時(shí)間：2023-03-29 09:24:48
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【論文摘要】:文章通過對比鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)介紹，闡述了新型、高效應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系將在我國二十一世紀(jì)大規(guī)模基本建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。
一、前言
鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)是建筑工程中最常用的2種結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)各有所長，前者具有重量輕、強(qiáng)度高、延性好、施工速度快、建筑物內(nèi)部凈空氣大等優(yōu)點(diǎn)，而后者剛度大、耗鋼量少、材料費(fèi)省、防火性能好。綜合利用這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為高層以建筑的發(fā)展開辟了一條新途徑。統(tǒng)計(jì)分析表明，高層建筑采用鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)和用鋼量約為鋼結(jié)構(gòu)的70%，而施工速度與全鋼結(jié)構(gòu)相當(dāng)于，在綜合考慮施工周期、結(jié)構(gòu)占用使用面積等因素后，混合結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于全鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
最近建設(shè)部和國家冶金工業(yè)局在頒布的《建筑用鋼技術(shù)政策》中，將鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)列為要大力推廣的建筑新技術(shù)，可以預(yù)見，混合結(jié)構(gòu)在高層辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院及住宅等建筑中將有較廣泛的應(yīng)用。
二、索張拉結(jié)構(gòu)
索張拉結(jié)構(gòu)基本受力構(gòu)件有三類：受壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件和受拉構(gòu)件。
對于受壓構(gòu)件，當(dāng)構(gòu)件長細(xì)比較大時(shí)，由于構(gòu)件會發(fā)生整體失穩(wěn)，構(gòu)件的作用不能充分發(fā)揮。對于受彎構(gòu)件，由于構(gòu)件截面應(yīng)力不均勻，截面邊緣的最大應(yīng)力往往控制構(gòu)件的設(shè)計(jì)，使得構(gòu)件材料不能充分發(fā)揮作用。只有受拉構(gòu)件，截面的應(yīng)力均勻，不會發(fā)生整體失穩(wěn)，如利用高強(qiáng)鋼索做成受拉構(gòu)件，能最大限度地發(fā)揮受拉構(gòu)件的作用，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。
在結(jié)構(gòu)體系中巧妙利用張拉構(gòu)件，結(jié)合少數(shù)剛性受壓構(gòu)件，可構(gòu)成受力合理的高效張拉結(jié)構(gòu)體系，不僅承載力高、剛度大，且能使各種材料的強(qiáng)度均得到很好的發(fā)揮。
三、索穹頂結(jié)構(gòu)
索穹頂結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一處特殊的索－膜結(jié)構(gòu)，是近幾年才發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)效率極高的張力集成體系。其外形類似于穹頂，而主要的構(gòu)件是鋼索，由始終處于張力狀態(tài)的索段構(gòu)成穹頂，利用膜材作為屋面，因此被命名為索穹頂。由于整個(gè)結(jié)構(gòu)除少數(shù)幾根壓桿外都處于張力狀態(tài)，所以充分發(fā)揮了鋼索的強(qiáng)度，只要能避免柔性結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的結(jié)構(gòu)松弛，索穹頂結(jié)構(gòu)便無彈性失穩(wěn)之虞，所以，這種結(jié)構(gòu)重量極輕，安裝方便，可具有新穎的造型，經(jīng)濟(jì)合理，被成功地應(yīng)用于一些大跨度和超大跨度的結(jié)構(gòu)。
四、膜結(jié)構(gòu)
膜結(jié)構(gòu)是張力結(jié)構(gòu)體系的一種，它以具有優(yōu)良性能的柔軟織物為膜材，由膜內(nèi)的空氣壓力支承膜面（充氣式膜結(jié)構(gòu)或所承式膜結(jié)構(gòu)），或利用鋼索或風(fēng)性支承結(jié)構(gòu)向膜內(nèi)預(yù)施加張力（張力膜結(jié)構(gòu)），從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大空間的結(jié)構(gòu)體系。膜結(jié)構(gòu)采用的薄膜的材料，大多采用涂層織物薄膜，分為兩部分，內(nèi)部為基材織物，主要決定膜材的力學(xué)性質(zhì)，提供材料的抗拉強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度等；外層為涂層，主要解決膜材的物理性質(zhì)，提供材料的耐火、耐久性及防水、自潔性等，常用膜材一般為聚酯織物涂敷氯乙烯涂層膜材、玻璃纖維織物涂敷聚四氟乙烯涂層或有機(jī)硅樹酯涂層膜材。膜材并接的結(jié)構(gòu)接縫多采用熱焊，非結(jié)構(gòu)接縫采用縫合。
膜結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：造型活潑優(yōu)美，富有時(shí)代氣息；自重輕，適合大跨度的建筑，充分利用自然光，減少能源消耗；價(jià)格相對低廉，施工速度快；結(jié)構(gòu)抗震性能好。
充氣膜結(jié)構(gòu)有單層、雙層、氣肋式三種形式，充氣膜結(jié)構(gòu)一般需要長期不間斷地能源供應(yīng)，在低拱度大跨度建筑中的單層膜結(jié)構(gòu)必須是封閉的空間，以保持一定氣壓差。在氣候惡劣的地方，空氣膜結(jié)構(gòu)的維護(hù)有一定的困難，不少建筑曾遭意外的漏氣而下癟。五、高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系
高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)是指用高強(qiáng)度材料、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)的施工工藝建筑起來的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今技術(shù)最先進(jìn)、用途最廣、最有發(fā)展前途的一種建筑結(jié)構(gòu)型式之一。目前，世界上幾乎所有的高大精尖的土木建筑結(jié)構(gòu)都采用了高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)，如，大型公共建筑、大跨重載工業(yè)建筑、高層建筑、大中跨度橋梁、大型特種結(jié)構(gòu)、電視塔、核電站安全殼、海洋平臺等幾乎全部采用了這一技術(shù)。
近年來，高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國發(fā)展迅速，已制定專門的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工規(guī)程、工程中應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系也很豐富。典型工程實(shí)例有：面積最大的單體預(yù)應(yīng)力工程是首都國際機(jī)場新航站樓工程，每層建筑面積約8.8萬平方米，總建筑面積約35平方米，在混凝土板、墻、框架、柱以及鋼屋架、鋼梁和鋼管網(wǎng)架中大量采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)；柱網(wǎng)最大的預(yù)應(yīng)力工程是深圳車港工程，標(biāo)準(zhǔn)層平面尺寸159×103.5米，標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)16×25米，總建筑面積9.5萬平方米；最在的預(yù)應(yīng)力鋼桁架工程是北京西站主站房工程，該預(yù)應(yīng)力鋼桁架跨度45米，桁架上承40米高的中式門樓，門樓總重5400余噸；層數(shù)最多的預(yù)應(yīng)力工程是廣東國際大夏主樓，總計(jì)63層；高度最高的預(yù)應(yīng)力工程是青島中銀大廈，總高度241米，58層，等等因篇幅所限，文章重點(diǎn)介紹首都國際機(jī)場新航站樓工程和北京西客站主站房工程。
