建筑结构设计研讨（4篇）范文

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第一篇：房屋建筑结构设计节能环保探析

摘要:

笔者基于房建结构中节能环保设计状况实地调查之后，并结合相关理论和国家政策进行分析，充分意识到在资源日益匮乏，生态环境日趋恶化的总趋势下，建筑行业应改变传统的发展模式，走集约化发展道路，顺应人们对环保、绿色和舒适这一追求的潮流，从而提高房建设计的科学性和节约性，提高居民居住舒适度和幸福指数。

关键词:

房间结构；节能；环保；问题

1国外节能环保设计的发展状况

随着人们环保意识的逐渐提高，房建结构中节能环保设计获得了较快发展，并取得了阶段性成果。西欧部分国家在房建的供暖设备方面采取了节能技术，并形成了初具规模的产业部门，比如说:供暖设备调控元零件、控温膜、保温门窗。在建筑工程方面实践成果主要有:

(1)改造现有建筑，与推倒重建的做法不同，欧美各国广泛采取改造和翻新方式，这样可以保证短时间之内收回投资资金;

(2)提高建筑的保温性能，节能环保设计的关键是“超隔热”技术，首先是将隔热层加倍然后在墙壁例外设置不透气层。这样的话，夏天可防止室外气体的流入，冬天可积聚室内火炉和电器散发的热量。虽成本会提升5%，但能源消耗将会大大降低。目前，北美已建设将近三万座超大型隔热建筑;

(3)建筑法规方面，欧美国家差不多每年修订一次房建节能环保标准，逐步提升标准和水平。比如英国外墙传热系数限制值能源危机前的1.6W到现在的0.45W。而在丹麦这一数值仅为0.2和0.3W，相形之下，我国的标准还有待降低;

(4)知名的节能环保设计专家有:Grim-shaw，Rogers，NormanForster。

2国内节能环保设计的发展状况

相比西方发达国家，国内起步较晚，发展速度稍慢，不管是在理论建树还是实践成果方面都有待提升。我国七十年代开始进行太阳能建筑设计的相关研究。近年来取得了一定的发展成果，但是仍然存在不少问题:

(1)颁布与节能环保有关的建筑设计法律法规，比如说1986年，《民用建筑节能设计标准》，文件号:JCJ26—86，节能标准:30%，适用范围:采取地区居住建筑。1993年，《民用建筑工程设计规范》，文件号:GB50176—93，使用范围:全国民用建筑。1993年3月，《旅游建筑热工及空气调节节能设计标准》，文件号:GB50189—93，适用范围:商业性旅馆建筑。1994年，《建筑节能“九五”计划和2010年规划目标》，节能标准:50%，使用范围:全国。2001年，《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》，文件号:JCJ24—2001，节能标准:50%，适用范围:夏热冬冷地区居住建筑。法规条文只是提供了宏观管理的指导标准，在细节落实方面并不清晰明了，比如，要求提高节能标准，但实施，监督，管理，分析，评估，考核，奖惩机制并不明显;

(2)最早1995年就已提出节能50%的标准，但截至2000年，达到这一节能标准的建筑比例约为7%，时至今日，仍然有很多地区部门办公建筑存在超标问题;

(3)技能环保设计方案问题，国外虽有比较成熟的研究方法，但是我国地理环境复杂，南方是低山丘陵地区，西部高原山地，东北平原，华北黄土高原，这就要求相关技术人员严格依据国内各地实际气象气候条件和地理环境进行节能环保设计。比如，西藏和新疆有丰富的太阳能资源，东北丰富的风力;

(4)节能环保设计方案设计初期需要依据的分析方法和设计对策，理论成果相对缺乏，在房间结构设计过程中考虑如何节能环保，房屋建筑的总体设计充分利用当地的气候和地理条件，房屋建筑的建筑规模大小建成之后是否会形成水泥森林，从而导致热岛效应的形成，及建筑设计方案将会产生多大的能源消耗等这些节能环保的关键问题，我国工程师归于这些问题还比较陌生;

(5)国内现在的建筑大体是千城一面，钢筋水泥结构，缺乏地域特色和民族风情，个别独具特色的设计大多模仿借鉴西方模式，缺乏自主创新设计，问题主要表现在:①尽管东西部气候差异很大，但是城市路灯一律采用白炽灯，能源消耗量比较大;②南北维度相差大，风向不一，但房屋建筑的设计并没有结合当地的地理条件呈现不同角度的倾斜，基本上都是坐南朝北的走向，完全没利用太阳辐射和自然风力对室内气候进行调节。

