钢结构高层建筑施工

2022-08-10

第一篇：钢结构高层建筑施工

各大城市的高层钢结构建筑防火措施

如今在中国的各大城市，高层及超高层钢结构建筑如雨后春笋纷纷比肩兴建。而钢结构建筑的防火，是建造摩天大楼必须满足的前提条件。一旦遇到火灾，钢结构建筑会因高温快速熔化，导致主楼快速坍塌。在这方面，各地建设方、设计方和管理部门都有不少值得借鉴的做法，下面和恒岳重钢一起看下!

北京国贸三期：摒弃全钢

北京国贸三期总建筑面积54万平方米，主塔楼总高330米，地上层数为74层，地下为4层，钢结构截面大、单件重、连接复杂，总用钢量达5万多吨，抗震等级8级，设计难度和施工难度为世界超高层建筑结构领域所罕见，是目前北京的第一高楼。

在经过论证和修改后，该楼的建筑方案采用了4万吨钢筋、18万立方米混凝土与5.5万吨钢结构组合形成的钢骨型钢混凝土结构，并采用耐燃时间高达3小时的防火涂料对裸露钢结构进行防火处理。这样设计的结果是，大楼能够有效地减少诸如飞行器撞击所带来的损害，提高大楼自身的耐火性能。工程中采用石膏板隔墙顶部与结构楼板滑动连接，有效地消除了因结构层间位移墙体变形而发生开裂的可能。而在承重部位的墙体采用型钢加固龙骨，增加了墙体承载能力。为了确保人员安全，主塔楼分别在14层、28层、39层、55层和74层设计了5个避难层，避难层四周采用防火材料和加固结构，装有防火隔烟系统。并严格规定大厦投入使用后，避难层非但不能改作他用，不能加锁关闭，而且还可能会放置一些食品和水，并随时更

新。

深圳：定期“体检”

深圳市目前有高层建筑3657栋，其中超高层建筑(100米以上)有100多栋。被称为世界十大建筑之列的深圳地王大厦高69层，总高度383.95米，建成时曾是亚洲第一高楼，也是全国第一个高层钢结构建筑。而98层、441.8米的京基100大厦已成为深圳这个现代化国际大都市的又一地标建筑。

按照深圳市的规定，所有高层建筑必须在交付使用前都经过消防验收，符合国家关于高层建筑消防安全规范才能投入使用。据了解，深圳市公安局消防局专门制定了《建筑消防设施维护管理暂行规定》，推动社会各单位实行建筑消防设施“每日一巡”、“每月一测”、“每年一检”制度，填写巡视、测试和检验记录表。督促社会单位建立完善消防设施维护保养制度。在消防检查过程中，对当场有条件解决的建筑消防设施问题和故障，消防部门监督立即解决消防部门还重点对10年以上的高层建筑在消防安全通道、设施、管理、监督等方面是否做到位进行了检查。今年4月起，派出8个督察组，进行交叉检查。重庆：建立“消防户口”

作为全国高楼数量最多、密度最大的城市之一，山城重庆素有“钢筋水泥森林”之称，城市消防安全面临重大考验。重庆特殊的地理条件，也给大火灾扑救工作带来一系列困难。

重庆消防总队为此开展了高层建筑消防安全专项整治，以“全面摸排整改”为突破口，对全市高层建筑火灾隐患进行了大清查。在专

项整治活动中，重庆各级消防机构对全市已建成投用的所有高层建筑逐一进行摸排整治，并将设有商场、市场、娱乐场所等人员密集的高层公共建筑作为整治重点，为高层建筑建立“户口”，详细录入每一栋高楼的基本情况和动态的消防安全状况，实现了对高楼进行“实时跟踪动态管理”。

青岛：委托中介“免费年检”

青岛市海曙区委托中介机构对全区100多幢高层建筑商务楼宇消防设施进行“免费体检”，测出的安全隐患，区高层建筑消防安全整治办公室向业主单位和物业管理单位逐一下发了消防安全隐患整改告知书，签订了消防安全承诺书。