首都國際機(jī)場新航站樓工程全面采用了高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)，僅無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋量就達(dá)4000余噸堪稱本世紀(jì)國內(nèi)最大的預(yù)應(yīng)力工程之一。新航站樓的基礎(chǔ)為整體預(yù)應(yīng)力平板片筏基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)采用了預(yù)應(yīng)力框架、剪力墻體系和預(yù)應(yīng)力板柱、剪力墻體系，部分屋面采用了預(yù)應(yīng)力空間焊接鋼管屋架。
［論文關(guān)鍵詞］高層建筑；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；結(jié)構(gòu)體系
我國改革開放以來，建筑業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，近十幾年我國已建成高層建筑萬棟，建筑面積達(dá)到2億平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大廈81層，高325米；廣州中天廣場80層，高322米；上海金茂大廈88層，高420.5米。另外在南寧市也建起第一高樓：地王國際商會中心即地王大廈共54層，高206.3米。隨著城市化進(jìn)程加速發(fā)展，全國各地的高層建筑不斷涌現(xiàn)，作為土建工作設(shè)計(jì)人員，必須充分了解高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其結(jié)構(gòu)體系，只有這樣才能使設(shè)計(jì)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量的基本原則。
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價(jià)的高低等。其主要特點(diǎn)有：
（一）水平力是設(shè)計(jì)主要因素
在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)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(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)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(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力性的不同而有較大的變化。
（二）側(cè)移成為控指標(biāo)
與低層或多層建筑不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大，與建筑高度H的4次方成正比（＝qH4/8EI）。
另外，高層建筑隨著高度的增加、輕質(zhì)高強(qiáng)材料的應(yīng)用、新的建筑形式和結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)、側(cè)向位移的迅速增大，在設(shè)計(jì)中不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，還要求具有足夠的抗推剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)，否則會產(chǎn)生以下情況：
1.因側(cè)移產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，尤其是豎向構(gòu)件，當(dāng)側(cè)向位移增大時(shí)，偏心加劇，當(dāng)產(chǎn)生的附加內(nèi)力值超過一定數(shù)值時(shí)，將會導(dǎo)致房屋側(cè)塌。
2.使居住人員感到不適或驚慌。
3.使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞，使機(jī)電設(shè)備管道損壞，使電梯軌道變型造成不能正常運(yùn)行。
4.使主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)大裂縫，甚至損壞。
（三）抗震設(shè)計(jì)要求更高
有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除要考慮正常使用時(shí)的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。
（四）減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要
高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎(chǔ)造價(jià)和處理措施，可以多建層數(shù)，這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟(jì)效益。
地震效應(yīng)與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。
（五）軸向變形不容忽視
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(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時(shí)，此種軸向變形的差異將會達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)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(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。
（六）概念設(shè)計(jì)與理論計(jì)算同樣重要
抗震設(shè)計(jì)可以分為計(jì)算設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)兩部分。高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算是在一定的假想條件下進(jìn)行的，盡管分析手段不斷提高，分析的原則不斷完善，但由于地震作用的復(fù)雜性和不確定性，地基土影響的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)體系本身的復(fù)雜性，可能導(dǎo)致理論分析計(jì)算和實(shí)際情況相差數(shù)倍之多，尤其是當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段之后，會出現(xiàn)構(gòu)件局部開裂甚至破壞，這時(shí)結(jié)構(gòu)已很難用常規(guī)的計(jì)算原理去進(jìn)行分析。實(shí)踐表明，在設(shè)計(jì)中把握好高層建筑的概念設(shè)計(jì)也是很重要的。
二、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系
（一）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則
1.鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑、設(shè)備和施工密切配合，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，并積極采用新技術(shù)、新工藝和新材料。
2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)重視結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)造，擇優(yōu)選擇抗震及抗風(fēng)性能好而經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系與平、立面布置方案，并注意加強(qiáng)構(gòu)造連接。在抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)整體抗震性能，使整個(gè)結(jié)構(gòu)有足夠的承載力、剛度和延性。
