功能加入建筑結構設計過程時，需要考慮結構的平扭轉耦聯(lián)，將其加到結構計算的過程中，要保證振型數(shù)等于或者大于十五，多塔結構的振型數(shù)需喲大于或者等于九倍的原振型數(shù)，同時還需要保證振型參與質(zhì)量大于等于結構總質(zhì)量的90%，如果達不到這個要求，就會在后面的計算過程中出現(xiàn)較大的誤差，計算結果也不再具有參考意義。
（2）對高層建筑結構的內(nèi)力位位移計算時，如果只把考慮梁、柱等關鍵部位結構構件的剛度，而不計算非承重結構構件的剛度，那么最終測量計算出來的自振周期就會比實際測量的值大，這樣最終設計出來的結構受到地震的作用也會相對較小。特別是在設計框架結構過程時建筑的剛度很大，這樣就會導致，過多的實心墻體運用會使得整個周期實測值變??；運用剪力墻結構時，較少的磚塊使用量能夠保證墻體的剛度較小，這樣就能夠保證測量值和實際計算值之間的差距較小。因此在對建筑結構進行設計過程中，在考慮建筑結構的抗震性能時需要將非承重結構的剛度等因素考慮進去，使用數(shù)據(jù)時也需要結合非承重墻相關方面的數(shù)據(jù)，通過一定的計算進行相應的改動，但是現(xiàn)在很多建筑設計師在對結構設計進行改進時，通常都是利用軟件的默認值1.0，這樣就會導致很多有其他結構的建筑都會存在很大的安全隱患，抗壓抗震能力十分微弱。
2 高層建筑結構設計中的要點與優(yōu)化策略
2.1 高層建筑結構設計中梁柱構造措施的優(yōu)化
一旦當梁的腹板高度hW≥450 mm，在梁的兩個側面應該按照高度配置縱向安排鋼筋，每側縱向鋼筋的截面面積不應該比腹板截面積（bhW）的0.1%還要小，同時間距不應該比200 mm大。在實行抗震設計的過程中，框架柱應該達到剪壓比的需要，它的截面關鍵應該讓軸壓比來掌控。不過在結構設計里面常常會產(chǎn)生軸壓比μN達上限甚至超限的現(xiàn)象，但箍筋的體積配箍率ρV卻無法達到規(guī)程需要的狀況。這就違背了框架柱的強剪弱彎準則，同時對柱的延性產(chǎn)生了一定的作用。
2.2 高層建筑結構設計中過渡層設計的優(yōu)化
如果剪力墻結構設計在過渡層或者轉換層里面，比如底層框架剪力墻結構，這種結構在應對地震時能夠展現(xiàn)出最大的抗剪切力合抗傾覆力矩，而且這種結構不利于它在地震中的受力。而且，因為受到了垂直均勻荷載的作用，轉換層或者過渡層在受到剪力墻壓剪以及拉剪作用，結構的橫向荷載發(fā)生作用，會導致轉換層或者過渡層剪力墻結構受到的很像承載力減少，同時結構的抗裂性也會降低。通過實驗不難發(fā)現(xiàn)，一旦結構中的反復橫向荷載和垂直同時作用時，轉換層或者過渡層所受到的橫向荷載以及承載力就會減少很多?？墒侨绻凑掌匠５臋z驗和計算對其進行檢驗時，如果結構的垂直荷載或者結構高跨比較小時，那么最后估算出來的剪力墻承載力就會比較大，這樣會導致整個建筑的安全系數(shù)較低，抗震能力較弱。因此，在設計建筑結構轉換層或者過渡層時應該在每個結構部分里加入構造柱和圈梁，這樣就能夠形成一個類框架系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的抗震能力就得到了顯著提升，結構過渡層或者轉換層傳送剪切力更加靈敏，延展性等各方面的性能會大大增強，整個建筑會更加趨于安全。
3 結語
總而言之，由于我國社會主義經(jīng)濟建設的大踏步快速發(fā)展，我國正在進行的高層建筑結構設計的優(yōu)化，在高層建筑工程發(fā)展中慢慢體現(xiàn)出了極其重要的作用。在當前國內(nèi)外經(jīng)濟形勢的一片大好的發(fā)展背景下，加強高層建筑結構設計的優(yōu)化管理，有著非同尋常的作用。與此同時，通過對高層建筑結構設計的科學優(yōu)化，能夠促進投資成本在工程項目的質(zhì)量安全和環(huán)保節(jié)能等方面進行合理而均衡的分配，從而使高層建筑項目獲得更高的增值，并進一步推動我國經(jīng)濟建設以及城市化步伐的加快。而負責高層建筑結構設計優(yōu)化的相關人員，要對這些工作有充足的把握。在這種情況下，才會完成好高層建筑結構設計的優(yōu)化等一系列工作，進而保證高層建筑工程項目設計管理的順利進行。
參考文獻
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關鍵詞：高層建筑； 結構設計；
中圖分類號： TU97 文獻標識碼： A 文章編號：
1高層建筑結構設計體系需注意的問題
在高層建筑結構設計中，在設計體系的選擇上需要注意以下幾個方面的問題：
1.1在設計體系中要注意保證建筑結構的規(guī)則性
在高層建筑結構設計中有固定的規(guī)范作為依據(jù)，隨著我國建筑業(yè)的快速發(fā)展，高層建筑結構設計的規(guī)范也在逐漸更新，在現(xiàn)行的新規(guī)范中，對于高層建筑結構的規(guī)則性做了詳細的說明。例如：高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的結構體系。所以，建筑設計師要盡量保證建筑結構的規(guī)則性。
1.2在設計體系中要注意保證高層建筑的整體高度不能超高
在高層建筑的設計與建設過程中，并非越高越好，而應該根據(jù)抗震要求和實際需要設計高層建筑的整體高度。在目前的高層建筑設計與建設過程中，必須要充分考慮建筑抗震需要，并考慮高層建筑物的穩(wěn)定性，注意建筑物的高度要與地基和主體設計相配套，切不可盲目的追求建筑物的高度，而忽視了安全性和穩(wěn)定性。
1.3在設計體系中要注意選取合理的位置作為嵌固端
目前的高層建筑普遍設置了地下室和人民防空設施，對嵌固端的位置選擇可以設置在地下室，也可以設置在人民防空設施頂端，在嵌固端的選擇中，建筑設計師應該特別注意嵌固端選擇帶來的安全問題，應該既保證嵌固端剛度要求，又要保證嵌固端上下的抗震性能一致。除此之外，還要對嵌固端的整體結構進行設計計算。
1.4在設計體系中要注意根據(jù)實際設置短肢剪力墻
在高層建筑的設計體系中，短肢剪力墻的概念是墻肢截面高厚比為 5～8 的墻稱作短肢剪力墻。由于短肢剪力墻的作用比較特殊，在實際的高層建筑設計中應用的比較少，如果設置了短肢剪力墻，容易給后續(xù)設計帶來麻煩，所以，短肢剪力墻的設置要根據(jù)實際進行。
2高層建筑結構設計注意事項
在高層建筑結構設計的過程中，必須要做好結構計算和分析工作，要對結構的合理性和設計強度進行詳細的計算，用數(shù)據(jù)作為設計的重要依據(jù)。在高層建筑結構設計所執(zhí)行的新標準中，對于結構計算和分析做了不同程度的調(diào)整，對原有的結構計算和分析進行了有益的補充。因此，我們在高層建筑結構設計中，要合理運用新標準，并在以下幾個方面加以注意：
2.1要合理選擇高層建筑的結構形式
在選擇高層建筑的結構形式的時候，不但要考慮到建筑的美觀性，還要考慮到結構形式的選擇是否合理，是否符合整體的安全性和穩(wěn)定性的要求。在選擇的過程中，一定要執(zhí)行高層建筑設計的新標準和新規(guī)范，使高層建筑的結構形式符合平面規(guī)則。
2.2要合理設計高層建筑的總體高度
在上面的建筑設計體系中我們已經(jīng)對高層建筑的總體高度做了探討，在這里我們還要繼續(xù)明確這一點。高層建筑的總體高度除了要符合使用要求之外，還要符合高層建筑整體的安全性和穩(wěn)定性的要求，只有滿足這兩項要求，高層建筑的總體高度才是合理的。
2.3要做好高層建筑的地基與基礎設計工作
高層建筑和其他建筑物一樣，地基和基礎是關鍵，如果沒有堅固的基礎，高層建筑將無從談起。在地基與基礎設計的過程中，首先要對地質(zhì)條件進行充分的了解，其次要根據(jù)地質(zhì)條件選擇地基設計方法，最后要將地基與基礎設計工作與整體計算結合在一起。