“服务外包”创新了政府运作模式，即把非住宅高层建筑自动消防设施的日常维护保养工作委托给具有资质并能履行日常管理职责的中介机构定期实施，政府给予奖励。同时通过“技能竞赛”提高物业业务能力，提升应急救援效率。区安监局联合消防、物业每年举办一次高层楼宇消防技能竞赛。借助技能比武这个平台，对物业人员的消防安全基本知识进行教育培训，对消防安全基本技能进行实地演练，同时，规范消防控制室从业人员火警处置程序，切实提高消控室值班人员设施操作水平和处置突发事故的能力。物业公司以外来务工人员居多，流动性大、文化水平参差不齐、安全意识相对薄弱，通过每年一度的技能竞赛给老员工敲敲警钟，尤其给新员工上好消防安全教育课，切实提高物业公司的隐患自查自改、逃生自救、组织灭火等实际能力。——恒岳重钢

第二篇：高层建筑的结构优化设计研究

林知泉

(北京中华建规划设计研究院有限公司福州公司) 摘要：

高层建筑项目投资大，建设周期长，对其进行优化设计能够有效的减少投资金，但是，由于设计变量、约束条件、计算量过于庞大的原因，高层建筑的结构优化设计并未有效的展开。分析了高层建筑结构和工程优化设计理论的发展趋势，研究了高层建筑结构优化设计中存在的问题，并探讨了利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计的可行性。关键词：高层建筑;结构设计 ;优化设计

高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的，是城市和工商业发展的结果，而建筑技术的进步，轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机在建筑中的应用，又为高层建筑的发展提供了物质和技术基础。

(一) 高层建筑结构的发展趋势

第一，钢筋混凝土材料重新得到重视。20世纪 9O年代以来，美国、日本等原来从高层钢结构起步的国家开始大力发展钢筋混凝土结构。与钢结构相比，钢筋混凝土结构具有整体性好、刚度大、位移小、舒适度佳、耐腐蚀、耐高温、耐火、维护方便等优点。

此外，即使是在美、日等钢铁工业发达的国家，钢筋混凝土造价还是低于钢结构。特别是 20～40层区间的住宅，多采用钢筋混凝土框架或框架一剪力墙结构。我国的高层建筑中，绝大部分为钢筋混凝土现浇结构，只有少数采用了钢结构。轻混凝土、高强混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土等理论技术已经成熟，而非金属配筋、新型预应力钢棒等混凝土增强材料技术的不断发展，也为钢筋混凝土材料的重新崛起提供了条件。

第二，组合结构的高层建筑发展迅速。采用组合结构可建造比混凝土结构更高的建筑，不但具有优异的静、动力工作性能，而且能大量节约钢材、降低工程造价和加快施工进度。在不同的情况下，可以取代钢筋混凝土结构和钢结构，科技含量也较高，对环境污染也较少，已广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中，并以迅猛的势头进入了桥梁

工程和高层与超高层建筑中。在强震国家日本，组合结构高层建筑发展迅速，钢筋混凝土组合柱应用广泛。由于钢管内混凝土处于三轴受压状态，能提高承载力，从而可节约钢材。而香港的中国银行采用巨形组合柱的建筑设计方法，获得了十分可观的经济效益。随着混凝土强度的提高以及构造和施工技术上的改进，组合结构在高层建筑中的应用可望进一步扩大。

第三，新型结构形式的应用不断增加。框架体系、剪力墙体系和框架一剪力墙(支撑)体系是高层建筑的传统结构体系。筒体结构出现于 2O世纪 6O 年代，它的问世对高层建筑的发展有重要影响。根据筒体的不同组成方式，分为框筒体系、筒中筒体系和多束筒体系3种类型。筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。无论哪一种筒体，在水平力作用下都可以看成固定于基础上的箱形

悬臂构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有很好的抗扭刚度。因此，该种体系广泛应用于多功能、多用途、层数较多的高层建筑中。而 2O世纪 8O年代发展起来的巨形结构(巨形桁架、巨形框架)、应力蒙皮结构、隔震结构等也都已经开始了广泛的应用。

第四，智能建筑的发展异军突起。现代建筑技术和高新技术产业的结合促成了智能建筑的产生，在高层建筑中有更广阔的应用前景。智能建筑是建筑、装备、服务和经营四要素各自优化、相互联系、全面综合并达到最佳组合，以获得高效率、高功能与高舒适的建筑物。智能建筑是通过对建筑物的4个基本要素，即结构、系统、服务和管理，以及它们之间的