（二）高層建筑結(jié)構(gòu)體系及適用范圍
目前國內(nèi)的高層建筑基本上采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)體系有：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。
1.框架結(jié)構(gòu)體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系是由樓板、梁、柱及基礎(chǔ)四種承重構(gòu)件組成。由梁、柱、基礎(chǔ)構(gòu)成平面框架，它是主要承重結(jié)構(gòu)，各平面框架再由連系梁連系起來，即形成一個(gè)空間結(jié)構(gòu)體系，它是高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式之一。
框架結(jié)構(gòu)體系優(yōu)點(diǎn)是：建筑平面布置靈活，能獲得大空間，建筑立面也容易處理，結(jié)構(gòu)自重輕，計(jì)算理論也比較成熟，在一定高度范圍內(nèi)造價(jià)較低。
框架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是：框架結(jié)構(gòu)本身柔性較大，抗側(cè)力能力較差，在風(fēng)荷載作用下會產(chǎn)生較大的水平位移，在地震荷載作用下，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞比較嚴(yán)重。
框架結(jié)構(gòu)的適用范圍：框架結(jié)構(gòu)的合理層數(shù)一般是6到15層，最經(jīng)濟(jì)的層數(shù)是10層左右。由于框架結(jié)構(gòu)能提供較大的建筑空間，平面布置靈活，可適合多種工藝與使用的要求，已廣泛應(yīng)用于辦公、住宅、商店、醫(yī)院、旅館、學(xué)校及多層工業(yè)廠房和倉庫中。
2.剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在高層建筑中為了提高房屋結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度，在其中設(shè)置的鋼筋混凝土墻體稱為“剪力墻”，剪力墻的主要作用在于提高整個(gè)房屋的抗剪強(qiáng)度和剛度，墻體同時(shí)也作為維護(hù)及房間分格構(gòu)件。
剪力墻結(jié)構(gòu)中，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置，它剛度大，空間整體性好，用鋼量省。歷史地震中，剪力墻結(jié)構(gòu)表現(xiàn)了良好的抗震性能，震害較少發(fā)生，而且程度也較輕微，在住宅和旅館客房中采用剪力墻結(jié)構(gòu)可以較好地適應(yīng)墻體較多、房間面積不太大的特點(diǎn)，而且可以使房間不露梁柱，整齊美觀。
剪力墻結(jié)構(gòu)墻體較多，不容易布置面積較大的房間，為了滿足旅館布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共用房的要求，以及在住宅樓底層布置商店和公共設(shè)施的要求，可以將部分底層或部分層取消剪力墻代之以框架，形成框支剪力墻結(jié)構(gòu)。
在框支剪力墻中，底層柱的剛度小，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會產(chǎn)生很大內(nèi)力及塑性變形，因此，在地震區(qū)不允許采用這種框支剪力墻結(jié)構(gòu)。
3.框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，可以組成框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)既有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點(diǎn)，又有較大的剛度和較強(qiáng)的抗震能力，因而廣泛地應(yīng)用于高層建筑中的辦公樓和旅館。
4.筒體結(jié)構(gòu)體系。隨著建筑層數(shù)、高度的增長和抗震設(shè)防要求的提高，以平面工作狀態(tài)的框架、剪力墻來組成高層建筑結(jié)構(gòu)體系，往往不能滿足要求。這時(shí)可以由剪力墻構(gòu)成空間薄壁筒體，成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，以增強(qiáng)梁的剛度，也可以形成空間整體受力的框筒，由一個(gè)或多個(gè)筒體為主抵抗水平力的結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)。通常筒體結(jié)構(gòu)有：
（1）框架—筒體結(jié)構(gòu)。中央布置剪力墻薄壁筒，由它受大部分水平力，周邊布置大柱距的普通框架，這種結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)類似框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，目前南寧市的地王大廈也用這種結(jié)構(gòu)。
（2）筒中筒結(jié)構(gòu)。筒中筒結(jié)構(gòu)由內(nèi)、外兩個(gè)筒體組合而成，內(nèi)筒為剪力墻薄壁筒，外筒為密柱（通常柱距不大于3米）組成的框筒。由于外柱很密，梁剛度很大，門密洞口面積?。ㄒ话悴淮笥趬w面積50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空間整體作用，類似一個(gè)多孔的豎向箱形梁，有很好的抗風(fēng)和抗震性能。目前國內(nèi)最高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)如上海金茂大廈（88層、420.5米）、廣州中天廣場大廈（80層、320米）都是采用筒中筒結(jié)構(gòu)。
（3）成束筒結(jié)構(gòu)。在平面內(nèi)設(shè)置多個(gè)剪力墻薄壁筒體，每個(gè)筒體都比較小，這種結(jié)構(gòu)多用于平面形狀復(fù)雜的建筑中。
（4）巨型結(jié)構(gòu)體系。巨型結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)巨柱（通常由電梯井或大面積實(shí)體柱組成）以及巨梁（每隔幾層或十幾個(gè)樓層設(shè)一道，梁截面一般占一至二層樓高度）組成一級巨型框架，承受主要水平力和豎向荷載，其余的樓面梁、柱組成二級結(jié)構(gòu)，它只是將樓面荷載傳遞到第一級框架結(jié)構(gòu)上去。這種結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)梁柱截面較小，使建筑布置有更大的靈活性和平面空間。
除以上介紹的幾種結(jié)構(gòu)體系外，還有其他一些結(jié)構(gòu)形式，也可應(yīng)用，如薄殼、懸索、膜結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架等，不過目前應(yīng)用最廣泛的還是框架、剪力墻、框架—剪力墻和筒體等四種結(jié)構(gòu)。
［參考文獻(xiàn)］
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［2］GB50010－2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.
索張拉結(jié)構(gòu)基本受力構(gòu)件有三類：受壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件和受拉構(gòu)件。
對于受壓構(gòu)件，當(dāng)構(gòu)件長細(xì)比較大時(shí)，由于構(gòu)件會發(fā)生整體失穩(wěn)，構(gòu)件的作用不能充分發(fā)揮。對于受彎構(gòu)件，由于構(gòu)件截面應(yīng)力不均勻，截面邊緣的最大應(yīng)力往往控制構(gòu)件的設(shè)計(jì)，使得構(gòu)件材料不能充分發(fā)揮作用。只有受拉構(gòu)件，截面的應(yīng)力均勻，不會發(fā)生整體失穩(wěn)，如利用高強(qiáng)鋼索做成受拉構(gòu)件，能最大限度地發(fā)揮受拉構(gòu)件的作用，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。
