時間：2022-08-26 22:25:11
序論：在您撰寫建筑結構設計論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
1、現行建筑結構抗震（理論）技術存在的錯誤：世界各國采用的抵抗地震破壞的建筑物體的基本類型，都是以吸收地震能量為主的插入式整體結構（對地球而言），即將建筑物的基礎和上部結構設計為絕對不可分割的剛體插入地球，因而建筑物抵抗地震破壞力的受力分析和設計，就不得不從結構整體考慮建筑物的抗震性能，地震破壞力是通過土層和巖石沖擊建筑物的基礎并直接將沖擊力傳遞給上部結構，上部結構的作用力（荷載）加上地震產生的內力又反作用于基礎，因而建筑物基礎的強度設計要求，應是地震力和上部結構反作用力的疊加。
地震破壞力是往覆水平剪切力，上部結構的反作用力是垂直于地面的。這樣兩個方向互相垂直，并處于運動沖擊狀態的作用力，在一個平面上會交了。地震破壞力以強大的往覆水平推動力，推動著（抓?。┙ㄖ锘A做水平往覆運動，因而很容易分析，在這兩種力的會交面上，實質上形成了遠大于地震破壞力的往覆剪切力。因此，建筑物的抗震能力在插入式整體結構中是很難達到實際抗震設計要求的，現在的建筑物一般都是偏于保守的理想設計和建造，因而投資也在大大增加，即便如此，在實際的地震災害中，建筑物受破壞的程度依然是很嚴重的，進而也無法擺脫和減輕地震災害，給人民的生命和財產造成的巨大損失。
歷史的教訓足已充分說明，插入式建筑結構體系受到了嚴峻的檢驗，即似地球為相當好的慣性參考系，又將建筑物體插入地球，形成不可分割的剛體。在過去的年代，建筑物還處于低層范圍時，問題還不嚴重，而在現代化高層、重型建筑中，仍然是采用插入式剛箍捆住內力的結構，在實際的地震災害中存在著嚴重的隱患。插入式整體建筑物結構體系在正常情況下，即非地震靜止狀態，是沒有問題，而在地震災害爆發時，插入式整體建筑物體系的結構受力傳力路線明顯發生混亂，建筑結構設計的極其重要的力學原則：
（1）、不論在任何情況下，結構的傳力路線必須清楚。
（2）、以當地的最不利外界因素為設計依據，如很多地區必須考慮可能發生的最大地震破壞力。這就是說建筑物抵抗地震破壞的正確條件是：運動中建筑結構內力的傳遞必須正確、清楚。
插入式整體建筑結構在地震時，將地震破壞力直接傳遞給上部結構，使上部結構發生搖晃，由于上部結構是剛箍捆住內力的結構，因而在搖晃中產生的巨大能量沒有釋放點，而被迫返回基礎，地震又很快的不斷的沖擊建筑物的基礎，向上部結構輸送地震能量。這樣上部結構返回的作用力，同基礎傳來的地震內力發生沖撞，沖撞最厲害的集中點，就是能量集中釋放的突破點，也是結構的破壞點，通常都在基礎與上部結構的交面上，破壞的形式是剪切破壞，而整個建筑物不是倒塌就是傾斜。
目前，許多國家在高層建筑的抗震設計方案中，已經出現了新的結構，如：美國紐約的42層高層建筑物，建在于基礎分離的98個橡膠彈簧上，日本的建在弧型鋼條上防地震建筑物，前蘇聯的建在與基礎分離的沙墊層上的建筑物，以及在中國已經獲得了美國、中國和英國發明專利權的，剛柔性隔震、減震、消震建筑結構與抗震低層樓房加層結構，都十分成功的應用于工程實踐中，都明顯的在建筑結構體型上，改變了傳統的插入式剛箍捆住內力（吸收地震能量）的結構體系?？傊荚诮ㄖO計的結構方面設法擺脫在地震災害時，嚴重威脅著人們的生命安全的插入式剛箍捆住內力的結構體系。其實質都反映了對“似地球為相當好的慣性參考系”為指導理論，所制定的現行抗震硬抗、死抗地震打擊設計規范的動搖，本質上也是改變了建筑結構受力體系，而不在似地球為絕對靜止不動的慣性參考系了。
1、現行建筑結構抗震設計與地震場地效應的問題現行建筑結構的抗震設計，是根據結構力學和建筑結構設計的理論基礎而來的。結構力學和結構抗震設計規范，將地震破壞力簡化并規定為在建筑物上部結構中的水平運動力，對建筑物的水平作用力與反作用力的硬抗平衡，這一規定實質上存在著嚴重的問題和錯誤。
其一：地震爆發時，首先是大地在做往覆水平運動，由于建筑物基礎插入大地，因而必然隨大地的往覆水平運動而運動，建筑物上部結構也因此被迫運動，但是建筑物上部結構的運動形式不是水平運動（因而根本就沒有受水平的作用），而是因基礎在受地震水平力運動中，產生的運動力傳遞到上部結構，迫使上部結構沿地震受力方向，作反方向S形式傾斜擺動；
其二：地震爆發時的沖擊波只有兩個方向，而現在所有城市的建筑物的規劃設計，是根據城市的道路按東西南北方向和建設的需要各自排列的。將建筑物上部結構視為受水平運動，也只能有30%的建筑物的結構抗震設計受力方向與地震沖擊波受力方向相同，而70%的建筑物的抗震設計受力方向與實際地震沖擊波的沖擊方向，處于非常不利的位置，當地震爆發時，只有少數正好與地震沖擊波方向協調一致的建筑物不一定破壞，而大多數與地震沖擊波方向不一致的建筑物，自然就很難逃脫地震沖擊破壞倒塌的后果。地震對建筑物的沖擊破壞，主要是對建筑物基礎產生的水平往覆沖擊剪切力，從而使基礎被沖擊破壞失去穩定后，造成上部建筑物的破壞和倒塌，地震沖擊波首先是破壞了基礎，而不是破壞上部建筑結構，所謂萬丈高樓從地（基）起，就是這個道理?；A都破壞了，上部建筑自然就保不住了；