2.4要做好結構件之外的普通構件的強度計算工作
在高層建筑中，除了主要結構件之外，還有一些在外墻及房頂上起到美觀作用的普通構件。雖然這些普通構件對整個建筑物不起結構支撐作用，但是由于風阻以及載荷等原因，需要考慮這些普通構件對建筑物的影響，因此需要做好普通構件的強度計算工作。
3高層建筑結構設計特點分析
在高層建筑結構設計中，要想做好設計工作，獲得滿意的設計方案，就必須對高層建筑結構設計的特點進行分析，把握其設計要點。通過多年的高層建筑結構設計發(fā)現(xiàn)，高層建筑結構設計具有以下特點：
3.1高層建筑的水平載荷是保證安全性和穩(wěn)定性的重要因素
高層建筑的水平載荷是結構設計中必須要考慮的因素，因為高層建筑與普通建筑不同，樓房的自身重量和樓房側面的載荷在樓房縱向的構件會引起軸力和彎矩的變化，這些數(shù)值變化都關系到高層建筑的水平載荷。只有處理好了水平載荷，在能有效保證高層建筑具有較強的穩(wěn)定性。
3.2高層建筑在結構設計中一定要防止出現(xiàn)軸向變形
在高層建筑結構設計中，除了要保證水平載荷外，還要控制好軸向變形，使軸向變形在可控的范圍之內(nèi)。由于高層建筑的縱向載荷較大，會引起主體立柱的軸向變形，如果軸向變形過大，將導致跨中彎矩與端支座彎矩變大，影響整體的結構的穩(wěn)定性和安全性，會造成一定程度的側移動。
3.3高層建筑在結構設計中必須要考慮側移的因素，并加以控制
除了以上兩個特點之外，在高層建筑結構設計中，我們還要避免產(chǎn)生側移。對于側移的危害我們都有了解，不但危害高層建筑的壽命，而且極大的危害了高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。所以，我們要充分考慮到高層建筑與普通樓房的差異，在設計中要充分考慮側移的因素，并加以控制。
3.4高層建筑在結構設計中要保證一定的結構延性
由于高層建筑的高度決定，高層建筑的整體結構要偏柔一些，一旦遇到地震，發(fā)生的形變也比較大。為了保證高層建筑在發(fā)生變形之后能夠及時的恢復原有的形狀，避免垮塌，就要在結構設計的時候，充分考慮這一因素，保證高層建筑的結構具有一定的延性，使高層建筑能夠在一定的范圍進行形變。
4如何解決高層建筑結構設計的扭轉問題
建筑的三心通常是指結構重心，剛度中心以及幾何形心，因此，在設計高層建筑的結構時，應當特別注意最大限度地將建筑的三心融匯在同一點上，也就是要保證高層建筑的三心合一。高層建筑結構的扭轉問題具體指的是在設計高層建筑的結構時，沒有切實的保證三心合一，因此，在水平荷載的作用之下，扭轉振動效應便產(chǎn)生了。為了有效地防止由于在水平荷載所導致的扭轉破壞，因此就必須在建筑結構的設計階段，來對結構形式與平面布局進行科學及合理地選擇，最大限度地保證建筑物的三心合一。
往往由于受到了水平荷載的不良影響下，建筑物所產(chǎn)生的扭轉作用實際的大小是由質(zhì)量分布所決定的。為了使建筑樓層的水平用力能夠均勻地分布于水平面，盡可能地將建筑結構的振動減輕，那么對于建筑的平面來講，就應當采用正多邊形、矩形、方形、或者圓形等較為簡單的平面形式。由于建筑場地受到一定的限制以及城市規(guī)劃對建筑街景的要求，這就使得高層建筑無法全面的采取簡單的平面形式，如果需要采取一些不規(guī)則而又非常復雜的平面形式，比如十字形、L形、T形，那么就必須盡可能地把突出部分的厚度和凸出部分的寬度的比值控制在允許的標準范圍之內(nèi)。與此同時，在布置平面結構的時候，還應當確保結構的對稱。
【關鍵詞】建筑結構；設計原則；設計要點；分析研究
中圖分類號： TU3 文獻標識碼： A 文章編號：
目前，房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，建筑結構設計工作被提上了重要議事日程。隨著人們對生活質(zhì)量要求的提高，對建筑結構的要求也越來越高。針對這樣的背景，建筑結構設計工作更應當與時俱進，運用先進的設計理念、建筑技術與材料，進一步提高建筑設計的安全性、舒適性以及經(jīng)濟性。本文主要針對建筑結構設計的原則與要點進行簡要論述。
1 建筑結構設計目標
在建筑設計中，結構設計要實現(xiàn)安全、適用和耐久的目標，立足于現(xiàn)有的建筑技術、材料，優(yōu)化設計方案，推廣新型技術與材料，科學選擇結構類型與體系，為建筑質(zhì)量提升奠定良好基礎。首先，要保證建筑結構具有較高的安全性，不僅要能夠承載正常狀態(tài)下的荷載以及各種變形，而且在遭遇設計目標值之內(nèi)的各種突發(fā)狀況，如臺風與地震等，仍然能夠保持建筑結構的穩(wěn)定，不出現(xiàn)全部倒塌狀況。其次，要保證建筑結構的適用，要能夠滿足建筑適用的各種日常功能，不因為建筑結構設計短板而影響日常功能的發(fā)揮。另外，還要保證結構達到設計適用年限，體現(xiàn)結構設計的可靠性。
2 結構設計技術原則
2.1 強化抗震驗算設計。在實施抗震驗算過程中，要兼顧到不同場地區(qū)別，可以采取增加剪力墻的方式提升結構抗震效果。結構設計中可以將其設計為雙向梁柱剛接體系，進一步提高垂直地震作用抗力，增強建筑結構應對突發(fā)地質(zhì)災害的能力。
2.2 雨篷陽臺科學設計。對于跨度較大的陽臺以及雨篷，不能夠直接從填充墻理念出挑，要充分兼顧到梁的抗扭因素，較為科學的扭矩是梁中心線處板的負彎矩乘以跨度50%。
2.3 妥善處置電梯井壁。對于框架結構建筑的電梯井壁，應當以粘土磚進行砌筑，但不可使用磚墻進行稱重，墻體重量應當以同層的梁進行承重，在其四角澆筑構造柱，增筑圈梁于門洞上部位。
2.4 暖溝進行防水處理。在地下水位處于較高狀態(tài)時，要對暖溝進行防水處理，通常使用U 型混凝土暖溝，暖氣管經(jīng)防水管套通進室內(nèi)暖溝。如建筑結構設計中有地下室，還要進行混凝土抗?jié)B處理。
2.5 保持建筑布局規(guī)則。在建筑布局不夠規(guī)則的背景下，對其進行結構設計，應當著眼于建筑的布局開展結構布置，采取與之相吻合的構造措施，提高結構設計質(zhì)量。
3 建筑結構設計要點
3.1 有效提高建筑地基結構設計水平。地基沉降引起的構件破壞是建筑結構設計中應當充分考慮的因素，要從建筑、結構以及地基等方面實施綜合控制，在運用樁箱或樁筏結合方式操作中，一定要確保箱體整體剛度達標，當土層起伏值較大時，要運用相同建筑結構下同一土層中的樁端，對液化因素的影響也要充分考慮。在軟土層較厚的地區(qū)，要對地基進行處理來對建筑的沉降進行有效控制，處理方案應當結合地基特點、工程建設需要以及兼顧到安全性與經(jīng)濟性等方面因素，確保經(jīng)過處理之后的地基能夠滿足強度以及變形等方面的技術要求。
3.2科學掌控高層建筑高寬比例幅度。按照《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中的相關條款，高層建筑高寬比具有限值，通常情況下，應當結合考慮方向的最小投影寬度對高寬比進行測算，如果不適宜運用最小投影寬度進行測算的狀況下，可以由建筑結構設計部門與技術人員對實際情況進行會商、研究之后確定最為科學的測算方法，確保不出現(xiàn)超限高層建筑設計。
3.3優(yōu)化框支梁支放在剪力墻的設計。雖然高層建筑相關設計與技術規(guī)范中對框支梁支放在混凝土剪力墻上沒有提出具體的要求，但是實際操作中等于對剪力墻施加了較大值的集中荷載，要對剪力墻設計進行優(yōu)化。應當按照底部加強部位無翼墻的技術要求，以及對照框支柱截面高度限制技術規(guī)范、框支梁鋼筋水平段錨固要求，科學確定剪力墻的厚度，確保技術與質(zhì)量性能過關；對框支梁寬度范圍內(nèi)剪力墻設置暗柱，實施構造計算以及配筋處理，對框支梁傳遞的荷載實施局部抗力驗算。