在結(jié)構(gòu)體系中巧妙利用張拉構(gòu)件，結(jié)合少數(shù)剛性受壓構(gòu)件，可構(gòu)成受力合理的高效張拉結(jié)構(gòu)體系，不僅承載力高、剛度大，且能使各種材料的強(qiáng)度均得到很好的發(fā)揮。
2、索穹頂結(jié)構(gòu)
索穹頂結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一處特殊的索－膜結(jié)構(gòu)，是近幾年才發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)效率極高的張力集成體系。其外形類似于穹頂，而主要的構(gòu)件是鋼索，由始終處于張力狀態(tài)的索段構(gòu)成穹頂，利用膜材作為屋面，因此被命名為索穹頂。由于整個(gè)結(jié)構(gòu)除少數(shù)幾根壓桿外都處于張力狀態(tài)，所以充分發(fā)揮了鋼索的強(qiáng)度，只要能避免柔性結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的結(jié)構(gòu)松弛，索穹頂結(jié)構(gòu)便無彈性失穩(wěn)之虞，所以，這種結(jié)構(gòu)重量極輕，安裝方便，可具有新穎的造型，經(jīng)濟(jì)合理，被成功地應(yīng)用于一些大跨度和超大跨度的結(jié)構(gòu)。
3、膜結(jié)構(gòu)
膜結(jié)構(gòu)是張力結(jié)構(gòu)體系的一種，它以具有優(yōu)良性能的柔軟織物為膜材，由膜內(nèi)的空氣壓力支承膜面（充氣式膜結(jié)構(gòu)或所承式膜結(jié)構(gòu)），或利用鋼索或風(fēng)性支承結(jié)構(gòu)向膜內(nèi)預(yù)施加張力（張力膜結(jié)構(gòu)），從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大空間的結(jié)構(gòu)體系。膜結(jié)構(gòu)采用的薄膜的材料，大多采用涂層織物薄膜，分為兩部分，內(nèi)部為基材織物，主要決定膜材的力學(xué)性質(zhì)，提供材料的抗拉強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度等；外層為涂層，主要解決膜材的物理性質(zhì)，提供材料的耐火、耐久性及防水、自潔性等，常用膜材一般為聚酯織物涂敷氯乙烯涂層膜材、玻璃纖維織物涂敷聚四氟乙烯涂層或有機(jī)硅樹酯涂層膜材。膜材并接的結(jié)構(gòu)接縫多采用熱焊，非結(jié)構(gòu)接縫采用縫合。
膜結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：造型活潑優(yōu)美，富有時(shí)代氣息；自重輕，適合大跨度的建筑，充分利用自然光，減少能源消耗；價(jià)格相對低廉，施工速度快；結(jié)構(gòu)抗震性能好。
充氣膜結(jié)構(gòu)有單層、雙層、氣肋式三種形式，充氣膜結(jié)構(gòu)一般需要長期不間斷地能源供應(yīng)，在低拱度大跨度建筑中的單層膜結(jié)構(gòu)必須是封閉的空間，以保持一定氣壓差。在氣候惡劣的地方，空氣膜結(jié)構(gòu)的維護(hù)有一定的困難，不少建筑曾遭意外的漏氣而下癟。
4、高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系
高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)是指用高強(qiáng)度材料、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)的施工工藝建筑起來的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今技術(shù)最先進(jìn)、用途最廣、最有發(fā)展前途的一種建筑結(jié)構(gòu)型式之一。目前，世界上幾乎所有的高大精尖的土木建筑結(jié)構(gòu)都采用了高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)，如，大型公共建筑、大跨重載工業(yè)建筑、高層建筑、大中跨度橋梁、大型特種結(jié)構(gòu)、電視塔、核電站安全殼、海洋平臺等幾乎全部采用了這一技術(shù)。
近年來，高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國發(fā)展迅速，已制定專門的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工規(guī)程、工程中應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系也很豐富。典型工程實(shí)例有：面積最大的單體預(yù)應(yīng)力工程是首都國際機(jī)場新航站樓工程，每層建筑面積約8.8萬平方米，總建筑面積約35平方米，在混凝土板、墻、框架、柱以及鋼屋架、鋼梁和鋼管網(wǎng)架中大量采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)；柱網(wǎng)最大的預(yù)應(yīng)力工程是深圳車港工程，標(biāo)準(zhǔn)層平面尺寸159×103.5米，標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)16×25米，總建筑面積9.5萬平方米；最在的預(yù)應(yīng)力鋼桁架工程是北京西站主站房工程，該預(yù)應(yīng)力鋼桁架跨度45米，桁架上承40米高的中式門樓，門樓總重5400余噸；層數(shù)最多的預(yù)應(yīng)力工程是廣東國際大夏主樓，總計(jì)63層；高度最高的預(yù)應(yīng)力工程是青島中銀大廈，總高度241米，58層，等等因篇幅所限，文章重點(diǎn)介紹首都國際機(jī)場新航站樓工程和北京西客站主站房工程。
首都國際機(jī)場新航站樓工程全面采用了高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)，僅無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋量就達(dá)4000余噸堪稱本世紀(jì)國內(nèi)最大的預(yù)應(yīng)力工程之一。新航站樓的基礎(chǔ)為整體預(yù)應(yīng)力平板片筏基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)采用了預(yù)應(yīng)力框架、剪力墻體系和預(yù)應(yīng)力板柱、剪力墻體系，部分屋面采用了預(yù)應(yīng)力空間焊接鋼管屋架。
可以預(yù)計(jì)，隨著高性能預(yù)應(yīng)力材料（高強(qiáng)混凝土、高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋、新型纖維塑料筋等）的推廣應(yīng)用以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展，新型、高效應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系將在我國二十一世紀(jì)大規(guī)?；窘ㄔO(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。
綜合全文可知，建筑工程是一個(gè)整體，但是對建設(shè)工程中每個(gè)細(xì)節(jié)等要具體分析，根據(jù)實(shí)際情況施工。
【論文摘要】:文章通過對比鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)介紹，闡述了新型、高效應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系將在我國二十一世紀(jì)大規(guī)?；窘ㄔO(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。
一、前言
鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)是建筑工程中最常用的2種結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)各有所長，前者具有重量輕、強(qiáng)度高、延性好、施工速度快、建筑物內(nèi)部凈空氣大等優(yōu)點(diǎn)，而后者剛度大、耗鋼量少、材料費(fèi)省、防火性能好。綜合利用這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為高層以建筑的發(fā)展開辟了一條新途徑。統(tǒng)計(jì)分析表明，高層建筑采用鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)和用鋼量約為鋼結(jié)構(gòu)的70%，而施工速度與全鋼結(jié)構(gòu)相當(dāng)于，在綜合考慮施工周期、結(jié)構(gòu)占用使用面積等因素后，混合結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于全鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