其三：城市中建筑物的類型是多種多樣的，主要反映在超高層、高層、多層和輕重型建筑之分，而這些不同類型的建筑，又以基礎深度的差別體現在地震沖擊波的大小上，基礎越深、越大，受地震沖擊波的沖擊自然很大，在加上城市地下建筑設施不少（如：地下建筑、地鐵、地下大型管道等），都是構成城市地震場地效應發生互相變化的種種直接因素?，F行抗震設計中，都沒有考慮地下建筑設施的自身抗震，以及對地面建筑物基礎和地基的地震場地效應所產生的嚴重問題。
2、現行建筑結構抗震樁基設計與地震場地效應的嚴重問題現行抗震設計中的樁基礎的設計有兩種類型，一種是端承樁類型，另一種是摩擦樁類型。端承樁是將深層的地基反作用力通過樁傳遞給地面，構成對上部建筑物作用力（壓力）的平衡。摩擦樁是通過樁基礎與一定深度的地基土層十分緊密的擠壓結合中產生足夠的反作用力，通過樁傳遞到地面，構成對上部建筑物的作用力（壓力）的平衡。這里必須指出的是，這兩種類型的樁基礎在對上部建筑物的作用力（壓力）構成平衡的充分條件是：靜力荷載，即在沒有外力的作用下成立的。
在端承樁中，端樁是反作用力的頂點，樁身是傳遞反作用力的通道，樁身四周的土層是給樁身起到了極其重要的穩定作用，由此，可以定義：樁端的承載力，樁身的強度是和樁身四周的土層構成了端樁基礎的整體，缺一不可。
在摩擦樁中，樁身的強度與樁身四周土層緊密擠壓所產生的反作用力，構成了摩擦樁基礎的整體，也是缺一不可的。這兩種類型的樁基礎在地震爆發時，強大的地震水平往覆沖擊波，完全改變了上述狀態，使端承樁在地震沖擊波中，使端承樁的承載力發生水平往覆運動，不但失去對樁身的穩定，反而對樁身構成了往覆水平沖擊，其結果：端承樁不是破壞，就是下沉失穩。隨著端承樁的破壞和失穩，建筑物上部結構自然也就處于破壞倒塌的危險境地，而摩擦樁的危險就來的更快了，地震沖擊波迫使摩擦樁樁身必須與四周土層與樁基松開，失去摩擦樁身必須與四周土層緊密擠壓的必要條件，并且土層對樁身構成水平沖擊力，隨著摩擦樁中四周土層與樁身摩擦力的解除和改變，樁不是破壞就是失穩，其上部建筑物隨之處于時刻會破壞和倒塌的危險之中。
3、現行予應力建筑結構在地震中的嚴重問題所謂予應力建筑結構，是人為的在建筑結構的主要承力構件中，對主要承力構件中混凝土施加予應力，一般是通過對結構中承力構件的鋼筋進行張拉，利用鋼筋的回彈力擠壓混凝土來實現的。根據對承力構件中鋼筋的張拉，與混凝土的先后關系，又可分為先張法和后張法兩大類。
從建筑結構中的予應力構件，到予應力結構的發展，已經有較長的時間了，在建筑結構中應用予應力構件和發展予應力結構的優勢，在很多城市的建設中，得到了較廣泛的應用。在城市建設和發展中，推廣和應用予應力構件和予應力結構，的確能起到一定的積極作用。但是，有一個十分重要的結構動力學問題需要特別注重，所謂建筑結構動力學方面的問題，也就是地震爆發時，地震沖擊波迫使建筑結構產生振動的動態反應，地震沖擊波沖擊建筑結構，使其產生的內力在結構中傳遞，而予應力構件和予應力結構的力學模型是：1）予應力張拉兩端的固端成支座，是不允許有任何改變的；2）予應力構件或予應力結構在使用過程中，其構件和結構是不允許發生水平推動，振動彎曲和上下振動的。也就是說，予應力構件和予應力結構，只有在沒有任何外力的情況下，才能達到予應力構件和予應力結構設計的使用要求。因此可以定義：予應力構件和予應力結構的安全使用條件，是不能承受任何外力（尤其是地震沖擊力）的靜力使用狀態。
地震沖擊波在建筑結構中，將無情的迫使建筑結構中的所有梁、柱、板、墻體等受力構件發生變形，即地震沖擊力能完全改變予應力構件和予應力結構的兩端邊界條件，使其構件和結構中的予應力償失。任何在使用中的予應力構件和予應力結構，當予應力衰退和償失后，其構件和結構必然破壞。因此，在地震設防城市的建設中，是不能使用予應力構件和予應力結構的。但是，現在許多城市的建設中都使用了予應力結構，這是十分危險的。因此，應盡快在地震爆發之前，采取補救措施，否則，后果一定是十分嚴重的。
綜上所述，現行世界各國所實行的建筑結構體系，是與地震沖擊波相對抗、硬抗（死抗）的捆住地震內力的結構體系。從結構動態平衡的根本原理來分析，這種與地震力相對抗的結構體系的靜態平衡在地震中完全破壞了。也就是說，現行的建筑結構體系，只能滿足靜態（無地震沖擊波）狀況下的作用力與反作用力的平衡。當地震爆發時，建筑結構內力的靜態平衡被破壞了。這就是現行建筑結構體系抵抗不了地震沖擊破壞的根本原因所在?，F行建筑結構的抗震設計，只是加大了建筑結構的剛變，使其增加了對地震沖擊力的對抗力（死抗力），沒有從結構動態平衡的基礎上去尋求，建筑結構與地震沖擊波的動態平衡，建立一個與地震內力相適應（不是相違背）的“釋放地震內力的建筑結構動態平衡體系”。