内在联系，以最优化的设计，提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷高度安全的环境空间。智能建筑的构成至少必须具备三大系统：设备管理自动化系统、通讯网络系统、办公自动化系统，并以此应用现代 4C技术构成智能建筑结构与系统，结合现代化的服务与管理方式给人们提供一个安全、舒适的生活、学习与工作环境空间。

(二)工程优化设计理论的发展

第一，工程设计软科学的发展。实际上，人们在处理事物时都会遇到硬、软两种因素。硬因素就是有实体的物质系统中的一些因素;软因素就是精神意识系统中的一些因素。软科学和硬科学的区分是相对的，不应该也不可能给出截然划分的界限。目前的工程设计主要侧重于力学分析，具有硬科学的性质。力学分析只是荷载决定后计算结构力学反应

的一种手段，是工程设计所使用的工具之一。在工程设计中，更重要的是必须进行很多运筹、决策和规划的工作，这些工作具有软科学的特点。所以，工程设计应该是硬科学和软科学的结合，这就需要建立全面的、崭新的工程设计理论。在土建工程设计的前期，有许多重大的问题需要进行科学的决策，包括工程项目的可行性论证、工程项目的总体规划及功能优化、结构的造型、结构设防水平的决策等。所有这些前期的决策工作，其影响都远大于目前的以结构计算为主的优化设计工作。

第二，工程项目功能优化的发展。在经过可行性论证决定了工程项目的任务、规模、建设地点、建设分期等重大问题之后，就需要考虑工程建设的总体布局及规划，这也是一个重大的决策，直接影响工程的社会和经济效益、运行的功能和对环境的美学效应。在优化整个工程项目的功能时，可以利用价值工程的某些概念和手段来改善现有的方法。价值工程是一门软科学，依靠集体智慧有组织地研究系统的功能，揭示系统中的必要功能与总成本间的最佳匹配。价值工程的基本观点是对产品及其各个组成部分进行功能分析，在很多情况下，这样做都是很有好处的，因为人类制造任何产品，实际上是为了使用该产品的功能，例如，兴建电视塔、水塔等高耸构筑物是为了求得一个工作高度，兴建房屋是为了提供一个工作、生活和娱乐的空间，兴建桥梁是为了求得一个跨越的媒介，兴建雕塑是为了美学享受或某种纪念。在进行工程项目的总体规划时，从功能出发，可以开拓视野，减少习惯的束缚。

第三，工程结构系统全局优化的发展。各个结构独立优化和拼凑而成的工程系统并不一定优化，只有当工程系统中各个结构之间不存在任何横向约束时，各结构的独立优化才形成工程系统的优化。只有从大系统全局进行优化，才能真正收到优化的效果。近些年，在解决抗灾结构优化设计方法的实用化问题上，研究者以设防烈度，d作为优化参数，并且比较容易和切实地将结构造价 c(，d)和损

失期望 (，d)表为结构设计方案 (，d)的函数，原因在于

现行规范将抗灾结构的失效简化为单失效模式，并地震烈度度量结构抗力和地震的作用，这就使结的优化得到了极大的简化。此外，现行规范得以理地提出了三级失效准则。结合这两个举措，就成了国内外所共识的“小震不坏，中震可修，大震倒”的设计原则。

第四，工程项目全寿命优化的发展。以往的优设计理论针对的都是具体的结构，而在工程实际中，一般都是整个工程大系统的优化设计问题，其由多子系统或者结构组成，具有高维数、多目标、变量种类多、约束耦合复杂等难点，故其子系统的独立优化并不能带来整个大系统的优化方法。实际的工程系统优化模型往往预先不知道，需要通过子系统或者结构的具体优化模型来构造大系统的全局优化模型。工程的全系统全寿命优化就是考虑了工程系统中的动态可靠度与模糊因素，在各个阶段的优化中都应该以工程项目的全局作为优化对象，而各个单元的优化必须在总体全局优化的指导下进行。这是一个从工程项目可行性开始，直至工程设施报废全过程的优化体系，优化目标不仅包括近期的投资和效益，还包括长远的经济和社会效益，后者包括服役期间使用单位企事业运营的直接经济效益的期望值和遇到灾害时工程失效带来的损失的期望值。