3与节能环保有关的建筑学设计理论

维特鲁威提出房建用地的选择需要考虑主导风向，建筑结构适应气候的多样性，充分地利用太阳能。17和18世纪建筑设计普遍减少窗户数量以达到对热量的控制。1963年，V•奥戈雅提出“生物气候地方主义”的设计理论，将人体生理性需求作为设计的出发点;印度的科里亚提出“形式追随气候”设计观念，与之类似。1993年BrendaandRobert合著的《绿色建筑———为可持续发展而设计》提出了节能环保理念:循环利用材料和能源，节约能源，尊重环境，整体设计观念。“绿色建筑”成为建筑行业的主流发展形式。还有其他的:可持续发展建筑和生态建筑，建筑技能主要的技术手段。

4房间结构中节能环保设计方案

(1)墙体节能设计。房屋建筑的外围结构主要是墙体和窗户以及屋面，房建结构设计必须考虑风水问题，即通风排水问题。据调查资料显示:一般房屋建筑的能源消耗分为供暖设备约占47.2%，照明设备约占32.3%，电梯和卫生间约占20.5%。由此可见，墙体热工性能的改善能够有效地降低能耗。保温外墙体必须具备相关方面的性能，发挥蓄热、保温、阻热的作用，室内温差保持在一定距离内。保温外墙体分为两种:单一型和复合型。其他节能墙体:①防晒墙，这种方法主要为了解决夏季西晒时间比较长的墙体设计，相比于遮阳板或隔热玻璃，它的成本比较经济，建筑方便。但是隔热墙的设计需要与建筑保持适当的距离，既能有效起到隔热效果，又能保证建筑通风流畅;②集热蓄热墙，使用热容量大的材料作为外围材料，可有效地维持室内温度，既不会因为太阳的辐射温度过度上升也不会因为冷却而降温，使得房间温差稳定在五度以内;③透明保热墙，其工作原理是在光照强的情况下，吸收热量，在夜间散发热量。如何提高透明隔热材料的隔热效率，是需要解决的核心问题。

(2)屋顶节能设计。房屋建筑的顶面一般是平面，隔热设备为隔温板。屋顶在整个房屋中起到遮阳挡雨防水隔热保温的效果，对室内小环境影响比较大，传统屋顶一般都是铺设保温板或者控温膜。但是现代建筑中，采取多种形式，绿化植被或者储蓄清水，在热量的吸收和散发两方面都发挥巨大作用。主要的节能屋顶有:①通风屋顶和架空屋顶，主要适用于夏热冬冷的地区，因为夏天温度较高，可以加快热量的散发;而冬季温度比较低，可以有效控制室内热量的流失。典型的代表就是印度建筑学家科里亚所设计的MRF总部的办公大厦;②绿色屋顶，房屋建筑进行绿化设计，种植草坪，或者养花栽树，或者种植蔬菜从而有效降低“热岛效应”所带来的影响，其优越性主要表现在绿色植物的光合作用，提供大量的氧气，改善空气质量，营造一个舒适的办公环境，并且废弃物不会给环境带来污染;③水池屋顶，在屋顶蓄水是一种有效解决热量问题的措施，首先水的比热容比较高，温度变化比较小，作为液体的水在蒸发时间需要吸收大量的热量，从而降低室内温度，并且可以和美学结合起来进行设计，提高审美水平。

(3)外窗节能设计。房屋建筑中窗户的位置，朝向和数量及面积的大小对于夏季降温和冬季升温具有很大的影响，一般房屋建筑为了保证室内亮度和采光，一般都会设计比较大的窗户，并且为了室内空气流畅，常常会前后窗户对应设计。但是带来的问题就是热量的控制。因为窗户一般都是玻璃材料，夏季玻璃会吸收大量的热量到室内，从而增加降温的能耗，据调查显示，夏季因为太阳强烈光照所造成的室内热量增加而需要消耗的冷气占据空调总制冷负荷的三分之一左右。而冬季室内热量通过窗户大量流失，增加供暖负担，资料显示，冬季玻璃窗户所损失的热量大约占供热负荷的一般左右，即供暖设备所产生的暖气一般都流失了，增加能源消耗，污染环境。节能环保技术一般从三个方面进行:①减少渗透量，有效降低室外热量对室内的渗透，一般是在夏季，可以种植绿色植物，比如爬山虎;②减少传热量，有效控制室内热量的流失，一般是在冬季，可以在室内人工培养热循环的小环境，③减少太阳辐射量，这个可以从各个方面进行解决。