總之，幾百年來，人類所推行的靜態（加大剛度）的建筑結構體系，違背了地球地震的客觀規律。因此，給人類自己造成了巨大的災難。人類為了在地球上更好的生存和發展下去，就得從根本上解決適應地球地震客觀規律的建筑結構體系。因此，一種與地震力相適應的“釋放地震內力的建筑結構動態平衡體系”的動態平衡的力學理論的建立，并制定新的建筑結構釋放地震沖擊波的設計標準（在也不是對抗的標準），將是人類發展的方向和目標。
二、釋放地震內力的建筑結構體系1、釋放地震內力建筑結構體系的理論基礎我們從現代地球物理學家關于地球板快運動理論的力學分析中，以及對地震客觀規律的不斷揭示，更進一步對地球的認識，有了新的力學見解，我們認為地球是一個在運動中自身求得內力平衡的結構體系，它有兩個階段的運動規律：
（1）、地球內力的平衡階段：地球結構體，在自轉和圍繞太陽周轉運動的過程中，所產生的內力，在平衡階段，地表運動處于內力平衡，地球運動處于靜止狀態，此階段可似地球為慣性參考系階段。
（2）、地球結構體系處于內力平衡階段后，其內力仍然在不斷的增加，而地球結構體不能承受日益增大的內力，而在運動中，通過地球板快的運動，地震和火山等形式釋放出來，以求得新的內力平衡，這個階段是地表的活躍階段。其不斷增加的內力將在地球內力集中點釋放出來，此階段可似為非慣性參考階段。地球內力平衡過程中的這兩個階段，在地球內部不斷循環下去，形成了地球生態平衡的必然規律。
人類是在地球生態的環境中生存的，因此，人類必須遵循地球生態環境中的各種自然規律去發展。從人們開始認識到對過去認識的不足，即理論上的不足和錯誤，又不斷的在生活實踐中，提高了對地球生態環境的認識，進而不斷的揭示自然規律，掌握和運用規律為現代人類和將來造福。應該明確的指出，人類對地球認識的提高和深化，其指導人類如何適應地球生態的科學理論，也就隨之進入了更高的階段。
2、釋放地震內力建筑結構體系新技術的應用：已經獲得中國、美國和英國發明專利權的新技術“建筑物抗震減震裝置”、“建筑物消震裝置”和“高層建筑隔震消能裝置”完全改變了傳統的插入式剛箍捆住地震內力的建筑結構體系，將建筑物整體有機的隔離成兩個受力體系，這樣地震破壞力的傳遞媒介改變了，由直接傳遞轉化為間接傳遞。不言而喻，“建筑物抗震減震裝置”將大大減少地震對上部結構的沖擊，反之，上部結構對基礎的作用力也大大減小。
新技術的設計依據是以柔克剛的動態平衡原理，該技術的主要特點是：能十分有效的大大減弱地震災害對建筑物的打擊破壞。目前，發展中國家和發達國家的科學家們在研究抵抗地震災害方面，都從過去只是單純考慮建筑結構加大剛度的硬抗（死抗）方式，而向建筑結構隔震減震的方面發展了。原因十分清楚，過去幾百年來建筑物硬抗地震災害方法的不斷失敗，告訴和啟發人們要尋求一種適應地震客觀規律的抗震方式。用一句通俗的話來講，以柔克剛，才能達到建筑物在地震沖擊中的動態平衡，而不被破壞，反之，以硬抗來對抗地震的打擊，即以剛克剛設計的建筑物是根本抵抗不了地震的打擊的。因為人們設計建筑物的剛度，不可能達到（保證）比地震破壞力還要大得多的程度。否則現代的專家們去研究建筑物的消震、隔震與減震，不就失去意義了嗎？
結構設計的安全問題是所有從事結構設計與研究的人們一生都要面對的問題，本文作者結合自己的工程設計實踐，簡述了當代建筑師的設計思維對結構設計安全所提出來的挑戰，并且，通過一個結構設計師對當今建筑設計潮流的感悟與認識，提出了保障結構設計安全所必須堅持的基本原則。文章最后，對參與當代中國結構設計實踐的結構設計工作者們提出了一些期望。
關鍵詞建筑表達結構設計安全建筑情感爭議結構設計實踐
■前言
一段時間以來，由法國巴黎戴高樂機場2E侯機廳通道部分倒塌事故引起的對結構安全問題的討論成為業界甚至各種傳媒的熱門話題，由之引起的對國家大劇院以及各奧運在建項目進行結構安全再認識的聲音也不時傳起。特別是對正在設計施工中的奧運項目，按照政府決策部門的意見，建設單位組織結構有關專家逐個項目地進行了更為嚴格的結構設計安全評估。
結構設計安全是我們所有從事結構設計與研究工作者必須面對和回答的問題，巴黎戴高樂機場事故是結構在其設計使用壽命初期（投入運營一年），在常規荷載作用（沒有恐怖襲擊、沒有惡劣的區域突發自然災害）的情況下發生的，就是說，一定是在結構設計或施工的某個環節給結構留下了致命的內部缺陷才造成的，這一缺陷既可能是結構設計理論方面的，也可能是結構設計構造方面的，既可能是結構材料使用方面的，還可能是建造過程中的施工質量控制方面的，等等。無論什么原因，這種結構破壞形態都是結構設計原則所不允許的，引起我們的警覺也是應該的。