(三)高层建筑结构优化设计中存在的问题

目前，结构优化的应用远远落后于理论进展，特别是高层建筑土木建筑结构的优化设计应用还不普遍。其主要原因有：

第一，只重视结构尺寸的优化，即在给定结构的几何形状、拓扑和材料的情况下，求出满足约束条件的最优构件截面，而忽视结构整体的优化。已有的研究结果表明，形状优化比尺寸优化更有意义。单纯的尺寸优化无法接近最优的结果，因此，也就不能完全令人信服。设计人员较普遍地认为，结构设计只要结构方案和布置合理，上部结构又有比较成熟的计算机软件进行分析计算，构件截面只要通过计算结果满足规范即可，认为上部结构相对下部结构，即地基基础部分，特别是软土地基的意义不大，因此对上部结构截面的优化所能达到的经济效益未予以充分的重视。

第二，优化的目标还不能完全符合工程的需要。由于实际结构问题往往十分复杂，存在设计变量多、约束条件多、受建筑功能限制较大等难点，多种因素甚至不确定性因素使得目标函数在建立后只能得到相对最优解。而且，目前尚没有实用的高层建筑优化分析软件，而应用现有的各种计算机分析软件进行截面优化并不是简单的几次尝试就能达到效果的，因此，无论是机时，还是设计进度，都较难允许实施这种优化方法。很多高层建筑设计项目，结构方案和布置还是比较合理的，其构件截面也是同类型结构中常用的尺寸，但是计算分析后还存在某些薄弱环节，为了改善这种受力状况，增大构件截面却未能得到明显改善，反而增加了材料耗量。第三，离散变量优化问题。建筑物尺寸以及钢筋、型钢规格型号等都不是连续变化的，因此，传统的优化方法，如各种梯度算法、对偶算法等解析算法

均无法胜任。而且，由于问题的规模较大，随之带来的计算量急剧增加的“组合爆炸”问题也会使计算量急剧增加。

(四) 高层建筑结构优化设计的方法

对高层建筑结构方案进行优化采用何种方法，首先应分析这一问题的目标函数、目标函数中的各种变量，这些变量之间的各种数学解析关系以及与各种变量

有关的约束条件，在分析的基础上是采用间接优化还是直接优化方法来确定。高层建筑结构方案优化的目标就是材料耗量，材料耗量决定于构件的截面尺寸大小，截面尺寸必须满足通过力学分析得到各构件内力后的强度计算及位移变形等条件。因此，目标函数很难用明确的数学解析式来表达，不能用数学上求极小值的方法，也就是一般所说的间接优化方法来优化。高层建筑结构方案的优化只能采用直接优化法来解决，即给目标函数中变量以已知值，经过试算使其满足一定的约束条件，求得其目标值，并找出使目标值逐步变小而趋向最佳值的路线或方向，以达到目标函数的最优值。因此，可以采用满应力法进行高层建筑结构优化设计。满应力设计法是在桁架等杆系结构的设计中发展起来的，是结构优化中最简单、最易为工程人员理解的一种准则法。所谓满应力是指结构构件在荷载作用下的最大应力达到所用材料的容许应力，此时材料的强度得到充分利用，构件截面面积将是最小，故可作为桁架最轻设计或体积最小设计的一个准则。满应力设计法是结构在规定材料和几何形状的条件下，按照满应力准则的要求，修改构件的截面尺寸，使每一构件至少在一种工况下达到或接近其容许应力限值的化算法。如果结构除了应力约束外还有界限约束，则要求每一构件应力约束和界限约束中至少有一个达到临界值。