参考文献：

［1］高宏逵．夏热冬冷地区办公建筑节能设计对策研究［D］．工学硕士论文，2007．

作者:朱树根 单位:南昌市第九建筑工程公司

第二篇：高层建筑结构设计的问题分析

摘要:

随着我国城市化进程的不断加快，为了解决城市人口激增和土地资源紧张的问题，高层和超高层建筑的数量不断增加，成为了建筑产业的重要组成部分。但是由于高层建筑的结构具有较大的变化性和复杂性，在设计中有诸多难点和问题需要解决，以保障高层建筑质量的安全性和可靠性。为此，本文首先对高层建筑结构设计的要点和原则进行了简要概括，然后对该项工作中存在的问题进行了总结，最后就如何解决这些问题提出了几点个人意见，希望能为广大同行提供参考意见。

关键词:

高层建筑；结构设计；问题；对策

我国社会经济的快速发展，城市规模不断扩大，大量的外来务工人员在促进城市发展和进步的同时，也导致了一系列问题的产生，其中表现最突出的就是城市居民的居住问题。为了解决这一问题，高层建筑大量涌现。和一般的建筑比较，高层建筑在设计中的难度更大，只有确保其设计的科学性以及合理性，才能为顺利施工提供保障。由此可知，设计是高层建筑建设中的核心环节，对于保证工程质量具有重要意义。针对高层建筑结构设计中抗风、抗震、消防以及扭转等问题，本文从其设计要点和原则出发，对问题和对策进行了具体讨论。

1高层建筑结构设计概述

1．1主要原则

首先，制定科学的基础方案。在高层建筑中，地质条件是其结构设计的决定性因素。要提高基础方案的科学性，需要设计人员准确把握其荷载的分布情况和结构类型，对影响其施工的各种因素进行和综合分析。其次，明确计算简图。在高层建筑的结构设计中，计算简图必须包含结构的计算设计。如果计算简图存在问题，就容易导致安全隐患。因此，为了确保高层建筑结构设计的安全性，必须重视这一原则。最后，选择合适的计算工具。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，在高层建筑的结构设计中发挥了巨大的作用。

1．2基本要点

在设计高层建筑结构时，需要注意控制以下几点:第一，遭遇暴风和地震力时，高层建筑的水平侧向力;第二，对高层建筑的长度、宽度和高度比例进行严格控制;第三，确保高层建筑的整体不存在薄弱环节，保持其平面、体型、立面质量和刚度的对称性和匀称性;第四，对地震、风力、温度变化和沉降导致的形变进行合理控制。在上述设计要点中，抗风、抗震结构、消防设计和扭转问题需要特别注意。

2高层建筑结构设计中存在的主要问题

2．1抗风结构设计问题

高层建筑的楼层比较多，而且高度较高，这样就很容易让风在建筑表面的流动性发生变化，和空气产生相关的动力效应。在这一作用下，风力就会对高层建筑中的柔软结构生成静力或者动力形态的震动。这种震动会对高层建筑的墙体、装饰、支撑等结构产生较大的影响。因此在进行结构时，一定要注意抗风结构的合理性，预防建筑物结构被损坏。

2．2抗震结构设计问题

这一结构的设计一直都是高层建筑结构设计的难点之一，在很大程度上是因为设计人员缺乏足够的灵活性，很容易忽略对地震的科学规划。高层建筑的结构具有一定的复杂性，如果设计人员无法取得精确的抗震计算结果，就会影响抗震结构设计的完整性，一旦发生地震，就很容易导致高层建筑遭到巨大破坏。因此，这一点需要引起设计人员的重视，尤其是在地震多发地区。

2．3消防结构设计问题

我国和建筑有关的行业标准中对高层建筑结构的消防设计提出了明确的要求，规定其必须确保消防设计的科学性和合理性。但是从目前的实际情况来看，高层建筑结构的消防设计还存在很多解决的难题，例如使用的建筑材料的易燃性较高，在高层建筑结构中，火势更容易蔓延，而且疏散的难度高于普通建筑。另外，排烟系统的合理设计存在较大难度，居住的人口数量较多，等等，都是高层建筑结构消防设计需要综合考虑的问题。2．4扭转问题在高层建筑结构的设计中，其刚度中心、几何形心和结构重心是必须考虑的建筑三心，尽量让三心汇集于同一点，即三心合一。如果在结构设计中无法满足这一要求，就会导致扭转问题的发生，在水平力的作用下，高层建筑的结构会遭受较大破坏。