另一方面，我們也還是應該理性地、科學地、全面地分析和把握結構設計的安全問題。其實，追溯人類改造自然、改造世界的歷史足跡，我們還是有理由對當代結構設計理論和建造技術的發展水平感到自豪的。雖然我們現在感覺是越來越累，越來越難，但是在力學和材料科學發展的有力支撐下，我們所從事的結構設計與建造技術的發展還是基本上滿足了那些滿腦子求新求奇，求高求廣的所謂當代建筑師的表達欲望與需求的。
■世界上沒有自由的結構設計師，但假如沒有我們，也就沒有建筑表達的自由
建筑師設計東西，無非表達兩種需求，一種是傳統意義上的功能需求，另外一種就是表達建筑情感，或者說是通過建筑表達情感。這種情感表達方面的需求可能是來自公眾的，也可能是來自政府或領導意志的，還可能就是直接來自建筑師的美學修為的。建筑師可以利用建筑特有的元素，比如建筑材料的材質、裝飾材料的色彩等進行其建筑情感的表達，但是這種表達的效果和能力是有限的，建筑師更重要的手段則是借助結構的能力完成這一表達需求，從這個意義上說，建筑師豐富的想象力既給結構設計提出了課題、帶來了挑戰，同時也就給結構工程師帶來了風險。
國家大劇院超大超深的地下結構體量，橢球拋物面殼體屋頂和圍繞殼體的環形水池都是安得魯實現其劇院功能需求與其情感表達需求的手法和元素。為了在不超越人民大會堂的限定高度內，完成劇場功能對豎向尺度的需求，“深入地下”是其自然的（也許是無奈的）選擇；橢球拋物面殼體屋頂罩住其下的三個功能劇場是建筑師進行區域空間整和的一種手段，在這塊區域上的建筑物進行這樣的整和處理我認為是必要的；建筑師設置環形水池的目的在于其制造區域寧靜氣氛的需要，這種建筑情感表達上的需求也是必要的。
國家大劇院總平面圖
同樣的，在建的國家體育場（簡稱“鳥巢”）以及國家游泳中心（簡稱“水立方”）等標志性建筑，她們不單單是承載著滿足舉辦奧運會各單項體育功能方面的需求，也還要承載著通過其“別樣”的建筑形象來表達全國人民百年奧運夢想成真的情感需求，承載著要為最出色的一屆奧運會留下最出色的“建筑遺產”的使命。
自然的，建筑師是無法單獨承擔這樣的使命的，必須依靠結構工程師的支持來實現其“特別”的表達需求?；蛘哒f，結構工程師在這個時侯是沒有選擇的自由的，只有絞盡腦汁為建筑師的這種需求尋找“解決方案”，于是，百年之前的理論物理學命題“泡沫理論”被結構師拿來經過有趣的數學變換，最終成了表達建筑師“看似無序的水分子結構”的最好載體。
國家游泳中心總平面圖
■建筑結構形式的爭議多半不是“好與不好”的問題，而是“值與不值”的問題
為了滿足建筑師們的“浪漫”需求，在傳統的結構構成方式無能為力的時候，結構設計師就必須探索新的、非傳統的結構構成方式。結構系統的基本形式，可以說已經被我們認識的差不多了，但是，這種說法只是限于基本體系，并不意味著創造新的結構形態可能性的減少，在擁有無限多樣的物種的豐富多彩的世界里，限定結構形態的類型顯然是不恰當的。
結構工程師的任務就是在既要保證結構安全同時又要滿足建筑美學需求的杠桿上尋找一個平衡點。只是，世界上終究沒有免費的午餐，當各種或是張揚的、或是陌生的結構形態出現的時候，在結構材料科學還沒有長足的發展的時候，在我們還不得不用傳統的結構材料去實現這樣一個個“浪漫”的需求的時候，對結構安全的關注也就從來沒有象現在這樣引起一端又一端的“爭議”。
從一個結構設計與研究工作者的角度看待這些“爭議”，我認為很多時候我們是可以在力學或規范的原則內尋找到這個“平衡點”的，隨后的問題是，這會要我們付出多大的“代價”，或者說要我們支付多大的“結構成本”？我認為對這個我們要支付的成本“值與不值”的不同看法是對建筑結構形式“爭議”的焦點問題。
其實，作為一個結構工程師，常常是不能判斷建筑的形象與情感“效益”與結構實現的“成本”之間到底誰高誰底的，因為前者是很難量化的。我們所能做的就是在保證建筑功能與美學需求的諸種可選擇的結構實現方式中找到成本較低的解決方案。
國家游泳中心南北剖面圖
國家大劇院南北剖面圖
例如，在國家大劇院工程結構的第一輪初步設計時，法國ADP公司確定的結構底板的頂面標高為-26.0米，這個標高受到了中國建筑與結構工程師的質疑，如此深的基槽，且不說開挖與降水的成本會很高，結構壽命期內的抗浮設計成本更是一項很大的投入，為此，我們建議在保證其建筑功能需要的前提下，盡可能提高建筑底面標高，法方在修改后的初步設計中將這一標高提高到了-22.0米。
與上述情形相反，國家游泳中心工程的建筑設計由于采用了ETFE雙層充氣膜，這種膜材的造價很高，所以，在相對深挖（增加基礎開挖與結構抗浮成本）和抬升建筑總高度（增加圍護膜材的用量）的比較選擇中建筑師完全依賴的就是綜合成本最小化的原則。
■結構工程師要給浪漫的建筑師和建筑師的浪漫設定一條底線