利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计要遵循以下步骤：首先，要根据常规做法和经验确定结构构件的初始截面尺寸，并按构件分类分别建立柱、墙、梁可供选择截面尺寸的数据库;其次，要对结构构件进行力学分析，算出各工况下结构的位移力，并对结构构件进行承载力计算;再次，要根据计算结果，对构件截面尺寸进行调整，在满足位移条件的前提下，尽量充分发挥构件材料的性能，即按规范计算使其接近满应力状态，但截面选择应在指定的数据库中进行，并统计截面需修改的个数;然后，根据修改截面的数量、性质，由人工干预决定或指定一个限值自动决定是否重新计算，即返回到第二步计算，如此循环反复，直到满足要求为止;最后，输出最后优化的构件截面尺寸及计算结果。按以上步骤，可编制完整的高层建筑结构优化分析软件，但在软件研制中，如何尽量减少内存、加快运算速度，需做大量工作，才能使之达到较为实用的程度。当前，在无成熟的优化分析软件的情况下，应用现有的高层建筑结构分析软件，采用人工分析调整构件的截面尺寸，进行反复运算，也可达到优化效果，但费工费时，较难满足设计进度要求，而且对设计人员的素质要求较高，需要有较高的分析判别能力，当结构布置较复杂时，不仅工作量大，而且有时甚至无法将优化工作进行下去，因此，人工方法只是目前一个暂时性的过渡办法。

参考文献：

[1] 沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社， 2006.

[2]周坚.高层建筑结构力学 [M].北京：机械工业出版社。 2006.

[3]高立人，方鄂华，钱稼茹.高层建筑结构概念设计[M].北京：中国计划出版社。2005.

[4]吕西林.超限高层建筑工程抗震设计指南[M].上海：同济大学出版社，2005.

[5] 姜忻良.高层建筑结构与抗震[M].北京：中央广播电视大学出版社。2004.

[6] 彭伟.高层建筑结构设计原理[M].成都：西南交通大学出版社，2004.

[7]王全凤.高层建筑结构优化、动力和稳定的实用计算[M].

福州：福建科学技术出版社。2002.

第三篇：《高层建筑结构设计》教学大纲

课程名称：中文名称：高层建筑结构设计;英文名称：Design of High Building Structures 课程编码：172095 学分：2分

总学时：32学时，其中，理论学时：32学时;实验学时：0学时

适应专业：土木工程专业

先修课程：土力学与地基基础，钢筋混凝土结构，工程结构抗震，钢结构基本原理执笔人：李文盛

审订人：雷小宏

一、课程的性质、目的与任务

《高层建筑结构设计》属于专业选修课，它涉及高层建筑结构设计与施工的一般原则，是研究高层建筑结构设计基本方法的科学。

本课程的目的是培养学生具有一定的抗震计算理论基础，掌握抗震设计原理，掌握高层建筑的结构设计的基本方法。主要要求是：了解高层建筑各种结构体系的特点及应用范围;熟练掌握风荷载及地震作用计算方法;掌握框架结构、剪力墙结构、框—剪结构三种基本结构内力及位移的计算方法，理解这三种结构内力分布及侧移变形的特点及规律;学会这三种结构体系包含的框架及剪力墙构件的截面设计方法及构造要求;掌握高层建筑结构的内力和位移的电算分析方法和高层建筑结构的施工图表示方法。

通过本课程学习，为学生今后从事高层建筑结构设计与施工等方面的工作打下坚实的基础。

二、教学内容与学时分配

第一章绪论

(2学时) 第一节高层建筑的发展概况第二节高层建筑的受力特点

第二章

高层建筑结构体系与结构布置

(2学时) 第一节高层建筑结构形式与结构体系第二节结构布置原则第三节水平位移限值和舒适度要求

第三章

高层建筑结构荷载作用与结构设计原则

(4学时) 第一节恒荷载及楼面活荷载的计算第二节风荷载的计算第三节地震作用的计算第四节荷载效应组合第五节结构简化计算原则第六节抗震设计的一般原则

第四章

框架结构设计

(6学时) 第一节框架结构的计算简图

第二节竖向荷载作用下的内力近似计算第三节水平荷载作用下的内力近似计算第四节水平荷载作用下位移的近似计算第五节框架结构的内力组合第六节抗震设计的延性框架要求

第八节框架构件(梁、柱、节点)的截面设计和构造要求第五章剪力墙结构的内力与位移计算

(8学时) 第一节概述第二节整体剪力墙及整体小开口剪力墙的计算第三节联肢剪力墙的计算第四节壁式框架的计算

第五节剪力墙结构的分类

第六节剪力墙的截面设计及构造要求

第六章

框架一剪力墙结构的协同工作计算

(6学时) 第一节概述第二节框架一剪力墙结构内力和位移的近似计算第三节框架一剪力墙结构构件的截面设计及构造要求第四节计算实例

第七章

电算分析与图纸表达

(4学时) 第一节框架-剪力墙结构内力和位移的电算分析第二节高层建筑结构的施工图表达方法

三、教学基本要求

教学要求中，有关定义、定理、性质、特征等概念的内容要求，由低到高分“知道、了解、理解”三个层次;有关计算、解法、公式、法则等方法的内容要求，由低到高分“会、掌握、熟练掌握”三个层次。