3高层建筑结构设计问题的解决对策

3．1促进抗风结构设计方案的逐步优化

这一措施可以从高层建筑结构设计中存在的问题和难点出发，具体实施方案如下:第一，优化基础。要确保高层建筑结构具备良好的通风性能，最重要的就是要有牢固的基础结构。为了满足这一要求，在设计基础部分时，可以采用级配等级较高的砂石，并且在基础的持力层中增加抗拔锚杆。第二，增强高层建筑节能结构的设计。在高层建筑非承重构件的设计过程中，可以充分利用剪力墙和楼板等能耗部件尽量抵消风能对建筑本身产生的影响。第三，降低风力叠加和水平载荷对高层建筑结构的影响。受到风力作用的影响，高层建筑很有可能产生结构内力。这种结构内力在水平方向上，还可能和风力进行叠加，从而产生更大的水平作用力，会对高层建筑产生很大的影响。因此，在设计高层建筑抗风结构时，应该要严格控制水平力对其的影响程度，尽量选择性能较高的混凝土开展施工，降低结构内力出现的风险。第四，增强建筑结构的抗风力和承载能力。在设计时，可以根据相关的数据对其抗风力和承载力进行验算，并将参数适度放大，确保其具备良好的抗风性能。

3．2不断优化抗震结构的设计方案

首先，对抗侧力构件进行合理安排。设计高层建筑结构时，如果能确保水平方向中的对称性，就可以有效预防并控制地震对其造成的破坏。通过调整抗侧力构件的位置，能够促进应力分布系统在水平方向上的形成。假如能够同时增强测力构件在垂直方向上的性能，可以形成一套比较良好的应力分布系统，提高建筑结构的稳定性和连续性，增强其抗震性能。其次，加强地基的抗震性能。一旦发生地震，高层建筑结构的地基最容易遭到破坏。为了预防这一问题，可以在地基的基础施工中增加桩基的埋深深度，增强它和上部结构的联动性。再次，提高剪力墙的性能。采取这一措施的主要目的是为了增强剪力墙在地震中吸收建筑内力的功效的功能，这样就可以通过墙体和楼板刚度的增强来对建筑的移位进行控制，满足抗震需求。最后，实现高层建筑结构构件的一体化设计。通过对扶壁、筒口、筒脚的简单化设置，达到相应建筑物的对称。另外，可以将相应的柱子、楼板进行一体化设计，有效加强整体结构的连续性和刚度，增强建筑物的抗震能力。

3．3优化消防结构的设计方案

在高层建筑结构的消防设计中，首先应该对防火结构之间的距离进行科学控制。如果其结构设计和当地的地形条件相符，则防火结构的间距可以适当增加。从材料的使用角度来看，尽量减少易燃材料的使用范围和使用频率，多采用耐火性能好的材料。同时，为了降低火灾事故发生后人员的伤亡，必须建立良好的疏散系统。在消防结构设计时，可以通过设置双通道疏散，增设防烟区、耐火区、避难层等设施来增加消防能力。同时，高层结构可以通过设置相应的隔离结构来有效地控制火势蔓延，增强建筑消防安全能力。

3．4扭转问题的优化设计

在地震因素或者风载荷的作用下，高层建筑很容易出现扭转问题。为了有效预防这一问题的发生，需要我们选择科学的结构形式，并对布局进行和合理安排，使高层建筑的刚度中心、几何形心和结构重心保持一致。受到建筑场地，或者是城市规划街道景观的要求等因素的限制，高层建筑无法全部采用相对简单的平面方式，那么在选择比较复杂的建筑结构，例如“T型”或“十”字型等，就必须确保突出部分的长宽比在要求的范围内。另外，在布置结构时，尽量好使其保持对称，这样有助于提高其稳定性。