3.4全面貫徹強柱弱梁建筑設計理念。在建筑結構設計中運用強柱弱梁理念，主要目標是為了保障建筑物提高抗震效果而做出的一項重要舉措，柱毀壞了會導致整個建筑物損毀，但是梁毀壞了只能產(chǎn)生局部毀壞，減小建筑物毀壞程度。建筑結構設計中，設計部門與人員應當牢記這一原則理念，對柱軸壓比進行科學確定，并對柱斷面及配筋設置優(yōu)化調(diào)整，尤其是對邊柱、角柱進行加強，重點是角柱加強，運用全柱加密箍筋并且配筋率大于百分之一，對框架柱進行全面強化，有效提高建筑物抗震性能。
4 建筑結構設計展望
當前，隨著建筑學的發(fā)展以及信息化程度的提高、新型建筑材料的開發(fā)推廣，建筑結構設計領域的發(fā)展也會與時俱進、日新月異。概念設計將會在建筑結構設計中展示更大的運用空間，其能夠結合抗震設計的復雜要求，從宏觀上進行合理抗震設計干預、計算，更加直觀、精確地顯示地震狀態(tài)下結構的各種性能數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化抗震計算，提升設計水平?？臻g受力、塑性內(nèi)力以及非彈性變形、時程分析等科學的設計理念與措施將會得到進一步推廣運用。另外，新型建筑材料的研究與推廣也會對建筑結構設計產(chǎn)生重要影響，更加高強度、輕質(zhì)量和環(huán)保節(jié)能的新型建筑材料將會在建筑結構設計中發(fā)揮更為明顯的作用。展望未來的建筑結構設計領域，新技術、新設備以及新材料的開發(fā)研究與運用，將會對整個建筑結構設計工作提供更多的便利條件，能夠為建筑質(zhì)量的提升發(fā)揮積極的作用。
綜上所述，在建筑結構設計領域，設計部門與從業(yè)人員一定要充分認識建筑結構設計的重要性，堅持以嚴謹嚴肅的態(tài)度對待，深入研究各項技術要點，尤其是要強化對實踐運用中出現(xiàn)問題的分析研究，并采取有效措施進行優(yōu)化，有效提升建筑結構設計水平，實現(xiàn)建筑結構設計科學化、合理化與經(jīng)濟化目標。
參考文獻：
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關鍵字：高層建筑；建筑結構設計；對策探討
Abstract: This paper first describes the characteristics of high-level design of building structures, and then extended to high-rise building design principles, with emphasis on the high-rise building structure analysis and countermeasures.Key words: high-rise buildings; building structure design; countermeasures
中圖分類號：TU973文獻標識碼： A 文章編號：2095-2104（2012）04-0020-02
高層住宅建筑結構設計是一個長期、復雜甚至循環(huán)往復的過程,任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全因素。那么，首先讓我們了解高層建筑結構設計有什么特點呢？
一、高層建筑結構設計的特點
高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求和投資造價的高低等。它的主要特點包括以下幾點：
1.1水平力設計
在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。
1.2抗震設計
在高層建筑結構設計中如有涉及到有抗震設防的，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。
1.3軸向變形設計
采用框架體系和框架――剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種軸向變形的差異將會達到較大的數(shù)值，其后果相當于連續(xù)梁中間支座沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。
二、高層建筑結構設計原則
2.1選用適當?shù)挠嬎愫唸D
結構計算式在計算簡圖的基礎上進行的，計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當?shù)挠嬎愫唸D是保證結構安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節(jié)點不可能是純粹的鉸結點和剛結點，但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內(nèi)。
2.2選擇合適的基礎方案
基礎設計應根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結構類型與載荷分布，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)濟合理的基礎方案，設計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算?；A設計應有詳盡的地質(zhì)勘察報告，對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應進行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結構單元不宜用兩種不同的類型。
2.3選擇合理結構方案
一個合理的設計必須選擇一個經(jīng)濟合理的結構方案，也就是要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系。結構體系應受力明確，傳力簡捷。同一結構單元不宜混用不同結構體系，地震區(qū)應力求平面和豎向規(guī)則?？偠灾?，必須對工程的設計要求、材料供應、地理環(huán)境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎上進行結構選型，確定結構方案，必要時應進行多方案比較，擇優(yōu)選用。
應符合下列要求：
1）應具有必要的承載能力、剛度和變形能力；
2）應避免因部分結構或構件的破壞而導致整個結構喪失承受重力荷載、風荷載和地震作用的能力；
3）對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取有效措施予以加強。
三、高層建筑結構的相關問題分析及對策探討
3.1結構的超高問題分析及對策
在抗震規(guī)范和高規(guī)范中，對結構的總高度有著嚴格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度以為，增加了B級高度，處理措施與設計方法都有較大改變。在實際工程設計中，出現(xiàn)過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當巨大。
3.2嵌固端的設置問題分析及對策
由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。
3.3框支梁支放在剪力墻上的設計問題分析及對策