课堂教学应力求使学生理解高层建筑结构体系及布置的基本概念，在水平荷载与结构计算简化原则中熟练掌握总风荷载和局部风载的计算，以及用反应谱方法计算等效地震作用的方法，理解地震作用两阶段设计的内容、方法及目的以及常遇地震、罕遇地震和设防烈度的关系，掌握结构自振周期计算的实用方法，理解结构计算的平面结构假定。

在框架结构内力与位移计算中熟练掌握反弯点法、D值法计算内力及位移方法，深入理解这两种方法的区别及应用范围。了解内力分布及位移的影响因素、杆件弯曲变形及轴向变形对侧移的影响等。掌握利用曲线计算柱轴向变形引起侧移的方法。

对于剪力墙结构内力及位移计算，应了解开洞对剪力墙内力及位移影响，了解不同近似方法的适用范围。深入理解连续化方法的基本假定公式推导、公式图表应用等，熟练掌握连续化方法计算和带刚域框架计算简图确定方法及带刚域杆件刚度计算方法。掌握等效抗弯刚度、整体系数等几个重要概念的含义及对内力位移的影响;剪力墙内力位移分布特点。

在框架—剪力墙协同工作计算中，了解框架与剪力墙协同工作的意义。会确定计算简图，掌握总框架、总剪力墙、总连梁刚度计算方法，会用公式及曲线计算内力及位移。掌握重要概念刚度特征值的物理意义及其对内力分配的影响，框剪结构内力分布及侧移特点。对于荷载效应组合及设计要求，应掌握荷载效应组合各种工况的区别应用，理解无地震组合及有地震组合时承载力验算与位移限制的区别。掌握确定结构抗震等级的方法;进一步理解两阶段抗震设计方法。

在框架设计和构造方面，需了解延性框架意义和实现延性框架的基本措施。了解梁、柱、节点区的破坏形态，会区别抗震及非抗震情况下配筋要求。掌握梁、柱、节点区的配筋设计方法。掌握几个重要概念：延性框架、强柱弱梁、强剪弱弯、轴压比及箍筋作用。对于剪力墙设计和构造，应了解剪力墙结构配筋特点及构造要求，掌握悬臂剪力墙及联肢剪力墙，截面配筋计算方法。了解影响剪力墙延性的因素。理解框支剪力墙、落地剪力墙的设计要点。

在掌握基本概念基本理论的基础上，应当结合本专业的特点，理论联系实践，引导学生学会分析问题和解决问题的能力，努力克服死记硬背的学习方法。教学方法上应贯彻少而精、启发式和形象化等原则，通过幻灯、录像及课外实习等各种途径加深学生的印象，提高教学效果。授课教师除应吃透教材内容外，还应广泛阅读有关参考材料，注意本学科的发展，随时修改教材中已过时的内容，并适当介绍高层建筑结构的新进展。

四、大纲说明

本大纲适用于土木工程专业。教学总学时数为32学时，其中课堂讲授32学时。课堂教学以教学参考书为参考材料，按照本大纲的内容进行教学。本课程宜安排在土力学与地基基础，钢筋混凝土结构，工程结构抗震，钢结构基本原理等有关课程之后，内容上要注意与钢结构、钢筋混凝土结构、地基基础等课程内容的衔接与分工、避免不必要的重复。