最近建設(shè)部和國家冶金工業(yè)局在頒布的《建筑用鋼技術(shù)政策》中，將鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)列為要大力推廣的建筑新技術(shù)，可以預(yù)見，混合結(jié)構(gòu)在高層辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院及住宅等建筑中將有較廣泛的應(yīng)用。
二、索張拉結(jié)構(gòu)
索張拉結(jié)構(gòu)基本受力構(gòu)件有三類：受壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件和受拉構(gòu)件。
對于受壓構(gòu)件，當(dāng)構(gòu)件長細(xì)比較大時(shí)，由于構(gòu)件會發(fā)生整體失穩(wěn)，構(gòu)件的作用不能充分發(fā)揮。對于受彎構(gòu)件，由于構(gòu)件截面應(yīng)力不均勻，截面邊緣的最大應(yīng)力往往控制構(gòu)件的設(shè)計(jì)，使得構(gòu)件材料不能充分發(fā)揮作用。只有受拉構(gòu)件，截面的應(yīng)力均勻，不會發(fā)生整體失穩(wěn)，如利用高強(qiáng)鋼索做成受拉構(gòu)件，能最大限度地發(fā)揮受拉構(gòu)件的作用，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。
在結(jié)構(gòu)體系中巧妙利用張拉構(gòu)件，結(jié)合少數(shù)剛性受壓構(gòu)件，可構(gòu)成受力合理的高效張拉結(jié)構(gòu)體系，不僅承載力高、剛度大，且能使各種材料的強(qiáng)度均得到很好的發(fā)揮。
三、索穹頂結(jié)構(gòu)
索穹頂結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一處特殊的索－膜結(jié)構(gòu)，是近幾年才發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)效率極高的張力集成體系。其外形類似于穹頂，而主要的構(gòu)件是鋼索，由始終處于張力狀態(tài)的索段構(gòu)成穹頂，利用膜材作為屋面，因此被命名為索穹頂。由于整個(gè)結(jié)構(gòu)除少數(shù)幾根壓桿外都處于張力狀態(tài)，所以充分發(fā)揮了鋼索的強(qiáng)度，只要能避免柔性結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的結(jié)構(gòu)松弛，索穹頂結(jié)構(gòu)便無彈性失穩(wěn)之虞，所以，這種結(jié)構(gòu)重量極輕，安裝方便，可具有新穎的造型，經(jīng)濟(jì)合理，被成功地應(yīng)用于一些大跨度和超大跨度的結(jié)構(gòu)。
四、膜結(jié)構(gòu)
膜結(jié)構(gòu)是張力結(jié)構(gòu)體系的一種，它以具有優(yōu)良性能的柔軟織物為膜材，由膜內(nèi)的空氣壓力支承膜面（充氣式膜結(jié)構(gòu)或所承式膜結(jié)構(gòu)），或利用鋼索或風(fēng)性支承結(jié)構(gòu)向膜內(nèi)預(yù)施加張力（張力膜結(jié)構(gòu)），從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大空間的結(jié)構(gòu)體系。膜結(jié)構(gòu)采用的薄膜的材料，大多采用涂層織物薄膜，分為兩部分，內(nèi)部為基材織物，主要決定膜材的力學(xué)性質(zhì)，提供材料的抗拉強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度等；外層為涂層，主要解決膜材的物理性質(zhì)，提供材料的耐火、耐久性及防水、自潔性等，常用膜材一般為聚酯織物涂敷氯乙烯涂層膜材、玻璃纖維織物涂敷聚四氟乙烯涂層或有機(jī)硅樹酯涂層膜材。膜材并接的結(jié)構(gòu)接縫多采用熱焊，非結(jié)構(gòu)接縫采用縫合。
膜結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：造型活潑優(yōu)美，富有時(shí)代氣息；自重輕，適合大跨度的建筑，充分利用自然光，減少能源消耗；價(jià)格相對低廉，施工速度快；結(jié)構(gòu)抗震性能好。
充氣膜結(jié)構(gòu)有單層、雙層、氣肋式三種形式，充氣膜結(jié)構(gòu)一般需要長期不間斷地能源供應(yīng)，在低拱度大跨度建筑中的單層膜結(jié)構(gòu)必須是封閉的空間，以保持一定氣壓差。在氣候惡劣的地方，空氣膜結(jié)構(gòu)的維護(hù)有一定的困難，不少建筑曾遭意外的漏氣而下癟。五、高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系
高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)是指用高強(qiáng)度材料、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)的施工工藝建筑起來的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今技術(shù)最先進(jìn)、用途最廣、最有發(fā)展前途的一種建筑結(jié)構(gòu)型式之一。目前，世界上幾乎所有的高大精尖的土木建筑結(jié)構(gòu)都采用了高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)，如，大型公共建筑、大跨重載工業(yè)建筑、高層建筑、大中跨度橋梁、大型特種結(jié)構(gòu)、電視塔、核電站安全殼、海洋平臺等幾乎全部采用了這一技術(shù)。
近年來，高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國發(fā)展迅速，已制定專門的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工規(guī)程、工程中應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系也很豐富。典型工程實(shí)例有：面積最大的單體預(yù)應(yīng)力工程是首都國際機(jī)場新航站樓工程，每層建筑面積約8.8萬平方米，總建筑面積約35平方米，在混凝土板、墻、框架、柱以及鋼屋架、鋼梁和鋼管網(wǎng)架中大量采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)；柱網(wǎng)最大的預(yù)應(yīng)力工程是深圳車港工程，標(biāo)準(zhǔn)層平面尺寸159×103.5米，標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)16×25米，總建筑面積9.5萬平方米；最在的預(yù)應(yīng)力鋼桁架工程是北京西站主站房工程，該預(yù)應(yīng)力鋼桁架跨度45米，桁架上承40米高的中式門樓，門樓總重5400余噸；層數(shù)最多的預(yù)應(yīng)力工程是廣東國際大夏主樓，總計(jì)63層；高度最高的預(yù)應(yīng)力工程是青島中銀大廈，總高度241米，58層，等等因篇幅所限，文章重點(diǎn)介紹首都國際機(jī)場新航站樓工程和北京西客站主站房工程。
首都國際機(jī)場新航站樓工程全面采用了高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)，僅無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋量就達(dá)4000余噸堪稱本世紀(jì)國內(nèi)最大的預(yù)應(yīng)力工程之一。新航站樓的基礎(chǔ)為整體預(yù)應(yīng)力平板片筏基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)采用了預(yù)應(yīng)力框架、剪力墻體系和預(yù)應(yīng)力板柱、剪力墻體系，部分屋面采用了預(yù)應(yīng)力空間焊接鋼管屋架。