《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》和《建筑抗震設計規(guī)范》對框支梁和框支柱的截面及配筋都有詳盡規(guī)定，但對框支梁支放在混凝土剪力墻上時卻未作任何規(guī)定或建議。事實上，當框支梁支放在混凝土剪力墻上時，相當于施加給剪力墻一個大的集中荷載，這個集中荷載包括豎向和水平向、集中壓力和推拉力以及集中彎矩和扭矩。盡管剪力墻沿墻長度方向具有較強的承載能力，但垂直于剪力墻支放的框支大梁所傳荷載的作用方向正是剪力墻的弱軸方向。因此，當框支梁直接支放在混凝土剪力墻上時，建議按以下方面考慮剪力墻的設計：
1）按底部加強部位無翼墻的要求，參照《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》有關對框支柱截面高度的限制，以及框支梁鋼筋水平段的錨固要求等初步確定剪力墻的厚度；
2）在不小于框支梁寬度范圍內(nèi)的剪力墻中按框支柱要求設置暗柱，進行構造計算和配筋；
3）針對框支梁所傳集中荷載進行局部抗力驗算。
3.4結構調(diào)整問題分析及對策
目前在高層建筑的建筑平面形式中橢圓形建筑平面很受建設方的青睞。這種建筑形式現(xiàn)代感極強。但是這種建筑形式又有一個很大的弱點――結構扭轉很大。為了減小或消除這一不利影響，我們首先要選擇一種合理的結構形式，其次是在選定的結構形式上采取進一步改善結構扭轉影響的技術措施。
3.5扭轉問題分析及對策
建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心,在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點,即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一, 在水平荷載作用下結構發(fā)生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉破壞, 應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局,盡可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下, 高層建筑扭轉作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻,減輕結構的扭轉振動,應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下,由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制,高層建筑不可能全部采用簡面形式,當需要采用不規(guī)則L 形、T 形、十字形等比較復雜的平面形式時,應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi), 同時,在結構平面布置時,應盡可能使結構處于對稱狀態(tài)。建筑結構的振動周期問題包含兩方面: ①合理控制結構的自振周期；②控制結構的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。
四、結語
近年來，高層建筑發(fā)展十分迅速，建筑造型新穎獨特，建筑物的高度與規(guī)模不斷增加。隨著高層建筑進一步的發(fā)展，滿足高層建筑的形式、材料、力學分析模型都將日趨復雜且多元化。實踐表明在高層建筑的結構設計與施工過程中，設計、技術人員只有概念清晰，措施得當，才能不斷地完善和發(fā)展高層建筑。
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關鍵詞：高層建筑；結構設計；問題；措施
中圖分類號：TU208文獻標識碼： A
一、高層建筑結構設計的原則
1、計算簡圖的選擇要適宜
在高層建筑的計算簡圖中有大家公認的一個原則，在各種方案選取的時候必須除去個人的主觀意見，綜合各方面因素來選擇一個最為合適的設計方案，方案的選取與工程的整體機構安全有著直接的聯(lián)系。無論對于哪一項工程來講，只有在計算簡圖的基礎上才能進行建筑結構的初步計算，因此我們可以看出對于選取合適的計算簡圖是極為重要的。眾所周知，再精準的計算與設計，誤差在施工的過程中都是不可避免的。實際上，在工作中誤差是可以存在的，只要我們把誤差的范圍合理的控制在一定的標準之內(nèi)，那么誤差對于工程的整體質(zhì)量就不會產(chǎn)生很大的影響，因此需要我們更加精確的來計算簡圖，保證與實際誤差相差較小。
2、基礎方案的選擇
不能因為工程的需要而使周圍的環(huán)境遭到破壞，以至于周邊環(huán)境的生態(tài)平衡遭到破壞，是現(xiàn)在設計的一個環(huán)保性特點。任何一個工程都必須以環(huán)境為中心來進行設計和施工，使工程能夠很好地融入到自然中，使生態(tài)環(huán)境平衡和諧共存。在進行基礎方案的設計時，首先要把各個方面的相關因素每一項都要進行考慮，把每一方面的因素都要綜合起來，然后對工程的整體進行一系列的評估來考慮其經(jīng)濟性，接著進行對設計方案的正式審核，最后再進行施工，在施工過程中始終要以可持續(xù)發(fā)展為中心的理念進行施工，那么工程的質(zhì)量定會有一定的保障。
3、結構方案的選擇
由于高層建筑的結構特點是很復雜的，在施工時我們要對各個方面的問題進行考慮，例如線路的安排，供水問題等每一方面我們都必須要考慮周全。在結構設計方案中有一些重點考慮的部分，例如：周圍的施工環(huán)境、材料的選擇要求、抗擊自然災害的能力。我們必須要嚴格遵守原則：水平和豎直。結構方案不只是施工單位一方面的事情，使用方和施工單位要意見達成統(tǒng)一，在設計中和以后的發(fā)展方向上要仔細詳細的展望，為了選擇更合理的結構設計方案，能夠最大限度的達到預期的目的。
4、對計算結果準確的分析
現(xiàn)在，計算機技術的進步使得計算機技術在高層建筑的結構設計中能夠進行應用，但是不同的計算機軟件有可能導致計算結果出現(xiàn)一定的偏差，因此對計算機軟件的計算結果需要我們進行準確分析和把握。那么進行建筑結構設計的人員必須在結構設計方面有充分實際的技能，還要充分的了解所應用的計算機軟件，因此才能對計算機結果進行客觀而準確的分析?；谟嬎銠C軟件的不完善性，軟件可能存在缺陷，計算結果有可能會使得計算結構與實際情況存在一定的偏差，出現(xiàn)偏差時要求結構設計人員對計算結果進行判斷，在設計中做出一定程度的調(diào)整，來適應結構設計的要求。
二、當前高層建筑結構設計中出現(xiàn)的問題
隨著高層建筑的不斷興建，我國很多高層建筑的結構設計中都暴露出了一些問題，對高層建筑的建設帶來了不利的影響。
1、對高層建筑抗側力結構的設計
與多層建筑相比，高層建筑在高度和層數(shù)上都有一個明顯的突破。從結構設計的角度，高層建筑與多層建筑在設計方法以及設計原理上基本是一致的。兩者的區(qū)別主要體現(xiàn)在水平荷載作用，高層建筑的結構材料必須能夠抵抗更大的水平荷載，對于高層建筑特別是帶高位轉換層、多塔樓和大底盤的高層建筑，都很容易在抗側力結構上出現(xiàn)問題。
2、高層建筑地基基礎設計的問題
高層建筑的地基基礎設計要求很高，有很多高層建筑的地基基礎設計沒有對荷載進行全面的考慮，在進行局部填土、隔墻設置等都沒有對荷載偏心的影響進行考慮。在地基基礎設計中，沒有進行沖切、抗剪和抗彎的處理。
3、高層建筑在軸壓比的控制上的問題
軸壓比的限制比在高層建筑中有著嚴格的規(guī)定，很多高層建筑的設計難以滿足軸壓比的規(guī)范要求，很多構件的截面受到了限制。軸壓比的限制對高層建筑的質(zhì)量會產(chǎn)生很大的影響。
4、高層建筑對連梁的結構設計
