現(xiàn)代建筑設(shè)計及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的探討

　　羅 輝

　　【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展,我國多層建筑迅速增多,形成了強(qiáng)大的沖擊波。面對如此形勢,把多層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計放在首位加以研究.對建筑創(chuàng)作是非常重要的。本文將就多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些問題加以探討。

　　【關(guān)鍵詞】：多層建筑; 結(jié)構(gòu)設(shè)計;

　　1 建筑設(shè)計作用

　　1.1 建筑設(shè)計應(yīng)首要解決功能問題

　　功能是什么?功能就是空間使用者對空間環(huán)境的各種要求， 包括生理要求和心理要求。人類大量的活動要在建筑中進(jìn)行， 所有與人生理有關(guān)的問題都應(yīng)得到解決，如呼吸、行走、坐、臥、進(jìn)食、排泄、取暖、避寒等等。這是建筑設(shè)計要解決的第一步，也是人為自己創(chuàng)造空間的基本要求。其次，作為高等動物的人有比其它動物更高的需求。如： 羞恥感(隱秘性)、光線、適宜的高度、聲音， 最后， 應(yīng)滿足人們社會性需求和精神文化需求。所以， 功能所體現(xiàn)的就是人(設(shè)計者)在充分考慮自身多種需求的條件下為人(使用者)所創(chuàng)造的空間環(huán)境。然后，人(使用者)在這樣的環(huán)境下長期生活，這樣的空間的優(yōu)缺點又在生理及心理或是文化習(xí)慣上影響著人。

　　1.2 建筑設(shè)計與城市的關(guān)系

　　討論建筑設(shè)計的作用首先應(yīng)該討論建筑設(shè)計與城市的關(guān)系。人類營造城市所投入的巨大勞動和智慧讓一個個文明燦爛登場又黯然謝幕。今天即使古代文明灰飛煙滅了，但當(dāng)我們看到遺跡的時候依然會為那壯美與精致而震驚。眾所周知，人類在河流的渡口和道路的節(jié)點聚居形成了村鎮(zhèn)，隨著經(jīng)濟(jì)活動的開展，有了市場的出現(xiàn)，城市的功能驟然形成了，之后隨著人口的劇增、交通的頻繁和城市的擴(kuò)展，人們創(chuàng)造了環(huán)境。所以建筑設(shè)計直接關(guān)系到城市的風(fēng)格與文明程度，從而得出“人創(chuàng)造了空間， 空間反過來又影響了人”的結(jié)論。

　　1.3 建筑為人服務(wù)。人創(chuàng)造了建筑， 建筑反過來又影響了人。

　　2 現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題

　　明確建筑設(shè)計的作用后，再來看看建筑師對建筑物最初設(shè)計方案時的考慮： 建筑師更多的是考慮空間組成特點及安全問題，而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。對于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加， 豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計的控制因素， 其原因有兩個：

　　一， 較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒;

　　二， 側(cè)向力所產(chǎn)生

　　的傾覆力矩和剪切變形要大得多。與豎向荷載相比， 側(cè)向荷載對建筑物的效應(yīng)不是線性增加的， 而隨建筑高度的增高迅速增大。例如， 在所有條件相同時， 在風(fēng)荷載作用下， 建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其頂部的側(cè)向位移與高度的四次方成正比，地震的作用效應(yīng)更加明顯。在現(xiàn)代高層建筑中，問題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形，可見，現(xiàn)代建筑的高層結(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑有很大的差異，存在扭轉(zhuǎn)、共振、水平側(cè)向位移及剪重比等問題。

　　2.1 現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題

　　建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一， 在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞， 應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局， 盡可能使建筑物做到三心合一。

　　2.2 現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的共振問題

　　當(dāng)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(shè)計時就應(yīng)針對預(yù)估的建筑場地特征周期，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的層數(shù)，選擇合適的結(jié)構(gòu)類別和結(jié)構(gòu)體系，擴(kuò)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。

　　2.3 水平側(cè)向位移問題

　　水平側(cè)向位移即使是滿足建筑結(jié)構(gòu)規(guī)程的要求，并不能說明該結(jié)構(gòu)是合理的設(shè)計。同時還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，地震力的大小與結(jié)構(gòu)剛度直接相關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度小，結(jié)構(gòu)并不合理時，由于地震力小則結(jié)構(gòu)位移也小，位移在規(guī)范允許范圍內(nèi)，此時并不能認(rèn)為該結(jié)構(gòu)合理。因為結(jié)構(gòu)周期長、地震力小并不安全;其次，位移曲線應(yīng)連續(xù)變化，除沿豎向發(fā)生剛度突變外，不應(yīng)有明顯的拐點或折點。一般情況下剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎曲型;框架結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為剪切型; 框-剪結(jié)構(gòu)和框-筒結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎剪型。