作為一名結構工程師，我們還應該清醒地認識到，結構科學和材料科學的發展遠沒有達到可以令建筑師們的“浪漫思維”無約無束的境地。在實際結構的建造過程中影響結構安全的因素眾多，一方面，建筑結構理論歸根結底是一門實驗科學，理論與實際的偏差不可避免，另一方面，建造技術的發展水平和區域差異以及施工質量控制等等方面的諸多因素，都會給實際建造完成的建筑結構安全性能帶來某種程度的不確定性。
所以，建筑師們在通過建筑表達其美學或情感需求的時候，結構工程師們還是要給他們設定一條底線。這條底線不僅依賴于當代人類對自然界的認識水平，而且還依賴于現代結構技術與材料科學的發展水平，依賴于結構分析技術的發展水平。在某種程度上，我們可以允許他們突破某些“規范”條文的底線，但是不能允許他們突破“基本力學準則”的底線。尤其是當我們面對國外建筑師的時候，這一點做起來很難，譬如在和安德魯的法國ADP團隊合作設計國家大劇院的過程中，我們就經歷了多次的“爭執與說服”的過程。
國家游泳中心的設計過程也給了我們很多啟示，在建筑師浪漫的創意和結構的可實現之間還是有較長的一段路要走的，因此，我們投入很多精力進行了這種新型多面體空間鋼框架結構的試驗研究，最終才可以保證這種結構的安全、可靠。
鋼骨架結構效果
ETFE充氣枕結構
■不能認為結構設計安全與結構設計的創造性是永遠的矛盾
實際上，對結構設計安全性的憂慮往往會束縛住我們結構設計創造性探索的步伐，雖然這種憂慮不是多余的。發生巴黎機場結構倒塌事故后，我們聽到的幾乎都是對安德魯主持設計的建筑的一片懷疑之聲，結構設計工程師們，尤其是從事重要公共建筑結構設計的工程師們更是增添了更多的謹慎與小心。
我認為，結構設計的任務始終是：按照建筑的功能與美學需求確定安全、合理的結構體系；進而依據建筑結構可靠度設計有關標準所確定的原則對結構作用效應與結構抗力進行符合結構實際工作條件（性能）的分析；最終應做到在規定的結構設計使用年限內，在現行規范規定的各種荷載作用下，所設計的結構是安全可靠、經濟合理、技術先進的。
為了實現這樣的使命，對結構設計安全的自始至終的關切無疑是必要的，另一方面，結構設計的創造性不但是當今建筑設計發展的必然要求，同時也是結構設計技術自身發展的要求。國家大劇院、國家體育場、國家游泳中心以及新中央電視臺等建筑在結構設計方面的創造性探索可以為我們跟蹤當今世界先進的結構設計理念提供一些線索，也可以讓我們檢視一下很多經驗的、傳統的結構設計思維是否還適應現代結構設計發展的要求。
“水立方”內外效果圖
1.1剪力墻結構設計的概述
通常來說，一般剪力墻結構的建設規模較大，可實際厚度較小。因此，這種特點也決定了剪力墻結構的具體形狀以及承受能力的大小。其中，剪力墻結構的組織形狀相似于板狀，自身具備了較高的承受能力，與柱子的受力程度非常相似。然而，在其他方面上，這兩者有著十分明顯的差異。并且，剪力墻結構是建筑結構中不可或缺的核心部分，設計人員在對其進行設計時，不僅要充分發揮剪力墻結構固有的承載力大和平面內剛度大的優點，還應該按照不同場所要求，設計出科學合理的剪力墻結構設計方案，使其發揮最大化的使用性能。
1.2剪力墻結構的分類
（1）雖然實體墻與截面剪力墻在某些方面，有著較大的差異?？墒?，這兩者的開通面積與不開通面積是基本相同的。并且，這種剪力墻結構形式在發生變化時，也是呈現了曲線狀態，是一種固定不變的形態。
（2）即使剪力墻開口不大，但因為剪力墻開通面積已經遠遠超出了規定范圍。所以，此時的剪力墻結構呈現的是彎曲狀態，并且無任何的阻擋點，從而導致其位置和形態均發生了不同程度的變化。
2.剪力墻建筑結構的厚度和長度的選取
剪力墻墻肢截面的高度就是剪力墻墻肢的長度，這個長度一般不應超過8m。在剪力墻結構設計中應確保剪力墻結構的延性，為了避免脆性的剪切破壞，可將高寬比大于2的細高剪力墻設計成彎曲破壞的延性剪力墻。但是有的墻體長度很長，為了確保墻體的高寬比值大于2，就要采取開設洞口的方法將長墻分成均勻的、長度較小的連肢墻，而其洞口則最好采用約束彎矩比較小的弱連梁。
3.剪力墻建筑結構設計計算的原則
設計人員在對剪力墻結構進行設計時，應該遵守相應的設計原則，真正做好考察工作，堅決不可以采用盲目的設計方法。只有這樣，才能確保剪力墻結構設計的規范性，這也是保證建筑結構安全可靠性的重要表現。
3.1樓層之間最小剪力系數的調整原則
一般情況下，為了防止安全隱患的發生，減輕建筑結構的自身重量，設計人員在對建筑工程進行設計的過程中，可以采用減少剪力墻布置的方法。但是，這種設計形式有一個必要的前提條件，那就是短肢剪力墻的力矩必須保持在規范的標準要求內。同時還可以應用大開間的剪力墻結構，以此來提高建筑結構的強度，充分保證樓層剪力系數的安全性，并從一定程度上，大大降低了工程造價成本。
4.剪力墻結構優化設計的幾點建議