高層建筑的連梁設計包括截面的尺寸、剪壓比的限制、連梁的剪力設計取值等等。如果高層建筑中對連梁的設計不準確，截面高度過大，跨度過小，就會影響高層建筑的抗震效果。一旦發(fā)生地震，連梁的剪力和彎矩過大，難以達到相應的抗震規(guī)范，影響高層建筑的使用安全。
5、高層建筑結構設計中對結構計算的結果難以判斷
對結構計算結果進行判斷并不容易，高層建筑結構計算所要考慮的因素眾多，不僅要對結構自振周期、振型曲線、水平位移特征等因素進行考慮，還要考慮其抗震設計的合理性。因此，很多高層建筑的設計中難以對結構計算的結果進行準確的判斷，往往遺漏一些影響因素，造成結構計算的不合理。
三、解決高層建筑結構設計問題的具體措施
1、如何對高層建筑結構地基基礎進行設計
當高層建筑的設計中有地下室這一內(nèi)容時，要對荷載進行全面的考慮，地下室的外挑部分、局部填土、停車、水池等都會受到荷載偏向的影響。
在對筏基和箱基的梁板配筋進行計算時，必須對底板上直接作用的梁板自重和荷載進行相應的扣除，當箱筏的四邊邊區(qū)格和四角的地基反應力過大的時候要對其進行加強配筋。
如果高層建筑的地面有中庭設計，就必須對基礎底沿的軸線上進行基礎梁的設置。在使用倒梁法進行內(nèi)力分析時，注意不到頂?shù)闹虚g柱是不能夠作為支點的，在進行集中荷載計算時必須同時計算柱底反力。
在對箱基進行結構設計時，要注意對洞口上下的連梁進行考慮，驗算其截面面積，如果洞口的大小或者位置出現(xiàn)修改，要對連梁抗剪強度和抗彎進行復核。
如果采用的整體筏基和箱基的設計，就要對其樁土進行考慮，樁土的共同工作會產(chǎn)生一定的影響。在對基礎底板進行計算時，要對樁同作用的狀態(tài)或樁沉降狀態(tài)下的地基反力進行考慮。
2、如何對高層建筑的軸壓比進行控制
一般來說提高混凝土的強度是對高層建筑軸壓比進行控制的直接方法。如果還不能達到相關標準，則還可以使用其他方法來對軸壓比進行控制。
混凝土的變形能力受到柱的箍筋的影響，因此可以通過對混凝土的橫向變形進行約束，來對裂縫的擴展進行延緩，并對截面抗剪能力進行提高。增大配箍率、使用合適的配箍形式都可以實現(xiàn)結構延性的提高。在設計時，如果采用井字復合箍進行沿柱全高，且保持箍筋的直徑、間距和肢距，一般來說直徑在8毫米以上，間距在100毫米以內(nèi)，肢距在100毫米以內(nèi)。如果采用復合螺旋箍進行沿柱全高，則要保證8毫米以上的箍筋直徑，100毫米以內(nèi)的螺距和100毫米以內(nèi)的肢距。
在彈性模量方面，鋼筋的彈性模量高于混凝土6倍有余，如果配置了較多的縱向鋼筋在柱中，有余軸向壓力的影響，鋼筋會承擔更多的壓力，從而降低混凝土承擔的壓力。在設計中可以在柱截面中部加入附加芯柱，另加的縱向鋼筋的總面積不少于柱截面面積的0.8%都必須加入縱向鋼筋。
提高混凝土強度等級對軸壓比的控制有直接的效果，但混凝土的強度越高其脆性也越大，因此要控制混凝土強度等級不超過C60。
3、如何進行連梁設計
在《高層建筑混凝土結構設計規(guī)程》以及《建筑抗震設計規(guī)范》等相關設計規(guī)范當中都明確的規(guī)定了連梁的截面尺寸、剪壓比限制以及剪力設計取值等內(nèi)容。在具體的工程設計過程當中，因為連梁具有較小的跨度以及高度較大的截面，因此在地震的作用下，彎矩和剪力在經(jīng)過內(nèi)力的計算之后都比較大，因此無法使規(guī)范的要求得到充分的滿足，在對其進行設計的時候必須要以不同的情況為根據(jù)從而采取不同的措施。在地震作用下，為了對連梁的延性進行保障，并對剪力和彎矩進行有效的傳遞，剛度折減的系數(shù)就要高于0.55；在風荷載的作用下，為了將連梁的裂縫控制在正常的適用范圍內(nèi)，就要使剛度折減的系數(shù)高于0.80。此外，如果調(diào)整剛度折減系數(shù)后連梁仍然難以滿足要求，則可以采用內(nèi)調(diào)幅，并配置足夠的箍筋。若連梁的超筋較多時，可以對連梁的高度進行減小，以減小剪力和彎矩。
四、結構設計中應注意的問題
在建筑行業(yè)我們要不斷的提升自己，主要從以下幾方面：技術領域，先進的技術是提高我們自身能力的保障，只有不斷的學習先進的技術，才能夠緊跟科學的腳步，也要鼓勵員工學習先進的科學技術發(fā)展創(chuàng)新；在設備方面，我們應該加大對先進的設備的投入力度，要做到我們的技術與世界接軌，對于那些新的高科技的設備一定要嚴格按照說明書的指導步驟進行使用。這樣不但能夠提高我們的能力而且能夠更好的運用這些高端的設備，從而大大的提高使用壽命；只有這樣我們才會更好的壯大自己，保證我們的工程質(zhì)量，讓人們能夠更加安心的生活，提高生活質(zhì)量。
五、結束語
為了充分的保證高層建筑結構設計的安全性和可靠性，我們應對其結構設計中的若干問題進行深入的研究和分析，針對這些問題選擇最具針對性并且科學合理的設計對策，在高層建筑結構的設計和施工過程中，相關人員應具備清晰的概念設思路，同時選擇最有效的設計措施和施工方法，從而促進我國高層建筑的健康發(fā)展。
參考文獻：
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關鍵詞：高層建筑結構設計；可持續(xù)發(fā)展；教學改革
中圖分類號：TU317；G642 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）02-0072-04
高校肩負著培養(yǎng)高層次人才的重任，高校所培養(yǎng)的人才將直接或間接地影響社會的可持續(xù)發(fā)展。近年來，全國高校都在致力于探索如何培養(yǎng)新世紀的合格人才，即滿足社會可持續(xù)發(fā)展的人才。這種人才的培養(yǎng)，要求高校在教學過程中轉變教育觀念，積極大膽地進行教學改革，樹立面向社會、面向世界、面向未來、可持續(xù)發(fā)展的教育觀。因此，在教學過程中就要更加突出對人的全面發(fā)展的整體要求，這無疑對高校教師提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。
高層建筑結構設計是土木工程專業(yè)的核心課程之一，是一門與工程實際緊密聯(lián)系的專業(yè)技術課程，其工程實踐性和綜合性都很強。土木工程專業(yè)學生畢業(yè)后大多從事高層建筑結構設計、施工及技術管理等工作。因此，做好該課程的教學工作，讓學生掌握高層建筑結構的分析理論與設計方法，對學生進行畢業(yè)設計和畢業(yè)后所從事的工作，具有十分重要的意義。
一、教學內(nèi)容存在的問題
高層建筑結構設計課程內(nèi)容繁多、覆蓋面廣，涉及很多抽象的理論、公式，以及復雜的實際工程問題，而教學計劃僅40學時，內(nèi)容多與課時少的矛盾十分突出。因此，在教學過程中教學內(nèi)容的選擇尤為重要。
（一）根據(jù)不同生源的學生，選擇不同的教學內(nèi)容
學校高層建筑結構設計課程授課對象有土木工程專業(yè)統(tǒng)招本科和專升本學生，以及建筑學專業(yè)學生，基礎差異較大。特別是專升本學生，部分學生的?？茖I(yè)學的不是土木工程專業(yè)，在學習專業(yè)課時較為吃力。而建筑學專業(yè)學生，力學基礎薄弱，大綱不要求掌握復雜的理論分析和結構設計過程，側重于常見結構體系的選型、結構布置原則等基本概念、基本原理的掌握。因此，必須根據(jù)生源不同，選擇不同的授課內(nèi)容和授課方法。
（二）精選授課內(nèi)容，避免重復