参考文献：

［1］南春峰，黄朝刚．探究高层建筑结构设计的问题及对策［J］．现代装饰(理论)，2016，01(27):263－264．

［2］岳文萍，茂，刘飞飞．高层建筑结构设计的问题及对策探讨［J］．住宅与房地产，2016，37(03):90－91．

［3］郭怀祥．浅谈超高层建筑结构设计的关键性问题［J］．中华民居(下旬刊)，2014，12(09):357－358．

［4］张秀丽．高层建筑结构设计的问题及对策探讨［J］．中国建材科技，2014，20(S2):61－62．

作者:赵海峰 单位:内蒙古电力勘测设计院有限责任公司

第三篇：高层建筑结构设计中抗震问题研究

摘要：

随着国民经济的快速发展，我国高层建筑的数量呈几何式的增长，高层建筑已经成为城市中最主要的建筑形式，然而限于以前我国经济条件所限，我国的抗震标准偏低，高层建筑的抗震性能不佳，相关行业规范急需调整，我国高层建筑设计过程中存在一系列问题，针对高层建筑抗震设计中的相关问题，应该当采取积极的应对措施，切实提高高层建筑的抗震性能。

关键词：

高层建筑；结构设计；抗震问题

一、高层建筑抗震设计的原则

高层建筑抗震设计主要遵循以下四点：应选择有利抗震的场地和地基进行建设：高层建筑的建设范围应尽量避开地震带，如果实在无法避免应采取必要的抗震措施。在危险地段上是不能进行高程建筑的建设工作。在设计前需要计算好建筑结构的自震周期，并与场地的周期错开，以防止地震发生时，出现共振现象导致建筑破坏。建立良好的抗震结构：良好的结构类型是在保证高层建筑的抗震性的同时，具备良好的经济性。结构中应设计对到抗震防线，以防止部分构件或结构损坏而导致整个建筑的抗震体系被破坏。在青海地震中，玉树县结古镇的建筑结构以土木结构为主，该结构并不具备良好的抗震性能，且并没有采取足够的抗震措施，导致该地区90%的房屋发生坍塌。尽量设计多道抗震防线：地震一般不会只发生一次，在第一次地震后，一定会发生多次余震及第二次地震。如果高层建筑只有一道抗震防线，在第一次地震后备破坏，将无力面对之后的第二次地震或多次余震。青海地震一共发生了两次地震及多次余震。许多在第一次没有震塌的建筑都毁于了第二次或之后的余震中。设计利于抗震的建筑平面：在进行建筑的平面设计时，应尽可能地保证建筑结构的刚度和质量的均匀分配。建筑结构与平面设计应采用对称的方式，才能在地震中有效地变扭转效应。青海地震主要发生在玉树县结古镇，当地的房屋建筑大多数是由居民自主建设的，因为缺乏足够的建筑专业知识，所以没有考虑到建筑平面设计的抗震需求也是非常常见的。

二、高层建筑结构设计中抗震问题

1.高度问题

根据我国现行的高层建筑技术结构规范，以钢筋混凝土为基本结构的高层建筑都有一定的合理高度。这个合适高度与当前经济发展水平、建筑技术发展水平以及建筑施工水准直接吻合，具有极高的安全性和稳定性，然而实际的高层建筑建设中可能出现高度超限的客观情况，导致其抗震能力大打折扣，危害公众安全。在高层建筑建设实施中应该以严谨审慎的态度结合工程实践的相关经验科学合理处理，确保高层建筑符合适宜高度。

2.建筑结构材质问题

由于地震带来的严重危害，人们越来越偏重于抗震性能好的高层建筑结构形式以及建筑材料，尤其在地震多发地带这个趋势更加明显。我国高度达到150m的建筑物广泛采用的建筑结构体系有框一筒、筒一中筒和框架一支撑三种。我国高层建筑基本以钢筋混凝土的建筑结构为主，其主要结构是钢筋混凝土核心筒，变形控制基准是钢筋混凝土结构的位移限制。但是，考虑到钢筋混凝土的弯曲变形有较大的侧移，只是依赖刚度本身就比较小的钢框架的协调配合来减弱侧移，无疑无法收到理想的抗震效果，同时还加大了钢结构负担。

3.抗震设防烈度低

在当今中国经济水平得到长足发展的时代背景下，我国现行的建筑结构设计规范已经远远落后于现实的要求，已经很难适应当下的国情，建筑结构设计规范应该在某种程度上进行调整，以适应当前对抗震安全性的新要求。以前受制于财力不足的限制，我国建筑结构设计标准低，抗震设防烈度低，建筑结构在抗震中的经济损失很大，因此基于地区设防烈度的级别制定相应的弹性设计标准得到了众多业界人士的支持。