目前，我國建筑抗震技術(shù)已經(jīng)有了一定的提高，但是與國外的技術(shù)相比還有很大的差距。建筑工程師還不能把建筑設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)很好的結(jié)合，建筑抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展還比較慢，并且抗震設(shè)計(jì)也不能與各地區(qū)的實(shí)際情況很好的結(jié)合。我國抗震設(shè)計(jì)存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
1.1工程師缺乏實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)
由于我國的科技水平不高，不能準(zhǔn)確的判斷地震的成因，并且對其預(yù)測，造成居民的很大損失，還有在地質(zhì)地震等方面的研究不夠，特別是建筑物的抗震能力方面。這就導(dǎo)致我國建筑設(shè)計(jì)中抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展滯后，而且也沒有統(tǒng)一規(guī)范的設(shè)計(jì)理念，因而很難實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的抗震目標(biāo)。
1.2工程師對實(shí)際情況的考量不足
目前，很多建筑工程師只是根據(jù)數(shù)據(jù)和固有的一些參數(shù)進(jìn)行施工，缺少對地區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行考量。因?yàn)椴煌貐^(qū)地質(zhì)的構(gòu)造截面的實(shí)際承載能力不同，所以要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行檢測計(jì)算。不能根據(jù)固定地震降級系數(shù)來進(jìn)行施工，例如，我國建筑抗震設(shè)計(jì)中的把地震降級系數(shù)固定為2.81，容易導(dǎo)致工程師把小級別的抗震應(yīng)用到建筑抗震設(shè)計(jì)中，當(dāng)遭到大級別的地震時(shí)，建筑物不具備抗震能力，會造成很大的損失。
2.建筑抗震設(shè)計(jì)的注意要點(diǎn)
2.1堅(jiān)持建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的對稱原則
目前，根據(jù)相關(guān)的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)定，建筑工程師要堅(jiān)持建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則，同時(shí)要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師做大簡單、規(guī)則的設(shè)計(jì)，從而做到建筑物遇到小級地震不壞、中級地震可以修補(bǔ)、高級地震不會倒的目標(biāo)。并且要求工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師遵循豎向形態(tài)的建筑規(guī)則，通常選擇方形和圓形的形狀，因?yàn)榫匦魏吞菪蔚男螤钜?guī)則比較均勻。按照此類形狀設(shè)計(jì)的建筑物，在遇到地震時(shí)內(nèi)部構(gòu)件承受力比較均衡，通常只會出現(xiàn)平移震動(dòng)，而一些非對稱結(jié)構(gòu)的建筑在地面平移時(shí)，會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)震動(dòng)，主要是因?yàn)榻ㄖ锏馁|(zhì)心和剛心不能重合，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，建筑物的內(nèi)部構(gòu)件會遭到嚴(yán)重的破壞，發(fā)生變形。
2.2注重建筑構(gòu)件與連接點(diǎn)處質(zhì)量
在建筑工程設(shè)計(jì)和施工過程中建筑構(gòu)件的合理配置以及連接點(diǎn)處的質(zhì)量與建筑施工安全質(zhì)量存在直接的聯(lián)系。并且在新型建筑材料問世的同時(shí)建筑物的外部設(shè)計(jì)大都會采用新型建筑材料，例如大理石、瓷磚等。而建筑室內(nèi)裝飾也會使用到吊頂?shù)燃夹g(shù)。這些室內(nèi)以及立面裝飾本身存在抗震性能的問題，并且其與建筑主體的牢固連接也是抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。近幾年，在一些地震災(zāi)害中，發(fā)生過很多下“玻璃雨”的事情，主要原因是目前的技術(shù)還不能防止地震中玻璃幕墻的變形，因此，在很多地震中，一些高層建筑的玻璃幕墻會遭到很大的破壞。所以，如果在建筑中采用玻璃幕墻，必須提高建筑構(gòu)件與連接處的質(zhì)量，從而保證玻璃幕墻在地震時(shí)不會變形。并且在遭遇地震時(shí)能夠與建筑物脫離，將所受到破壞的程度降到最小。此外，在內(nèi)隔墻、玻璃隔斷等構(gòu)件的設(shè)計(jì)上也要提高連接點(diǎn)的質(zhì)量，保證建筑主體連接點(diǎn)的牢固性，從而提高建筑物的抗震性。
2.3關(guān)注建筑頂部抗震
建筑屋頂?shù)目拐鹪O(shè)計(jì)對于高層建筑物有重要的影響。這就要求設(shè)計(jì)師十分重視建筑頂部的抗震設(shè)計(jì)，在遭遇地震時(shí)，建筑屋頂過高、過重都會加重建筑的變形程度，特別是我國的高層建筑物中普遍存在這樣的問題，如果不重視高層建筑屋頂?shù)目拐鹪O(shè)計(jì)，發(fā)生地震時(shí)，下層建筑物會受到很大的影響。如建筑的屋頂與下層建筑的重心沒有位于同一條直線上，那么建筑屋頂?shù)目箓?cè)力墻也會與下層建筑的抗側(cè)力墻出現(xiàn)分離，當(dāng)?shù)卣鸪霈F(xiàn)時(shí)則會加劇損壞。因此在高層或超高層建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該使用新型高強(qiáng)度輕質(zhì)的建筑材料，盡可能保證屋頂?shù)闹匦呐c下層建筑的重心位于通一條直線。當(dāng)建筑屋頂?shù)妮^高時(shí)要保證其抗震定性，緩解地震帶來的變形作用。此外頂部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也適當(dāng)?shù)倪x用強(qiáng)度高、剛性均勻輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料。
2.4建筑豎向布置
建筑豎向布置主要體現(xiàn)在建筑物的高度結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及剛度的設(shè)計(jì)中，特別是在高層或超高層建筑中建筑的豎向布置對于建筑抗震設(shè)計(jì)來說更加重要。建筑樓層的使用功能差異導(dǎo)致建筑物樓層分布的質(zhì)量和剛度均不一致，例如樓層包括游泳池、會議室、健身房等。樓層的功能導(dǎo)致樓層上下之間的剛度差異過大。高層建筑中剛度最差的樓層的抗震性能最為薄弱，在出現(xiàn)地震時(shí)即為變形嚴(yán)重的薄弱層。在建筑設(shè)計(jì)中由于樓層功能不同導(dǎo)致的墻體不連續(xù)，柱子不對稱等極大的限制了抗震性能。因此在建筑抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量保證豎向的剛度分布靠近，尤其是在結(jié)構(gòu)上剛度轉(zhuǎn)換層更加要著重注意。
2.5建筑設(shè)計(jì)需要達(dá)到的設(shè)計(jì)限值
在實(shí)際的工程操作以及設(shè)計(jì)時(shí)，一定要嚴(yán)格遵循我國相關(guān)部門的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，例如在8度的防烈度情況下，粘土磚多對地震降級系數(shù)固定為2層建筑物的高度不能夠高于18m，建筑層數(shù)不能大于6層等。一旦超過相關(guān)的規(guī)定，就會嚴(yán)重影響到建筑物的抗震能力，除此之外，對于建筑物局部的墻體尺度也要控制它的最小值，保與實(shí)際情況結(jié)合在一起證墻體截面的抗震強(qiáng)度能夠滿足抗震要求，避免墻體在地震時(shí)不會出現(xiàn)開裂或者倒塌等破壞情況的發(fā)生。
3.結(jié)束語