高層建筑結構設計是在修完混凝土結構與砌體結構、土力學與地基基礎、基礎工程和建筑結構抗震設計等課程之后開設的，與它們有緊密的聯(lián)系。因此，在教學過程中會碰到較多的內(nèi)容重復現(xiàn)象，例如：地震作用計算和框架結構設計等教學內(nèi)容與建筑結構抗震設計課程中的相關內(nèi)容重復；基礎設計和基礎工程課程中的部分內(nèi)容重復，等等。這就需要教師做好已有知識和新內(nèi)容之間的區(qū)分和銜接，避免與前述課程內(nèi)容重復，在課堂講解中做到重復的內(nèi)容講差別，相似的內(nèi)容講典型，突出重點，提高教學效率。
二、教學方法改革實踐
（一）多媒體教學與板書結合
針對高層建筑結構設計課程的特點，采用現(xiàn)代化教學手段與傳統(tǒng)教學手段相結合的授課方法。通過投影設備，將文字、圖片、動畫、錄像等教學信息直觀地呈現(xiàn)給學生，不僅節(jié)約了板書過程所占用的時間，豐富了課堂內(nèi)容，而且生動、形象地介紹國內(nèi)外高層建筑最新發(fā)展的情況能激發(fā)學生濃厚的學習興趣，提高教學效果。為保證學生的聽課質(zhì)量，在講解該課程核心內(nèi)容框架結構設計時，采用板書進行全過程公式推導，輔助算例講解，使學生印象深刻，易于掌握。
（二）工程案例教學
高層建筑結構設計必須遵循《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》[1]，學生在學習過程中普遍反映規(guī)范中的內(nèi)容晦澀難懂，難以聯(lián)系具體工程實體，缺乏整體觀，結構設計還只是停留在利用混凝土結構設計理論對單個構件進行設計，對結構的整體設計難以形成系統(tǒng)的思路。對此，在教學中可以結合具體工程實例詳細講解。如在框架―剪力墻結構設計章節(jié)中，直接講解規(guī)范給定的公式未免空洞；然而，若選定某高層框架―剪力墻結構具體實例，從柱網(wǎng)布置、剪力墻數(shù)量估算及類型判斷，縱、橫向墻體單元劃分，計算簡圖，確定總框架、總剪力墻、連梁剛度計算直至內(nèi)力、位移計算，結合規(guī)范中的條文，依次理解運用，分清不同抗震設防條件下內(nèi)力組合的要點，采用相應情況下的地震調(diào)整系數(shù)。通過實例講解，學生即可初步具備結構設計整體思路和工程概念，同時也理解了規(guī)范條文。工程案例教學把抽象的規(guī)范條文運用于具體工程，可以最大限度地減輕學生的認知負荷，提高學習效率[2]。
（三）手算與電算結合
在高層建筑結構設計中，由于計算工作量巨大，完全采用手算是非常困難的，但學生必須掌握基本的計算原理，會運用簡化的計算方法計算簡單的結構，從而構筑起基本的結構設計流程。在此基礎上，教師應利用工程上常用的結構計算軟件PKPM 、SATWE、TAT、TBSA或SAP，結合具體的工程實例進行上機計算演示，詳細講解計算參數(shù)取值方法、計算結果分析方法、施工圖繪制方法等，讓學生熟悉程序的操作要點。這樣不僅讓學生掌握了相關的計算原理，而且熟悉了結構設計軟件的操作要領，還為學生就業(yè)增加了砝碼。
（四）理論與實踐結合
缺乏工程實踐和對工程的感性認識是學生在學習過程中普遍存在的問題。課外組織學生參觀高層建筑工地，現(xiàn)場講解分析高層建筑不同抗側力體系的特點、應用范圍，變形縫布置的要求及連接部位的構造要求等。同時，對學生的課外學習提出要求，讓學生針對某些具體問題進行深化學習，如剪力墻受力破壞特征、如何控制其高寬比保證承載力要求等。另外，引導、鼓勵學生結合課程內(nèi)容，積極參與學校組織的旨在培養(yǎng)大學生科研創(chuàng)新能力的“大學生科學研究訓練計劃（SRTP）”，升華課堂教學內(nèi)容，提高學生獨立思考、解決問題的能力。通過這一系列的實踐教學，使學生真正領悟到實踐與理論相結合的重要性，為今后的畢業(yè)實習、畢業(yè)設計乃至今后走上工作崗位打下堅實的基礎。
（五）增加概念設計的教學內(nèi)容
所謂概念設計，指通過無數(shù)的事故分析、震害分析，以及設計與使用分析，歸納、總結基本設計原則和設計思想，它是結構設計人員運用所掌握的知識和工程經(jīng)驗，在一些難以做出精確分析的問題中，從宏觀上決定結構設計中的基本問題的方法。
概念設計是目前土木工程設計領域中越來越受重視的一種思想。結構工程師的主要任務是在特定的建筑空間中用整體的概念來正確處理構件與構件、構件與結構、結構與結構的關系，這就是概念設計的基本思路。概念設計是一種定性的設計，無需精確的數(shù)值計算。概念設計并非完全是工程設計經(jīng)驗的累積，而是結構工程師基本結構理念的集中體現(xiàn)[3]。
在現(xiàn)有的高層建筑結構教材中[4-6]，概念設計多認為是僅限于高層建筑結構體系與結構布置原則這兩個章節(jié)；實際上，概念設計貫穿于結構設計的全過程。為此，教師在授課時，可參照有關概念設計方面的書籍和文獻。
（六）改革考試形式
高層建筑結構設計課程通常安排在第7學期，學生面臨著考研或者就業(yè)壓力，平時出勤率較低。傳統(tǒng)的閉卷考試多是填空題、名詞解釋、簡答題等需要記憶的題目，學生大多考前臨時突擊應付考試，即使平常不怎么聽課仍然能考個好成績。這樣，就使考試這種檢驗學生學習效果的手段失去了意義。所以，考試形式改革勢在必行。
借鑒國家執(zhí)業(yè)資格考試方法，采用“閉卷與開卷相結合”的方法進行考核?？荚嚦煽冇蓛刹糠纸M成：平時成績占20%，包括出勤、課堂測驗、作業(yè)等；卷面成績占80%，采用閉卷與開卷結合的考試形式。其中，閉卷部分以基本理論和概念設計內(nèi)容為主，約占50%，主要考核學生對基本理論的掌握程度；開卷部分以基本的內(nèi)力計算和結構構造要求為主，約占50%，主要考查結構計算能力，題目具有較強的綜合性。由于改革了考試形式，這樣既能約束學生，保證出勤率，又能測試出學生的真實水平，從而提高學生學習的自主性和主動性。
能力和素質(zhì)的培養(yǎng)不能僅靠教學改革，這是所有教育工作者、教育管理者和各級教育行政部門都必須深思的一個問題[7]。
三、實踐效果檢驗
通過一系列的改革實踐，已初見成效。分析2003―2008級學生考試試卷，經(jīng)過統(tǒng)計、計算、分析后發(fā)現(xiàn)學生平均成績基本呈下降趨勢，試卷難度值、區(qū)分度及信度均逐年有所提高。
（一）平均分
平均分可以反映試卷試題難度的整體水平。由圖1可以看到，自從2008年開始探索教學改革，由于改變教學方法和考核形式，加大能力的培養(yǎng)和測試，一改往年單一的死記硬背的考核形式，考試題目靈活多樣，平均分逐年降低。
（二）難度
難度（P）是指試題的難易程度，除了與考生自身水平，試題本身的難易程度有關外，還與考生的心理素質(zhì)、答題技巧等因素有關[8]。試卷難度以0.2～0.5為宜，P>0.5為難題，P
（三）區(qū)分度
區(qū)分度（D）是反映試題效用高低的參數(shù)，是評價試卷質(zhì)量、篩選試題的主要指標與依據(jù)[9]，它能反映出不同層次學生對知識的掌握程度，即
學生成績優(yōu)劣的層次[10]?？偟恼f來，試題太難或太易，其區(qū)分度都低，中等難度的試題區(qū)分度最強[11]。
通過計算各年試卷每道題的區(qū)分度，折算成試卷的區(qū)分度。從圖3可以看出，試卷的區(qū)分度在2008年以前多在0.25以下，區(qū)分度較差，說明試題質(zhì)量一般；經(jīng)改進后，試卷質(zhì)量有所提高。
（四）信度
信度（B）是指試卷的穩(wěn)定性和可靠性程度，是衡量試卷質(zhì)量的一項重要指標。信度取值范圍為0～1，其值越大，信度越高。一般認為大于0.9可靠性較好。通過信度系數(shù)計算，如圖4所示，試卷信度明顯提高，能較好地反映了學生的真實水平。
四、結語