五、教学参考书

1、吕西林.《高层建筑结构》. 武汉工业大学出版社，2003

2、方鄂华.《高层建筑结构设计》. 建筑工业出版社，2002年。

3、包世华、方鄂华.《高层建筑结构设计》. 清华大学出版社，2001年。

4、霍达.《高层建筑结构设计》. 高等教育出版社，2000年。

5、赵西安.《现代高层建筑结构设计》(上下册). 科学出版社出版，2000年。

第四篇：高层建筑结构设计若干问题的探讨

随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要，促使高层建筑得以快速发展。另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展，抗风和抗震理论的不断完善，加之新的施工技术和设备的不断涌现，特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高，为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。本文对高层建筑结构设计中值得重视的几个问题进行了探讨，仅供参考。

1 高层建筑结构受力性能对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的空间组成特点，而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系，所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。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:其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒;其二，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，高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。

2 高层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郡三心合一。结构的扭转问题就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，尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式，当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时泣尽可能使结构处于对称状态。

3 高层建筑结构设计中的侧移和振动周期建筑结构的建筑结构的振动周期问题包含两方面:()1合理158高层建筑的自振周期汀1)宜在下列范围内:框架结构:T1(=0.1一0.51N)框一剪、框筒结构:lT=(0.80一0.1)2N剪力墙、筒中筒结构T:1邢.40一0.1)0NN为结构层数。结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内:第二周期:犯二(13一1巧T)1;第三周期:竹《115一In)TI。.32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。.33水平位移特征水平位移满足高层规程的要求，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。4 位移限值、剪重比及单位面积重度4.，位移限值在结构整体计算的输出结果中，结构的侧移(包括层间位移和顶点位移)是一个重要的衡量标准，其数值大小从一个侧面反映出结构的整体刚度是否合适，过大或过小都说明结构刚度过小或过大(或者体现结构两个主轴方向的刚度是否均衡)，以致要引起设计者对其中的结构体系选择、结构的竖向及平面布置合理性的再思考。现行规范中将顶点位移与层间位移并重对待，经实践探索并参照国外经验，得出的结论为:高层建筑尤其是超高层建筑，顶点位移限值决定的不仅是其数值大小而且还有其振动频率，人的舒适感觉与振动频率有关而与振动幅度(绝对位移)关系不大，即摆动频率不太高时就可满足人们的舒适度;其次，防止结构由于变形过大而可能遭受损坏或破坏的控制因素是层间相对位移，而其限值在现行规范中似偏严，可予放松。同一结构用不同的计算程序计算，如果其层间位移数值差异很大，则有可能是其“层间位移”内涵不同所致，有的是指楼层形心位移，有的则专指考虑楼层转动后的最大角点位移，后者通常比前者要大，形心位移对规则建筑有意义，而角点位移则更能反映结构楼层的真实位移，因此角点位移是结构工程师必须关注的一个数值。.42剪重比及单位面积重度结构的剪重比 (也即水平地震剪力系数从即四心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，剪重比分别为aoZl，.0024，.004;0 扭转效应明显或基本周期<35.。的结构剪重比则分别丈.00160.，0犯，0.0640单位面积重度，产„从仪Nlm勺是衡量结构构件(下转79页)万方数据差的精度优于国际一流大港的标准2c0m，并达到了集装箱船到港，42小时内必须离港的世界一流大港的标准。