三、增强高层建筑结构抗震性能的具体策略

1.高层建筑结构弹塑性

在发生地震时，高层建筑物，会在地震力影响下，出现不同程度的形变。此时，建筑中的抗震组织，会发挥塑形保持的作用。对此，针对于高层建筑，必须要注重其建筑的抗震能力，以及建筑弹塑性变形能力的分析研究。因此，在高层建筑工程抗震设计中，对于建筑的弹塑性分析计算是非常关键的一个点。在分析高层建筑结构的弹塑性时，分析的方法主要体现在以下两点：即弹塑性动力以及弹塑性静力分析法。弹塑性动力分析方法，以结构统计模型为前提。这种方式的应用，虽然理论上分析较为简单，但是实际的操作，对于技术人员的专业水平要求较高，对此加强设计人员的综合素质培养，是非常有必要的。从而更好地降低地震破坏的后果，同时在对其进行分析时，地震波会产生很大的影响。最后的结果往往会有很多个，这时就要对结果进行仔细地研究，更好地保证其研究的结果。弹塑性静力分析法，采取的是结构统计模型，在使用过程中，需要结合空间协同平面结构模型、三维空间模型，照比第一种方法，分析结果受到地震波的影响不大，但是对于建筑底层的水平载荷要求较高。

2.合理选择高层建筑材料

在进行高层建筑抗震设计时，材料的选择十分重要。对于即将选择的材料，要科学地分析其材料的抗震性能，对材料的参数变异性进行整体研究，保证最终材料的选择的合理性。同时，还需要对材料的承载能力进行充分的考虑，保证材料抗震分析的全面性。从抵抗地震的要求来看，建筑结构还需要具备一定的延性，为了充分地满足需求，在选择建筑材料时，就需要充分地考虑建筑施工的各个方面的实际兴情况，选择最为科学合理的建筑材料，提升高层建筑抗震能力的同时，保证材料选择的科学性及经济性。

3.增多抗震防线的建设

高层建筑的抗震设计中包含防线建设，为了达到提升抗震能力的目的，可以增多抗震防线的建设。这样一来，在发生地震时，即使第一道防线被破坏，第二道、第三道，甚至是更多道的防线均会起到阻挡地震作用力的目的，减低建筑物倒塌发生率。通常来说，多个肢节和壁式框架的框架剪力墙结构是比较有效的防震结构之一。框架剪力墙中包含多道抗震防线，第一道抗震防线为剪力墙，这是主要的抗侧力构件，当剪力墙的数量比较多时，其所具备的承载能力也会相应的提升。同时，在地震的作用下，剪力墙开裂之后，任一层框架部分的框架和墙会协同一起分散地震剪力，降低地震作用对建筑物的伤害。此外，框架剪力墙中的剪力墙也可以进行连梁的设置，通过连梁的防线作用，改善建筑物的抗震能力。

4.加强高层建筑工程的质量监督

近几年我国经历的几场地震中，特别是汶川地震后，被破坏的建筑普遍存在这一定的质量问题，这是导致建筑受损严重的最主要因素。建设施工时的不规范给建筑结构的抗震效果带来严重的潜在危害，一旦地震发生建筑结构将变得相对脆弱，所以要全面加强相应的监督机制，使高层建筑的设计、施工、监理等各个环节发挥应有的作用，切实保证高层建筑结构的优良，确保其在地震发生时具有较好的抗震效能。

四、结语

本文通过对高层建筑结构抗震设计的基本方法进行阐述，然后对高层建筑的受力特点及结构类型进行分析，得出提高建筑抗震性能的设计方案，希望本文可以对以后高层建筑结构设计提供有利的帮助，从而提高高层建筑的抗震性能，促进高层建筑的进步与发展。

参考文献：

[1]董丽萍.高层建筑结构抗震设计要点解析[J].山西建筑，2015(6)：52-53.

[2]曾建宁.高层建筑结构抗震设计优化措施探讨[J].科技创新导报，2015(16)：84.

[3]朱晓玉.抗震理念在高层建筑结构设计中的应用[J].中国房地产业，2015(9)：67，69.

[4]韩炯.高层建筑结构抗震设计优化措施解析[J].建材与装饰，2015(49)：80-81.