　　2.4 剪重比及單位面積重度問題

　　結(jié)構(gòu)的剪重比 A=VJG 是體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在地震作用下反應(yīng)大小的一個指標(biāo)， 其大小主要與結(jié)構(gòu)地震設(shè)防烈度有關(guān)，其次與結(jié)構(gòu)體型有關(guān)，當(dāng)設(shè)防烈度為7、8、9 度時，基本周期大于5.0s的結(jié)構(gòu)，最小剪重比分別為0.012(0.018)，0.024(0.032)，0.040; 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯或基本周期<3.5s 的結(jié)構(gòu)最小剪重比則分別0.016(0.024)， 0.032(0.048)， 0.064。單位面積重度 rG=G/A(N/mO) 是衡量結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面取值是否合理和樓層荷載數(shù)據(jù)輸入是否正確的一個重要指標(biāo)。式中的 G 由結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重、樓面建筑面層及天棚抹灰(或吊頂)重、填充墻(包括抹面層)重和樓面使用荷載組成;A 則一般以地面以上的建筑面積總和計算， 以便有一個相對準(zhǔn)確的比較標(biāo)準(zhǔn)。定性地分析比較 r0值的大小，可得出以下結(jié)果，即一般內(nèi)部隔墻多的建筑大于間隔墻少的建筑;層數(shù)多的建筑略大于層數(shù)少的同性質(zhì)建筑; 設(shè)防烈度高的建筑大于設(shè)防烈度低的同性質(zhì)同規(guī)模建筑; 剪力墻多的建筑大于剪力墻少甚至僅為框架的建筑。一般多高層建筑的單位面積重度在 10～18kN/m2 之間，除個別較特別的以外， 多數(shù)在 15kN/m2 左右。以上兩個指標(biāo)不僅在施工圖設(shè)計階段， 而且在初步設(shè)計階段都是非常重要的數(shù)據(jù)， 其數(shù)值正常與否從另一個側(cè)面反映出結(jié)構(gòu)體系的選擇是否合適， 結(jié)構(gòu)布置(包括構(gòu)件截面確定)是否合理， 電算數(shù)據(jù)輸入是否正確， 以及最后決定電算結(jié)果是否可信可用等， 因此結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)對這兩個指標(biāo)重視。

　　3 結(jié)論

　　在進(jìn)行現(xiàn)代建筑設(shè)計過程中，一定要重視上述的主要問題，堵截現(xiàn)代建筑發(fā)生不安全的事故，才能發(fā)展現(xiàn)代建筑在城市中的作用， 才能讓現(xiàn)代建筑設(shè)計出符合于人們的生理、心理要求， 保證不是由于自身設(shè)計的安全問題對城市建設(shè)造成的不良影響和危害。

　　[參考文獻(xiàn)]

　　[1] 吳靜. 高層建筑鋼框架支撐形式的不同對其受力性能的影響[J]. 安徽建筑, 2003,(01) .

　　[2] 袁鴻. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計探究[J]. 大眾科技, 2004,(08) .

　　[3] 葉樺. 框剪結(jié)構(gòu)的彈性樓板設(shè)計方法[J]. 福建建筑, 2002,(04) .

　　[4] 蔡志鴻,黃奕輝,王全鳳. 高層建筑的防火安全——淺談世貿(mào)大廈的倒塌[J]. 福建建筑, 2003,(02) .

　　[5] 郭猛,姚謙峰,馬蘅,涂遠(yuǎn)軍. 平面中部帶剪力墻核心筒高層建筑結(jié)構(gòu)體系判定[J]. 水利與建筑工程學(xué)報, 2008,(03) .

　　[6] 彭斌,李傳才. 高層建筑轉(zhuǎn)換厚板有限元模型的建立[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計, 2001,(06) .

　　[7] 王春林,呂志濤,吳京. 高層核筒懸掛結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的參數(shù)分析[J]. 工程抗震與加固改造, 2008,(01) .

　　[8] 王德勤,韓平元,劉長龍,趙西安. 南京國際展覽中心索網(wǎng)點支式幕墻設(shè)計與施工[J]. 鋼結(jié)構(gòu), 2002,(04) .

　　[9] 王丹. 淺析高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[J]. 消費導(dǎo)刊, 2008,(11) .

　　[10] 汪志斌. 短肢剪力墻及異形柱在現(xiàn)代高層住宅中的應(yīng)用[J]. 廣西城鎮(zhèn)建設(shè), 2005,(01) .