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，其結(jié)構(gòu)材料的選擇對結(jié)構(gòu)整體性能也有重大影響，表1列出了結(jié)構(gòu)材料性能對比。當(dāng)前，設(shè)計(jì)人員在對房屋建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，其與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比，具有相當(dāng)大的優(yōu)勢:①相比于混凝土以及磚石結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能更好，其能夠把建筑結(jié)構(gòu)受力體系由平面發(fā)展至空間，增強(qiáng)建筑安全性能;②鋼結(jié)構(gòu)更加輕盈，具有明顯的技術(shù)美、藝術(shù)美以及自然美;③鋼材料類型多樣，建筑手段與方法層出不窮，此兩者相結(jié)合來，有利于提高建筑施工進(jìn)度，降低施工成本。綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于房屋建筑中，不但能夠滿足人們對于建筑物耐用性、功能性以及安全性的要求，還能夠提高其經(jīng)濟(jì)性與美觀性，符合建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)，十分值得推廣。
2房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用中需要注意的問題
2.1前期的參與
對于建筑施工項(xiàng)目而言，其前期的設(shè)計(jì)方案很大程度上直接決定了建筑施工質(zhì)量和施工成本，但是不少建筑項(xiàng)目的前期方案確定時(shí)，并未進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，忽略了建筑結(jié)構(gòu)的合理性以及經(jīng)濟(jì)性，從而使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度及成本在一定程度上被提高了。因此，對于設(shè)計(jì)人員而言，在建筑的前期設(shè)計(jì)中一定要重視優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的融入，從而達(dá)到節(jié)約成本、提高質(zhì)量的目的。
2.2細(xì)部優(yōu)化
當(dāng)設(shè)計(jì)人員對建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，其不僅要關(guān)注整體設(shè)計(jì)，更要關(guān)注到基本構(gòu)件的精細(xì)設(shè)計(jì)。例如:在對現(xiàn)澆板進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視其受力程度，避免產(chǎn)生拐角裂縫。當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論同計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，優(yōu)化設(shè)計(jì)也從工程實(shí)踐向著數(shù)學(xué)問題發(fā)展。因此，對于工程設(shè)計(jì)人員而言，其應(yīng)全面掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高建筑設(shè)計(jì)的合理性和準(zhǔn)確性。
3工程實(shí)例
3.1工程概況
下文主要分析了某住宅建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，該住宅建筑地上32層，地下1層，結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)框架剪力墻。根據(jù)該建筑項(xiàng)目的實(shí)際需求以及現(xiàn)場情況綜合分析之后，決定應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式的改進(jìn)與創(chuàng)新。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，以計(jì)算機(jī)為輔助，實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)工程的全局優(yōu)化。
3.2優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)范
在對該建筑工程項(xiàng)目進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格地遵循有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范，針對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所存在的不足，如:安全性較差、要求過寬等，結(jié)合實(shí)際施工條件對其進(jìn)行了優(yōu)化處理。
3.3前期參與
在本工程中，設(shè)計(jì)人員在工程的前期規(guī)劃中即結(jié)合了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際需求與施工條件，對建筑結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了科學(xué)取舍，保證其施工可行性與經(jīng)濟(jì)性。值得注意的是，在建筑前期規(guī)劃中，設(shè)計(jì)人員不應(yīng)僅憑自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，否則容易出現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)體系受力情況把握不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象，直接導(dǎo)致建筑質(zhì)量不過關(guān)，不利于后期的施工，容易造成建筑建設(shè)成本的大幅度增加。
3.4概念設(shè)計(jì)
在建筑項(xiàng)目的建設(shè)過程中，若是其結(jié)構(gòu)布局方式不同，設(shè)計(jì)效果也大不相同。因此，在對房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)細(xì)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化和概念設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合，從而切實(shí)有效提高結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。在本工程中，將建筑的概念設(shè)計(jì)作為了設(shè)計(jì)工作中的一大重點(diǎn)，貫穿于整個(gè)的設(shè)計(jì)過程之中。概念設(shè)計(jì)主要是對缺乏相應(yīng)數(shù)值的細(xì)節(jié)進(jìn)行處理，例如:地震設(shè)防烈度量化等情況，若是僅僅依靠相應(yīng)的公式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，得出的結(jié)果必然會和實(shí)際情況存在較大差異，而使用概念設(shè)計(jì)，則可將數(shù)值當(dāng)作一種參考依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中細(xì)節(jié)的合理把握，提高結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
3.5結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的效益分析
在本工程中，優(yōu)化后方案同優(yōu)化前方案相比，更加科學(xué)合理;同時(shí)，其有效降低了施工成本，工程結(jié)束后，對整個(gè)工程造價(jià)進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)工程造價(jià)降低了26%。
4結(jié)語