我們知道，剪力墻結構作為建筑結構設計中至關重要的一個環節，其設計質量的好壞將會對建筑工程建設質量產生非常大的影響。而這種建筑結構形式因為具備較高的強度以及良好的延展性的優點，因此得到了十分廣泛的應用，充分發揮了自身的有效價值。但是，在實際應用過程中，由于建筑工程存在很多的不確定性，當剪力墻結構發生明顯的變化狀態時，常常會受到一些外力因素的破壞，使得剪力墻結構的抗震性能遭到了一定的影響，同時也大大降低了建筑結構的穩定性。一般情況下，剪力墻結構最大的優點是具備了十分理想的承載能力。并且，在剪力墻結構的側面部分，也擁有著較大的平面內剛度，這就充分保障了建筑物的安全性。另外，在建筑內部的剪力墻結構設計中，石柱與房梁都是隱蔽起來的，有效的提高了建筑室內的美感。但是，剪力墻結構也存在著較大的缺陷，無法為人們提供更多的可利用空間，經常會給人們的日常生活造成許多的不便。通過相關調查數據表明是剛韌性較強的剪力墻，在地震發生時，房屋所受到的損壞是最小的。但是，建筑設計人員一定要注意將其控制在合理的范圍內，不允許其隨意的擴散發展。從而確保剪力墻結構設計工作的質量和效率。其次，由于剪力墻結構成本費用較高，這無疑會對建筑工程建設成本上造成一定的壓力。因此，建筑企業要采取及時有效的解決對策，盡可能減少工程成本的浪費，促剪力墻結構能夠正常運行。
5.結束語
在建筑形式和數量不斷增多的前提下，工程項目中所涉及的信息量也越來越大，這些信息如果得到及時收集，并加以利用，那么對于其他建筑工程的建設將會具有極大的推動作用。不但能夠縮短工期，還能夠加有效節約成本，提高施工質量，除此之外還能夠更好的避免很多施工事故的發生，因此，信息技術在我國建筑工程中的優勢非常顯著。但是現階段，我國還是應該采取一定的措施更好的發展和推廣這項技術，這樣才能夠將次技術的優勢充分發揮出來，有效的節約成本，提高施工效率以及施工安全保障。在這個基礎之上，我國相關技術人員應該全方面，高效率的對BIM技術的核心技術原理進行研究，可以說，此項技術是我國建筑設計領域的新起點，是一次革命性的開始，因此具有非常巨大的現實意義。
二、BIM模型所包含的設計項目
1.構件方面
BIM技術在建筑結構構件設計中具有非常重要的作用，其中內容很豐富，包括構建材料、幾何尺寸以及荷載等信息，這些信息能夠非常直觀的顯示出來，相關的設計人員能夠隨時進行使用和分享。尤其是在結構節點設計方面，BIM技術的使用，能夠快速和直接進行構件作用的判斷，將梁、板以及墻、柱等部分的信息進行定義，同時能夠對連接構件做出更加合理的判定，這樣是為了更好的將其與節點的進行匹配，這樣就能夠將所建立模型的信息進行科學地參數計算。比如，建筑設計中的混凝土構件，BIM技術能夠將其使用量的多少以及鋼筋的用量進行準確預測，并將其現實在模型信息中。
2.整體層次關系
使用BIM技術，必須要建模，而模型的構件需要大量的信息數據，在虛擬的條件下，模型能夠非常正確完整將結構進行優化調整，為人們提供最合理、最具可行性的施工方案，同時，還可以緩解施工過程中所產生的突發問題，協調各部分施工之間的關系，BIM技術可以及時搜集并整理各種施工信息，并實現分享，施工人員以及技術人員在需要的時候可以隨時進行查閱和使用，為建筑結構整體分析計算提供更多依據。
三、BIM模型的層次應用
1.BIM模型的集成化應用
BIM模型采用的是參數化的描述方式，這種方法是目前最合理的信息單元描述方式，能夠非常準確的將建筑結構中的梁、墻以及柱等部分建立模型，在建立模型的時候，建筑物實際上就是真實的展現過程中，其內部信息以及內涵都會被描述出來。另外，在建立模型的這個過程中，系統還會對結構中大量物理信息進行全面的分析，進行分類處理。技術人員能夠更加直觀，便捷、多方位的對建筑物的構造情況進行了解，從而有效避免很多設計上失誤，以及事故的發生。
BIM技術的核心就是利用數據庫模型體現出各個設計參數，這使很多結構模型都和實體結構參數相互一致，參數在形成模型化后，會根據不同的構件特征形成相互的規則性，使模型設計能夠和實際施工相互聯系。
3.信息共享和交換
在結構設計完成后，BIM模型能夠直接讀取結構設計中的信息，并且結合這些信息建立完整的結構分析模型。三維模型的結構布置保持與分析模型相互一致的狀態，使結構狀態得到高度的統一，建筑信息模型在傳統的模型分析上往往以數據作為基礎，BIM在讀取數據的過程中，使數據文件轉換為自身的結構形式，最終實現設計流程中的資源共享，以此提高資源的協調應用能力。
四、結構設計中BIM應用的難點
1.應用BIM技術的三維設計工具軟件（Revit釆等）用了較多的模塊參變量和系統參數，與二維創建視圖技術有很大的不同，軟件需要兼顧與二維設計習慣的一致性，所以模塊參變量和系統參數比常規工具軟件要復雜很多倍，這就使得應用中因為系統參數設置不當或參數與參數之間不匹配而導致很多意想不到的問題。