4 港口物流信息系统建设及应用中存在的主要问题目前天津市尚未建立公共型物流信息交换平台，也没有建立完备的企业与港口之间相连的物流信息服务系统，在一定程度上影响了天津港口物流业的发展。在物流信息系统建设方面，主要存在以下问题:4.1从外部环境考虑.14.1思想认识方面还有待进一步提高天津市近年来信息化的发展，特别是在市领导的直接组织下开展的天津市发展现代物流的对策研究，使各有关方面对现代物流有了一定的认识，但是还不够深人与普及。我市物流企业对信息化的重要性认识不高，企业的信息化程度不够高，缺少能提供全方位物流服务的大型企业。.14 2经济运行环境还禽改善物流系统涉及到国家行政管理部门和工商业各个部门。国家的市场经济体制仍需完善，这就造成了一些影响信息化建设方面的问题。4.1.3物流系统的基础设施需要大力发展天津公共数字信息网络系统基本能满足当前物流企业的一般通信需求，但收费标准仍偏高，影响物流企业利用的积极性，为物流信息系统建设的推广造成一定的障碍。.42从内部环境考虑.4.21港口物流企业缺乏信惠化建设的中长期规划港口物流企业的信息化建设是一项复杂的系统工程。许多港口物流企业由于缺乏中长期的规划，导致在硬件设备配置、软件开发购买、网络组建等方面只看重眼前利益，使投资成本不必要的加大。不仅浪费了资金而且管理水平也没有得到真正的提高。.4.22港口内现有各系统独立运行，信息不能充分共享和自动交换天津港属于综合性港口，港内各公司之间、公司与港口调度部门、各业务部门之间、货主与船代、港口部门及海关之间等联系密切，信息交换频繁，同一客户信息往往为不同部门所需要。尽管港口内计算机网络已搭建，但由于各个公司与部门的MSI系统数据格式、系统结构存在较大差异，目前还没有达到网络环境下的集成，信息不能充分共享，信息的完整性、准确性难以得到保证。除此以外，港口的业务要涉及到许多不同的管理部门。.4.23港口现有系统缺乏管理控制与决策功能港口物流企业的管理控制与决策受到人为因素的干扰。就整个港口层面而言，依靠各公司向港务局的各个业务部门提供的月报季报年报和公司领导向上级港务局领导的汇报等人工的方式对整个港口实施管理控制和决策。5 建议与对策针对目前天津港口物流企业信息系统建设的现状及存在的问题，港口物流企业信息化管理的改革与发展势在必行。天津要实现建成国际化的现代物流中心和北方物流集散中心的目标以及将天津港建成世界强港的最有效的途径就是提高信息化水平，加大物流信息系统的建设力度。随着计算机技术、网络技术、特别是电子商务的快速发展，这些都为港口物流的信息化建设提供了技术保障。各级政府部门、港务集团、物流企业也开始重视信息化的建设不再只专注于自身的经营与管理，这些转变都为提升港口物流信息化管理水平莫定了基础。就目前的环境，应重点做好以下几方面的工作:5.1进一步提高对物流信息化的认识，提高物流信息系统建设在推动天津港口物流业发展中的地位要认识到信息化建设对提升天津港口物流的重要作用。倒顶信息化建设的管理关系，实行统一管理，尤其要加强信息产业主管部门的宏观调控职能。.52物流信息系统建设标准化、规范化建立标准化制度与国际物流接轨。包括:EDI和电子商务的信息交换行业标准，物流企业信息网络规范化标准等。.53建立以港务局为核心的信息化管理组织机构，加强信息中心的职能作用在港口企业的制度改革中要加强信息信息中心的职能作用。建立以港务局高层领导为核心的信息中心，其主要职能应是:制定港口及其下属各公司的中远期信息化建设的发展规划，并制定详细的实施计划;负责硬件设备的购买与维护等工作;负责应用系统的统一开发;负责与其他有关行业部门的信息化建设部门共同制定信息技术的规范和标准;协调与其他各行业的资源共享平台的建设。.54开发辅助港口领导决策的055，完警现有系统中的管理与决策功能港口决策层所面临的决策问题往往是非结构化或半结构化的。决策所需的信息大多数来自企业外部，而且要求信息的准确从而能够做出正确的决策。这就要求建立大型的数据库，通过数据库利用数据挖掘技术，将数据库中与决策问题有关的信息提供给DSs，由DS的推理机制生成所需要的决策方案组，再由高层领导根据经验、事实或其他条件从决策方案组中找出最适合的决策。.55建设现代化生产调度指挥中心及电子口岸工程电子口岸已经成为现代口岸物流的重要发展趋势，为适应天津滨海新区建立国际贸易信息服务体系的要求，天津港将建设港口电子口岸工程。电子口岸综合系统充分运用了现代信息技术，借助公共电信网络，将外经贸海关工商税务外汇运输等涉及口岸物流服务及口岸行政管理的信息流资金流货物流的电子数据集中存在一个公共的数据库中，企业可以通过nItem te办理报关报检结付出口退税等手续，实现港口一体化服务。. 考文献:【1】王述祖.现代物流与天津发展.业京:中国经济出版社2，0.2.2【2】张丽君.现代港口物流.北京:中国经济出版社，2005..4【3】钱晓江物流信息系统体系结构.东南大学学报(自然科学阂2，01..6【4】张宗成.现代物流信息化广州:中山大学出版社2，0121.