浅谈多层建筑结构的设计问题

刘勇

（陕西信隆建筑工程设计咨询有限公司陕西西安710000）

【摘要】随着经济建设的高速发展，我国多层建筑迅速增多，形成了强大的冲击波。面对如此形势，把多层建筑的结构设计放在首位加以研究，对建筑创作是非常重要的。本文将就多层建筑结构设计中的一些问题加以探讨。

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关键词 多层建筑；结构设计

Talking about the design of multi-storey building structure

Liu Yong

(Shaanxi Nobutaka Architectural Engineering Consulting Co., LtdXi´anShanxi710000)

【Abstract】With the rapid development of economic construction, China´s rapid increase in multi-storey buildings, a strong shock wave. Faced with such a situation, the first place to study the structural design of multi-storey buildings, the architectural creation is very important. This paper will multistory building structure design issues to be explored.

【Key words】Multi-story building;Structural design

1. 建筑设计作用

1.1建筑设计应首要解决功能问题。

功能是什么？功能就是空间使用者对空间环境的各种要求，包括生理要求和心理要求。人类大量的活动要在建筑中进行，所有与人生理有关的问题都应得到解决，如呼吸、行走、坐、卧、进食、排泄、取暖、避寒等等。这是建筑设计要解决的第一步，也是人为自己创造空间的基本要求。其次，作为高等动物的人有比其它动物更高的需求。如：羞耻感（隐秘性）、光线、适宜的高度、声音，最后应满足人们社会性需求和精神文化需求。所以，功能所体现的就是人（设计者）在充分考虑自身多种需求的条件下为人（使用者）所创造的空间环境。然后，人（使用者）在这样的环境下长期生活，这样的空间的优缺点又在生理及心理或是文化习惯上影响着人。

1.2建筑设计与城市的关系。

讨论建筑设计的作用，首先应该讨论建筑设计与城市的关系。人类营造城市所投入的巨大劳动和智慧让一个个文明灿烂登场又黯然谢幕。今天即使古代文明灰飞烟灭了，但当我们看到遗迹的时候依然会为那壮美与精致而震惊。众所周知，人类在河流的渡口和道路的节点聚居形成了村镇，随着经济活动的开展，有了市场的出现，城市的功能骤然形成了，之后随着人口的剧增、交通的频繁和城市的扩展，人们创造了环境。所以建筑设计直接关系到城市的风格与文明程度，从而得出“人创造了空间，空间反过来又影响了人”的结论。

1.3建筑为人服务，人创造了建筑，建筑反过来又影响了人。

2. 现代建筑结构设计存在的问题

2.1明确建筑设计的作用后，再来看看建筑师对建筑物最初设计方案时的考虑：建筑师更多的是考虑空间组成特点及安全问题，而不是详细地确定它的具体结构。对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的，但是，随着高度的不断增加，竖向结构体系成为设计的控制因素，其原因有两个：

（1）较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；

（2）侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比，地震的作用效应更加明显。在现代高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯和抵抗变形，可见，现代建筑的高层结构受力性能与低层建筑有很大的差异，存在扭转、共振、水平侧向位移及剪重比等问题。

2.2现代建筑结构设计中的扭转问题。

建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。结构的扭转问题是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能使建筑物做到三心合一。

2.3现代建筑结构设计中的共振问题。

当建筑场地发生地震时，如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近，建筑物和场地就会发生共振。因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期，通过调整结构的层数，选择合适的结构类别和结构体系，扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别，避免共振的发生。

2.4水平侧向位移问题。

水平侧向位移即使是满足建筑结构规程的要求，并不能说明该结构是合理的设计。同时还需要考虑周期及地震力的大小等综合因素。因为结构抗震设计时，地震力的大小与结构刚度直接相关，当结构刚度小，结构并不合理时，由于地震力小则结构位移也小，位移在规范允许范围内，此时并不能认为该结构合理。因为结构周期长、地震力小并不安全；其次，位移曲线应连续变化，除沿竖向发生刚度突变外，不应有明显的拐点或折点。一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型；框架结构的位移曲线应为剪切型；框一剪结构和框一筒结构的位移曲线应为弯剪型。

2.5剪重比及单位面积重度问题。

结构的剪重比A=VJG是体现结构在地震作用下反应大小的一个指标，其大小主要与结构地震设防烈度有关，其次与结构体型有关，当设防烈度为7、8、9度时，基本周期大于5.0s的结构，最小剪重比分别为0.0 12(0.018)， 0.024 (0.032)， 0.0 4 0；扭转效应明显或基本周期＜3.5 s的结构最小剪重比则分别0.016(0.024）， 0.0 3 2(0.048)， 0. 0 6 4。单位面积重度r G＝G／A（N／m2）是衡量结构构件截面取值是否合理和楼层荷载数据输人是否正确的一个重要指标。式中的G由结构构件自重、楼面建筑面层及天棚抹灰（或吊顶）重、填充墙（包括抹面层）重和楼面使用荷载组成；A则一般以地面以上的建筑面积总和计算，以便有一个相对准确的比较标准。定性地分析比较r值的大小，可得出以下结果，即一般内部隔墙多的建筑大于间隔墙A建筑；层数多的建筑略大于层数少的同性质建筑；设防烈度高的建筑大于设防烈度低的同性质同规模建筑；剪力墙多的建筑大于剪力墙少甚至仅为框架的建筑。一般多高层建筑的单位面积重度在10－18KN／m2之间，除个别较特别的以外，多数在15KN／m2左右。以上两个指标不仅在施工图设计阶段，而且在初步设计阶段都是非常重要的数据，其数值正常与否从另一个侧面反映出结构体系的选择是否合适，结构布置（包括构件截面确定）是否合理，电算数据输人是否正确，以及最后决定电算结果是否可信可用等，因此结构设计时应对这两个指标重视。

3. 结论

在进行现代建筑设计过程中，一定要重视上述的主要问题，堵截现代建筑发生不安全的事故，才能发展现代建筑在城市中的作用，才能让现代建筑设计出符合于人们的生理、心理要求，保证不是由于自身设计的安全问题对城市建设造成的不良影响和危害。

［文章编号］1006-7619（2015）08-26-323