2.在進行結構設計時，很多結構形式十分特殊，這就需要特殊的結構模塊對其進行控制，但是三維圖形和剖面視圖不能形成理想的施工效果，很多設計者會因此放棄BIM技術，而使用原始的二維繪圖設計方案
3.結構工程師在建立BIM模型時，注重的問題主要是物理模型能否自動生成平法施工圖文檔，以及能否正確轉化為可以被結構分析軟件認可的結構分析模型。在結構設計中，安全性分析計算是首要環節和重要問題。BIM建立的是完全的數據庫式模型，從理論上來說，實現BIM物理模型與結構分析模型之間的雙向鏈接是完全可行的。
五、BIM在結構設計中的處理辦法
1.建立完整的項目樣板
在建筑結構設計中，項目樣板是所有設計中的基礎，而項目樣板設計所包含內容很多，具體為標準化處理的線型、字體以及符號等方面。而BIM技術的應用，能夠快速有效的建立完整的樣板，并且能夠避免很多必要的重復，減少無用功，提高工作效率，現階段，我國已經建立了一套符合我國實際情況的設計標準，這項標準能夠對我國結構設計中的各個環節進行監控并能夠更具不同用戶的需求，有針對性的進行指導。
2.設計符合要求的結構構件
在建筑結構中，梁、柱以及樓板等都是非常重要的基礎部件，因此這些部件對于建筑來說，有著非常重要的支撐作用，通常來說，它們一般為預制部件、現澆部件以及各種更結構部件等。設計的時候，要從建筑物的實際情況出發，根據不同需要進行設計。在這些形式中，比較常用的就是現澆部件。設計的時候，設計人員應該嚴格進行設計方案的選擇，部件功能不同，澆筑的方式也不同，要最大限度減少不同因素之間的沖突反映。保障結構部件的作用能夠得以有效發揮。
3.鋼筋混凝土結構中的平法表示
在鋼筋混凝土施工圖繪制中，通常采用平面方法進行表示，在圖紙上采取特殊的標點符號進行標注，施工技術人員通過工藝轉換形成樣圖。BIM技術可以使平面表示法的內容多環節和多角度展示，BIM模型能夠更加輕松的提取出關鍵數據和核心信息，以滿足施工時間和放樣需求。
六、結束語
裝配式建筑是指用預制的構件在工地裝配而成的建筑。這種建筑的優點是建造速度快，受氣候條件制約小，節約勞動力并可提高建筑質量［1］。裝配式建筑最初出現于上世紀初期，并不需要現澆作業，只需要現場裝配即可，同時，這種建筑中的構件成本并不高，性價比也很好，且帶有綠色建筑特點。在生態環境保護備受重視的今天，裝配式建筑因具有綠色環保特征，受到人們的青睞。
2裝配式建筑結構體系
2．1種類劃分
對于裝配式建筑來說，擁有多種類型，按照形式劃分有剪力墻形式、框架與核心筒形式、框架與剪力墻形式等;按照高度劃分有多層混凝土式、高層混凝土與低層混凝土式［2］。在我國應用最多的裝配式建筑結構形式為剪力墻結構，但在商場等建筑項目中多采用框架式。
2．2抗震性能
在自然災害頻發的今天，任何建筑最重要的一點莫過于具有良好的抗震性能。通過研究可以發現，裝配式混凝土建筑結構大致可以分為兩種，一種是全裝配式;另一種是半裝配式，無論哪種裝配形式，其裝配程度的高低不會影響到建筑整體剛度，能夠影響結構剛度的只有受力構件剛度與節點剛度，如果它們的剛度不達標，那么在地震等自然災害發生以后，建筑使用者的安全將受到極大威脅，因此，應提升受力構件與節點剛度［3］。同時，在裝配式建筑中有多個節點形式，不同結構剛度所帶來的影響也不會不同，尤其是抗震性能存在一定差異，所以，在裝配式建筑結構體系設計過程中，應加強與現實情況的聯系，提升建筑結構的抗震性能。
3裝配式建筑結構設計
3．1框架結構體系設計
對于裝配式建筑框架結構體系來說，在我國商場建設中應用較多，也是應用力度較大的裝配式建筑結構。之所以采用這種結構體系，主要是由于該體系質地相對較輕，便于運輸，同時它屬于綜合性能相對較好的高層框架。在利用框架結構體系的過程中，無論是疊合板還是合梁都會在工廠內部完成，然后利用運輸設備將這些框架運輸到施工場地，再在現澆處理節點或梁端鍵槽等方式的作用下完成下一階段的設計。為提高框架結構體系裝配式建筑的受力能力，在實際設計中還需要關注以下幾點問題:一，強度等級控制。無論是柱混凝土還是預制框架柱底的強度等級至少要達到C30左右;二，平面設計原則。在設計梁柱中心線的過程中應做到豎向平面相同，且呈現對齊形式，在縱向上也要以對齊為主;三，預埋件的處理。對于框架結構體系設計來說，預埋件屬于不可缺少的一部分，所以，在實際設計過程中應保證處于不同區域的預埋件能夠很好的連接在一起，無論是承受軸力還是剪力都處于良好狀態。
3．2剪力墻結構體系設計
