現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì);

　　1 建筑設(shè)計(jì)作用

　　1.1 建筑設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(diǎn)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(jì)與城市的關(guān)系

　　討論建筑設(shè)計(jì)的作用首先應(yīng)該討論建筑設(shè)計(jì)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(gè)個(gè)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(shí)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(diǎn)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(jì)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(jì)存在的問題

　　明確建筑設(shè)計(jì)的作用后，再來看看建筑師對建筑物最初設(shè)計(jì)方案時(shí)的考慮： 建筑師更多的是考慮空間組成特點(diǎn)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(jì)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(jì)的控制因素， 其原因有兩個(gè)：

　　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(shí)， 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(jì)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(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn)，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(jì)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(jì)時(shí)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(jì)中的共振問題

　　當(dāng)建筑場地發(fā)生地震時(shí)，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(jì)時(shí)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(jì)。同時(shí)還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)，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(shí)并不能認(rèn)為該結(jié)構(gòu)合理。因?yàn)榻Y(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(diǎn)或折點(diǎn)。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(gè)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(shí)，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(gè)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(jì)算， 以便有一個(gè)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(gè)別較特別的以外， 多數(shù)在 15kN/m2 左右。以上兩個(gè)指標(biāo)不僅在施工圖設(shè)計(jì)階段， 而且在初步設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)時(shí)應(yīng)對這兩個(gè)指標(biāo)重視。

　　3 結(jié)論

　　在進(jìn)行現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)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(jì)出符合于人們的生理、心理要求， 保證不是由于自身設(shè)計(jì)的安全問題對城市建設(shè)造成的不良影響和危害。

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