作者:张秀珍 单位:内蒙古交通设计研究院有限责任公司

第四篇：建筑结构设计中短柱延性分析

摘要:

随着社会经济的发展，高层建筑在诸多城市建设中不断涌现出来。在对高层建筑进行设计的时候，多数设计都可以采用计算软件进行设计，降低了设计人员的工作量，但还有一部分工作需要设计人员进行操作，即按照软件计算结果计算建筑的受力状态，对建筑结构构造措施进行设计。本文主要针对高程建筑中短柱延性设计的提升进行分析和研究。

关键词:

高层建筑；结构设计；短柱延性；分析

在高层建筑建设中，短柱的应用已经比较普遍，而在层高设计一定的情况下，为了使建筑延性提高，需要增加柱截面积，降低轴压比，轴压比越小，柱截面积越大。所以，在高层建筑结构设计中，为了对轴压比限值进行满足，往往需要将柱的截面积提高，出现短柱构造，甚至是超短柱构造。而在抗震性能的要求下，短柱要求具有足够的抗震性能，需要将短柱延性进行提高，本文也针对建筑结构设计中延性提高的方法进行分析。

1确定短柱的方法

根据相关要求，短柱的定义为柱子净高(H)比截面高度(h)，即H/h≤4时，将该柱称为短柱，在建筑施工中，施工技术人员对短柱进行判定的时候多数都按照该判定方法来确定。该判定方法用到的参数只是层高与柱截面的关系，而对柱本身的内力关系没有应用。而按照材料力学、结构力学理论，根据剪跨比(λ)也可作为短柱的衡量依据，即λ=M/Vh≤2时，该柱也为短柱，但是与层高与柱截面的关系下的H/h≤4的短柱判定方法相比，在这一条件下，λ的取值未必小于2，即不一定是短柱。在多数设计中，设计人员都采用H/h≤4来判断短柱，主要依据的原理包含以下几个方面:首先，λ=M/Vh≤2;其次，因为框架柱反弯点多数都已交接近柱中点，因此M取值为0.5VH，则此时λ≤2，即H/h≤4。但是在高层建筑中，由于柱、梁线刚度比较小，特别是建筑底部基层，柱体嵌固的影响比较大，并且柱受梁的约束弯矩较小，反弯点高度大于柱高的一半，甚至反弯点不存在，此时如果仍采用H/h≤4来判断短柱是不合理的，应该采用λ=M/Vh≤2进行判定。如果反弯点没有在柱中点，那么柱上部与下部截面弯矩值是不同的，即Mh≠Mt。所以，上部与下部的剪跨比也不同，即λh=Mh/Vh≠λt=Mt/Vt。这个时候，对短柱进行判断时，采用哪一个截面剪跨比判断，是一个重点考虑的问题。经过分析研究，认为取二者中的较大值作为判定短柱的依据，即λ=max(λh，λt)，其原因包含以下方面:第一，框架柱可看做一个连续梁，受定值轴压力，柱高(Hn)类似于连续梁的剪跨，相关试验研究显示，连续梁剪跨一定时，在截面下部、上部配置同样的纵筋，在弯矩较大的区段会出现剪切破坏;第二，在框架柱中，弯矩较大的区段也会发生临界斜裂缝。实际上，在连续梁剪跨或柱高范围内，在弯矩较大的区段上会出现最大剪跨比。随着剪跨比的增大，钢筋混凝土构件的抗剪力会降低。因此，在相同条件下，弯矩较小区段的抗剪承载力要比弯矩较大区段的抗剪承载力要大。在荷载作用下，弯矩较大区段上发生剪切破坏的可能性大于弯矩较小区段。所以，将上端和下端截面中剪跨比较大的值作为判断短柱的剪跨比值，是符合要求的。通常而言，位于高层建筑底部基层中框架柱的反弯点都是位于柱上部的，即Mb＞Mt。这个时候，对短柱进行判定的时候，可按照以下公式进行，式(1):Hn/h≤2/yn，式中，Hn表示n层柱的净高。yn表示n层柱的反弯点高度比，按照几何关系，可知:yn=1/(1+ψ)，其中，ψ=Mt/Mb，0≤ψ≤Hn。如果反弯点出现在柱的中点，则有ψ=1，yn=0.5，则式(1):Hn/h≤4;如果反弯点在柱上端，则ψ=0，yn=1，则式(1):Hn/h≤2;如果不存在反弯点，则可直接按照最大弯矩作用截面的剪跨比λ=M/Vh≤2进行判断。通常而言，计算过程中，可对反弯点高度比yn按照D值法进行确定，然后根据式(1)计算对是否属于短柱进行初步判断。