通過高層建筑結構設計課程教學改革實踐，從課程教學內(nèi)容到課程教學的方式方法，進行了一些改革嘗試，取得了一些有益的經(jīng)驗。對實現(xiàn)由單純傳授知識向傳授知識、指導學習方法和培養(yǎng)能力的轉變以及從教師為中心向學生為中心的轉變起到了一定的促進作用；將能力培養(yǎng)具體化，并落實到課程教學的具體過程之中，使學生的綜合能力顯著提高。
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Teaching reform of high-rise building structure design course based on sustainable development
NIU Haicheng， XU Haibin
（School of Civil Engineering， Henan Polytechnic University， Jiaozuo 454000， P. R. China）
關鍵詞：高層建筑；結構設計；設計分析
Abstract: With the development of high-rise buildings in China's rapid development, increasing the height of the building, building types and functions are becoming more and more complicated. As a special form of high-rise building construction, strengthen the practice of the structure design of necessary. Building type and function more and more complex, the number of people more and more high-rise buildings, high-rise building structure system is also more and more diverse, the structure design of high-rise building has become more and more difficult and key points of engineering structure design of high-rise building work. This paper has carried on the analysis to the strengthening of high-rise building structure design idea from different point of view.
Key words: high-rise building; structure design; design and analysis
中圖分類號[TU208.3] 文獻標識碼A 文章編號
1.高層建筑結構設計的意義
高層建筑能做到結構功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進的設計，發(fā)揮結構的功能并取得與經(jīng)濟性的協(xié)調(diào)，更好地解決構造處理，用概念設計來判斷計算設計的合理性。
2.高層建筑結構設計的特點
軸向變形不容忽視：高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大；此外還會對預測構件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(diào)整；另外對構件剪力和側移產(chǎn)生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結果。
2.1結構延性是重要設計指標：相對于底層建筑而言，高層建筑的結構更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當?shù)拇胧?，來保證結構具有足夠的延性。
2.2水平荷載成為決定因素：一方面，因為高層建筑樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎構件中引起的軸力，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荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度變化。
3.高層建筑結構設計的幾個問題
3.1高層建筑結構受力性能
對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設想。
3.2高層建筑結構設計中的扭轉問題
建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發(fā)生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時，在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態(tài)。
3.3高層建筑結構設計中的側移和振動周期
建筑結構的振動周期問題包含兩方面：合理控制結構的自振周期；控制結構的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。
(1)結構自振周期
高層建筑的自振周期(T1)宜在下列范圍內(nèi)：
框架結構：T1=(0.1—0.15)N
框一剪、框筒結構：T1=(0.08-0.12)N
剪力墻、筒中筒結構：TI=(0.04—0.10)N
N為結構層數(shù)。
結構的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi)：
第二周期：T2=(1/3—1/5)T1；第三周期：T3＝(1/5—1/7)T1。
(2)共振問題
當建筑場地發(fā)生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發(fā)生共振。因此在建筑方案設計時就應針對預估的建筑場地特征周期，通過調(diào)整結構的層數(shù)，選擇合適的結構類別和結構體系，擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發(fā)生。
關鍵詞：高層建筑建議 結構設計
Abstract: With the development of our national economy, more and more high-rise buildings appear in our country. And along with the construction function and type diversification, the height increasing and building structure complicated, how to solve the city high-rise building structure design become the important problems that the national building designers present. This paper is to conduct a comprehensive study on the main problems of Chinese high-rise building structure design, and it puts forward the author his own ideas and suggestions.