根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，建筑結(jié)構(gòu)的分類也有所區(qū)別。根據(jù)不同的施工方法，建筑結(jié)構(gòu)可分為混合結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。由于剪力墻具有較強(qiáng)的抗側(cè)剛度和抗震性能，而且用鋼量也比較小，因而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得以廣泛應(yīng)用。簡單來說，剪力墻結(jié)構(gòu)就是利用鋼筋混凝土墻板來承受來自垂直方向和水平方向的力的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，通常會使用鋼筋混凝土墻板取代之前框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，從而提高承受荷載的能力。換言之，剪力墻結(jié)構(gòu)主要指的是豎向的鋼筋混凝土墻板，而橫向仍然沿用鋼筋混凝土的大樓板搭載在墻上，而這個(gè)結(jié)構(gòu)就成為剪力墻結(jié)構(gòu)
2剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則
2.1剪力墻的厚度與高和寬相比，要小很多，幾何特征類似于板，受力形態(tài)接近于柱，但其又與柱存在明顯的區(qū)別，即其肢長和厚度的比值，當(dāng)比值不超過3時(shí)，可以按照柱來計(jì)算，當(dāng)比值介于3-5之間，則可作為異形柱，并按雙向受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。
2.2在剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻作為平面構(gòu)件，不僅需要承受來自平面作用的水平剪力和彎矩，同時(shí)還需要承受豎向壓力。在這種狀態(tài)下，剪力墻在水平作用下如同底部嵌固與基礎(chǔ)懸臂梁在地震作用或風(fēng)載下，因此，剪力墻不僅需要具備一定的剛度，還需要具備能夠滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性。
2.3剪力墻結(jié)構(gòu)中最突出的特點(diǎn)就是在同一平面內(nèi)剛度和承載力較大，而平面外剛度以及承載力則比較小。當(dāng)剪力墻與平面外的梁相接時(shí)，會導(dǎo)致墻肢外平面外彎矩的發(fā)生，但一般不會對墻的平面外剛度和承載力造成影響，因此，應(yīng)盡量避免開平面外搭接，如果遇到不得不搭接的情況，則應(yīng)根據(jù)具體的相關(guān)規(guī)定采取合理的解決辦法，以對剪力墻平面外的安全形成可靠保障。
2.4剪力墻的設(shè)計(jì)技術(shù)需要對豎向和水平作用下的結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行綜合分析，在求得內(nèi)力后，按照偏壓或偏拉進(jìn)行正截面承載力和斜截面受剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算。一般情況下，在計(jì)算剪力墻承載力時(shí)，對帶翼墻的計(jì)算寬度應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況取最小值。
3剪力墻的特點(diǎn)分類
近幾年來，剪力墻廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要是由于其具有多方面的優(yōu)勢，具體來說包括了抗側(cè)剛度大，側(cè)移?。唤Y(jié)果后自重大，抗震性能高；室內(nèi)墻面平整。但同時(shí)也有其弊端，如施工復(fù)雜、造價(jià)較高。在具體的施工當(dāng)中，剪力墻的開洞與否以及開洞尺寸的大小，可以具體分為以下幾種情況：
3.1整體小開口剪力墻：開洞面積不小于15%，但仍屬于面積較小的剪力墻，其受力特點(diǎn)在于彎矩圖在連梁處突變。
3.2實(shí)體墻：沒有開洞或者開洞面積不足15%的墻。受力特點(diǎn)體現(xiàn)在像一個(gè)整體的懸臂墻，此時(shí)彎矩圖沒有突變同時(shí)也不會產(chǎn)生反彎點(diǎn)。
3.3壁式框架：洞口尺寸偏大，而且連梁線與墻肢線剛度相互比較接近的墻。這種情況下，彎矩圖會在樓層出發(fā)生突變，并在大部分樓層中出現(xiàn)反彎點(diǎn)。
3.4雙肢或多肢剪力墻：開洞比較大或者洞口成列形狀布置的墻。其受力特點(diǎn)與整體開口較小的墻比較相似。
4剪力墻的布置原則
4.1在進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意的是應(yīng)當(dāng)沿著主軸的方向進(jìn)行雙向或多向布置，最好能夠在不同的方向使得剪力墻相連，并最大程度防止出現(xiàn)對直或拉通的情況；在設(shè)計(jì)抗震功能結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量促使兩個(gè)方向的側(cè)向剛度相互接近，并保證剪力墻的墻肢截面尺寸符合設(shè)計(jì)規(guī)范。在高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻應(yīng)當(dāng)沿主軸方向或其它方向進(jìn)行雙向或多向布置，尤其是對于抗震功能的設(shè)計(jì)，要盡量防止單方向有墻模式的出現(xiàn)，從而保證其能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用。另外，剪力墻要保證分布均勻，并且數(shù)量適宜。在剪力墻配置較少時(shí)，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度也會隨之減弱，而如果配置數(shù)量較大，墻體也難以真正發(fā)揮作用，功能得不到充分發(fā)揮，并造成抗側(cè)力的剛度過大，震力也有所增加，最后影響自重。
4.2剪力墻的布置應(yīng)遵循豎直方向上從下往上布置的順序，從而防止剛度突變情況的發(fā)生。在高層建筑中，剪力墻的墻肢截面應(yīng)當(dāng)盡量簡易，并保證剪力墻在豎直方向上的高度的均勻性，另外還應(yīng)當(dāng)在剪力墻的洞口或者門窗處形成明確的墻肢和連接梁。
4.3剪力墻在布置設(shè)計(jì)時(shí)要均勻分配不易過密，以保證整個(gè)結(jié)構(gòu)具有相互適應(yīng)側(cè)向的剛度，如果側(cè)向剛度過大，會導(dǎo)致墻體自身的重力過大，而且在發(fā)生地震時(shí)還會增加震力，而增加建筑倒塌的可能性，留下安全隱患。
4.4務(wù)必保證剪力墻的洞口或者門窗上下對齊，并且成列布置，另外為了保證剪力墻的承重力，不發(fā)生變形，應(yīng)當(dāng)避免使用疊合的錯(cuò)洞墻。
4.5短肢剪力墻指的是墻肢的截面長度與厚度之間的比值介于5-8之間，而在高層建筑中，則不能全部都采用短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式，而是需要將短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的最大使用高度適當(dāng)?shù)慕档汀?/p>
5剪力墻在建筑設(shè)計(jì)施工中的應(yīng)用
5.1剪力墻平面結(jié)構(gòu)布置剪力墻的平面布置首先要做到的就是保證均勻，并保證質(zhì)量中心和剛度中心處在重合的狀態(tài)下，減少力矩對墻體的作用力。剪力墻在施工中應(yīng)當(dāng)沿主軸方向布置，并保證剪力墻的抗側(cè)力剛度保持在合理范圍內(nèi)，如果有必要可適當(dāng)增加可利用空間，并保證適當(dāng)?shù)母叨取Ａ硗?，剪力墻還應(yīng)當(dāng)保持合理的間距，通常采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行設(shè)計(jì)，公式為T=(0.05-0.06)n，其中n為建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)。實(shí)際剪力墻的數(shù)量應(yīng)當(dāng)與計(jì)算結(jié)果接近。剪力墻處理要具備較強(qiáng)的承重能力與剛度，還應(yīng)當(dāng)保證良好的延伸性和彈性，從而保證其在因外力作用產(chǎn)生裂縫時(shí)，剪力墻還能夠不發(fā)生倒塌。
5.2剪力墻約束邊緣構(gòu)件處理約束邊緣構(gòu)件能夠促使剪力墻的承載能力得以顯著提高，并減少層間位移，同時(shí)提高抗震能力，而且對于墻板也能提供穩(wěn)定作用。剪力墻抗震設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足第一振型的抵抗力矩大于承受力矩的一半以上。約束邊緣構(gòu)件的確定應(yīng)當(dāng)以剪力墻相關(guān)軸壓比為依據(jù)。一般來說，抗震等級較高的剪力墻，應(yīng)當(dāng)采取層數(shù)較多的約束邊緣構(gòu)件，并有效控制剪力墻的均勻性，以從根本上提高墻肢的承重能力。
6結(jié)束語