2提高短柱延性的措施

2．1使用钢管混凝土柱

在薄壁圆形钢管内填入混凝土构成的结构即为钢管混凝土。钢管对混凝土产生侧向约束力，混凝土处于受压状态，混凝土的抗压强度及极限压应变能力都得到提升，特别是对高强度混凝土延性的改善效果非常明显。除此以外，结构中钢管不但发挥了横向箍筋的作用，也发挥了纵筋的作用，管径与管壁厚度比值小于90，类似于混凝土配筋率超过4.6%，明显超出抗震要求中混凝土配筋率要求。由于此类结构的抗压强度与抗变形能力非常好，即便是在高轴压比下，受压区都不会出现先破坏的现象，与钢柱相比，也不会出现屈曲失稳情况。所以，为了对截面转动能力进行控制，对轴压比限值不需要限定。钢管混凝土单支柱承载力计算可用公式(2)计算，式(2):承载力≤Φ1ΦeNθ，式中，θ表示套箍指标，值域［0.3，3］。根据式(2)，在套箍指标选择合适的情况下，使用高强度混凝土可使柱子的承载力大大提高，且柱截面可大大降低，比普通钢筋混凝土柱至少降低一半，消除了短柱，抗震性能能够大大提高。

2．2使用钢骨混凝土柱

将混凝土外包于钢骨即可构成钢骨混凝土柱。一半情况下钢骨的类型包含十字形截面、口字形截面和工字形截面集中，和钢结构对比，钢结构构件局部可能出现屈曲，而钢护混凝土柱由于钢构件外部包裹有混凝土，不会发生屈曲现象，柱子的整体强度得到了加强，钢材的强度可以有效的发挥出来。而且与一般钢结构柱相比，采用钢骨混凝土结构可降低一半以上的钢材用量。而与混凝土结构相比，由于钢骨的存在，使柱子的承载力大大提高，柱的截面积也有效的降低，由于混凝土在钢骨翼缘及箍筋作用下受到约束，提高了混凝土的延性，柱的延性与耗能能力都得到加强。该结构类型中，对混凝土与钢材的优势都得到了最大限度的发挥，具有延性好、截面小、自重轻等优势，在高层建筑中的应用对抗震性能可有效的改善。

2．3使用分体柱

对于短柱而言，其抗弯承载力与抗剪承载力要大很多，所以在地震作用下，抗剪承载力如果受到破坏后，抗弯强度再大也都无法发挥出来。所以，可将短柱的抗弯强度人为性的降低，使其略低于抗剪强度即可，在地震条件下，柱子抗弯强度受到发挥出现，呈现延性破坏作用。为了使抗弯强度降低，在柱中可沿竖向设置缝隙，将短柱一分为二或四部分，构成分体柱，各分体柱均单独配筋，在分体柱之间设置连接缝，使各分体柱的初期刚度增加。相关研究显示，分体柱与整体柱相比，抗剪能力基本一致，抗弯承载力降低，这就使柱子的变形能力与延性都得到了提升，由原来的抗剪型破坏形态转变为弯曲型破坏形态，也将短柱消除，变为分体长柱，对剪跨比λ≤2时的抗震性能有效的进行了改善。

3结语

对短柱进行判断时，采用剪跨比λ≤2作为判断依据，要将短柱的截面尺寸尽可能的减小，使短柱的承载能力尽可能的提高，对短柱的延性采用各种方法进行提升，有效的提高短柱的抗震性能。在实践中，钢管混凝土、钢骨混凝土等结构类型，对短柱的承载能力提升效果非常显著，而分体柱在改善短柱抗震性能方面效果非常好。在高层建筑中的应用，也有效的减少了建筑底部几层结构中短柱及超短柱的出现，避免了因短柱脆性破坏造成的建筑抗震性能下降的问题出现。

参考文献：

［1］康洪涛，王兴洋．高层建筑抗震设计短柱问题的处理方案［J］．科技信息，2013(12):412．

［2］谢国．试论高层建筑框架结构的延性设计［J］．河南科技，2013(13):166+170．

作者:陈德源 单位:厦门同安建筑设计院