Key words: high-rise building; proposal; structure design
中圖分類號: TU3 文獻標識碼:A文章編號：2095-2104（2012）
1、高層建筑結構設計方面的特征[1]
與其它一般建筑相比，結構設計在高層建筑設計中占有很重要地位，這是由于高層建筑的許多技術參數(shù)，諸如：建筑物的平面、立體、高度、外形、工程成本以及施工條件等都與結構形式的選擇密切相關，錯誤的結構形式設計不僅會降低建筑的使用功能和使用壽命，甚至影響建筑物的穩(wěn)定性和抗震能力，嚴重影響建筑物安全。其主要特征有以下幾個方面：
1．1水平荷載的影響明顯
對于普通房屋的結構設計，結構設計的選擇在很大程度上由結構自身產(chǎn)生的重力決定。而對于高層建筑，起決定性作用的則是建筑所受到的水平荷載情況。這是因為在豎構件中，樓面的工作荷載和建筑所受重力所引起的軸向力和彎矩的數(shù)值與建筑高度成一次方的正比例關系；而由于水平荷載對豎構件引起的軸向力，則與建筑的高度成兩次方的正比例關系。一般情況下風荷載和地震是最重要的水平荷載影響因素，它的大小與建筑結構的力學特性有關，是高層建筑結構設計中需要考慮的重要內(nèi)容。
1．2結構側移
隨著樓房高度的增加，在高層建筑中，由水平荷載造成的結構側向位移會隨著樓層的增加而急劇上升，其與建筑物的高度成4次方的正比例關系。而且側向位移的增大情況還會受到新的建筑材料或者技術應用的影響。側向位移的控制，直接影響著居住人員舒適感和建筑裝飾材料的使用壽命，嚴重時甚至會出現(xiàn)建筑物倒塌等重大安全問題，對人員的生命和財產(chǎn)安全造成重大損害。因此結構的水平荷載情況是高層建筑安全的重要指標，其數(shù)值應該被嚴格限制在國家規(guī)定的安全范圍之內(nèi)。
1．3結構的抗震性能[2]
具有良好的抗震性能是對高層建筑設計的基本要求，具體來說就是小震不壞，大震不倒。在抗震設計中，建筑設計師必須綜合考慮常規(guī)設計中的基本元素，諸如：風載荷，環(huán)境載荷以及豎向載荷等。還要考慮有可能會出現(xiàn)的地震載荷的影響，使得建筑物具有良好的抗震安全性。尤其是在我國處于地震帶地區(qū)的高層建筑，其抗震性能必須達到或高于國家強制標準。
2、當前結構設計中的常見問題
2．1設計高度
我國對各種常見的建筑結構體系有著一系列的高度使用標準，具體規(guī)范可查詢我國現(xiàn)行的高層建筑混凝土結構技術規(guī)程(JGJ3—2002)。它的制定主要是綜合考慮了建筑的經(jīng)濟性與適用性，另外我國的現(xiàn)實國情和建筑技術情況也對高層建筑的設計高度有著重要制約作用。由于我國許多高層建筑物的修建早于這一標準的頒布，再加上規(guī)范并沒有獲得嚴格的執(zhí)行，因此實際上我國有許多高層建筑的高度超過了這個限制。
2．2抗爭性能
由于我國的具體國情，對建筑物的財力投入相對國外來說較少，這直接導致了我國建筑的抗震標準較低。不僅如此，由于我國關于建筑物抗震能力的計算方法和國外不同，實際上導致了我國建筑物的抗震能力與同類型的國外建筑相比較差；在一系列保證抗震延性的要求上，比如：使用配筋的比率、軸壓比、梁柱承載力匹配等參數(shù)上，也與外國不同。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，過去較低的建筑質(zhì)量標準帶來了越來越大的經(jīng)濟損失。
2．3選材及結構問題
在地震多發(fā)區(qū)，工程師首先要考慮的一個問題就是采用何種建筑材料或結構體系。據(jù)統(tǒng)計高達85％以上的地震作用力由結構的鋼筋混凝土內(nèi)筒承受。因此做好對鋼筋混凝土結構的位移限值控制是保證高層建筑抗震性能的重要要求。
3、如何改善高層建筑結構設計
3．1選擇適合的材料和結構形式[3]
根據(jù)結構采用的材料不同，高層建筑的可分為以下四種結構體系：①鋼筋混凝土結構體系，②鋼結構體系，③鋼一混凝土混合結構體系④鋼一混凝土組合結構系。而根據(jù)所采用的結構形式不同，可以將高層建筑結構分為①框架式結構體系，②框架一剪力墻結構體系，③剪切力墻式結構體系。高度低于60m的建筑可以利用柱或梁等附加結構作為承受豎向和水平荷載的結構；剪力墻結構體系適應于高層建筑，它是利用建筑的墻體來承受側向力和豎向載荷。它具有強度大，良好的整體性以及受水平力作用的變形小等特點，但是由于其具有建筑內(nèi)部死板的平面布置要求，故不適合應用在公共建筑中；架一剪力墻結構體是利用框架和剪力墻的組合，它廣泛使用于高層建筑中，具有良好的實用性，靈活的布局以及出色的抗震力學性能。
3．2對結構構件進行優(yōu)化設計[4][5]
(1)結構的抗側剛度可以通過增加抗彎結構體系的有效寬度來獲得提高。在高層建筑結構中增加有效寬度可以增大結構的抵抗力臂，從而將傾覆力減小。從材料力學的原理可以了解到，同樣面積、抗傾覆力與結構的寬度的關系不同，可以獲得互不相同的幾何特征。比如：在同等面積下，矩形截面的截面慣性矩要小于工字形截面，圓形截面則小于前面兩種截面。這就是為什么增加結構有效寬度后，整個結構的抗側剛度得到很大提高。
(2)剪力墻的超筋。一般在分析軟件中設定的剪力墻的暗柱最大配筋率是5％，而現(xiàn)行的各規(guī)范給出剪力墻主筋的配筋面積時，是以邊緣構件方式說明的，沒有給出最大配筋率。所以可以結合實際情況考慮程序給出的剪力墻超筋的警告信息；如果結構在水平地震力作用下抗剪承載力不夠，就會表現(xiàn)出剪力墻連梁超筋。
3．3變形縫的設置[6][7][8]
(1) 設置沉降縫。沉降縫應當設置在建筑物的下列位置：地基土具有明顯的壓縮性變化的地方；②建筑物具有復雜平面結構的轉折部位；③地下室的邊界處；④建筑結構變化處；⑤大尺度的磚石承重結構或鋼筋混凝土框架結構的某些位置；⑥高度和荷載均有變化處；⑦地基基礎處理方法不同處。
(2) 設置伸縮縫。當建筑的排架結構柱高(從建筑物的基礎頂面算起)低于5m時，應當適度減小縮縫間距。
4、結語
對于建筑設計師來說，高層建筑的結構設計是一項涉及到許多考慮因素和設計技術的綜合性工作。它有著巨大的應用前景和意義。隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，建筑業(yè)勢必向著高層建筑逐漸普及的方向發(fā)展，因此國家對高層建筑的結構設計要求將會越來越高。在設計高層建筑的具體結構時，結構工程師必須從結構的安全性能、使用功能、建筑的美觀等方面進行綜合考慮，合理運用建筑學理論知識來處理實際設計中遇到的各種問題，才能設計出安全合理的高層建筑結構。
參考文獻
[1] 黃輝亮. 淺析當前我國高層建筑結構設計與選型[J]. 知識經(jīng)濟. 2011(10)
[2] 房國府. 高層建筑結構分析與設計[J]. 中國高新技術企業(yè). 2010(33)
[3] 吳曉琳.淺析高層建筑結構設計與特點[J]. 中國高新技術企業(yè). 2009(11)
[4] 張卓. 淺談高層建筑結構設計要點[J]. 現(xiàn)代經(jīng)濟信息. 2009(14)
[5] 張勇.高層建筑結構概念設計應注意的問題[J]. 價值工程. 2011(11)
[6] 趙海凌.高層建筑結構設計與分析[J]. 中國高新技術企業(yè). 2008(08)