剪力墻結構體系在我國居民保障住房中的應用較多，在設計這種結構體系的裝配式建筑時，可以根據需求與工廠實際情況選擇剪力墻結構，既可以是半預制式，也可以是全預制式，無論哪種形式都能滿足設計需求。為確保裝配式建筑結構質量，滿足使用需求，應關注以下幾點內容:一，設計好承重墻板。承重墻是裝配式剪力墻結構體系設計中不可缺少的一部分。為做好承重墻設計，保證建筑質量，需要將承重墻搭建在兩側的山墻上。同時，做好內力計算結果與抗側力設計。此外，在結構豎向抗側力設計的過程中，應保證現澆方式能夠將豎向主承力鋼筋漿錨與連接帶組合在一起，并做好抗震設計與連接設計，以便提升建筑結構的整體性，避免出現中斷的情況;二，控制好鋼筋直徑與強度。在剪力墻結構體系設計中應保證各個預制構建間的連接性處于良好狀態。在實際設計的過程中不僅要確保傳力良好，還要提高構造的可靠性。如果發現該結構的抗震能力較差，應適當提升鋼筋直徑與強度;三，注意與現場吊裝環境的聯系。對于剪力墻結構體系來說，如果在設計中采用的是分塊設計，那么在實際設計中應注意與現實情況的聯系，如房間構造、拼接位置等。對于豎向接縫的部位，應做到避免應用到暗柱中，且盡量避免在同一個建筑結構中應用多個構件。此外，在實際設計中應嚴格按照相關要求操作，做好驗算，避免出現配筋變形等情況，只有這樣才能保證設計合理，滿足人們實際需求。
4結語
通過以上研究得知，裝配式建筑是現代建筑中應用較多的一種形式，它不僅可以降低勞動強度，還有利于生態環境保護，但不同的裝配式建筑在結構體系與設計上的方式并不相同，注意要點也存在差異，因此，本文聯系實際情況，分別對框架式裝配式建筑與剪力墻裝配式建筑的結構設計進行了研究，希望能為相關人士帶來有效參考，加大裝配式建筑在我國的設計與應用力度。
作者:黎靜 單位:青島博雅置業有限公司
參考文獻:
［1］陳秋實．預制裝配式建筑結構體系與設計［J］．江西建材，2017，(02):50－53．
結構設計的安全問題是所有從事結構設計與研究的人們一生都要面對的問題，本文作者結合自己的工程設計實踐，簡述了當代建筑師的設計思維對結構設計安全所提出來的挑戰，并且，通過一個結構設計師對當今建筑設計潮流的感悟與認識，提出了保障結構設計安全所必須堅持的基本原則。文章最后，對參與當代中國結構設計實踐的結構設計工作者們提出了一些期望。
■前言
一段時間以來，由法國巴黎戴高樂機場2E侯機廳通道部分倒塌事故引起的對結構安全問題的討論成為業界甚至各種傳媒的熱門話題，由之引起的對國家大劇院以及各奧運在建項目進行結構安全再認識的聲音也不時傳起。特別是對正在設計施工中的奧運項目，按照政府決策部門的意見，建設單位組織結構有關專家逐個項目地進行了更為嚴格的結構設計安全評估。
結構設計安全是我們所有從事結構設計與研究工作者必須面對和回答的問題，巴黎戴高樂機場事故是結構在其設計使用壽命初期（投入運營一年），在常規荷載作用（沒有恐怖襲擊、沒有惡劣的區域突發自然災害）的情況下發生的，就是說，一定是在結構設計或施工的某個環節給結構留下了致命的內部缺陷才造成的，這一缺陷既可能是結構設計理論方面的，也可能是結構設計構造方面的，既可能是結構材料使用方面的，還可能是建造過程中的施工質量控制方面的，等等。無論什么原因，這種結構破壞形態都是結構設計原則所不允許的，引起我們的警覺也是應該的。
另一方面，我們也還是應該理性地、科學地、全面地分析和把握結構設計的安全問題。其實，追溯人類改造自然、改造世界的歷史足跡，我們還是有理由對當代結構設計理論和建造技術的發展水平感到自豪的。雖然我們現在感覺是越來越累，越來越難，但是在力學和材料科學發展的有力支撐下，我們所從事的結構設計與建造技術的發展還是基本上滿足了那些滿腦子求新求奇，求高求廣的所謂當代建筑師的表達欲望與需求的。
■世界上沒有自由的結構設計師，但假如沒有我們，也就沒有建筑表達的自由
建筑師設計東西，無非表達兩種需求，一種是傳統意義上的功能需求，另外一種就是表達建筑情感，或者說是通過建筑表達情感。這種情感表達方面的需求可能是來自公眾的，也可能是來自政府或領導意志的，還可能就是直接來自建筑師的美學修為的。建筑師可以利用建筑特有的元素，比如建筑材料的材質、裝飾材料的色彩等進行其建筑情感的表達，但是這種表達的效果和能力是有限的，建筑師更重要的手段則是借助結構的能力完成這一表達需求，從這個意義上說，建筑師豐富的想象力既給結構設計提出了課題、帶來了挑戰，同時也就給結構工程師帶來了風險。
國家大劇院超大超深的地下結構體量，橢球拋物面殼體屋頂和圍繞殼體的環形水池都是安得魯實現其劇院功能需求與其情感表達需求的手法和元素。為了在不超越人民大會堂的限定高度內，完成劇場功能對豎向尺度的需求，“深入地下”是其自然的（也許是無奈的）選擇；橢球拋物面殼體屋頂罩住其下的三個功能劇場是建筑師進行區域空間整和的一種手段，在這塊區域上的建筑物進行這樣的整和處理我認為是必要的；建筑師設置環形水池的目的在于其制造區域寧靜氣氛的需要，這種建筑情感表達上的需求也是必要的。
國家大劇院
同樣的，在建的國家體育場（簡稱“鳥巢”）以及國家游泳中心（簡稱“水立方”）等標志性建筑，她們不單單是承載著滿足舉辦奧運會各單項體育功能方面的需求，也還要承載著通過其“別樣”的建筑形象來表達全國人民百年奧運夢想成真的情感需求，承載著要為最出色的一屆奧運會留下最出色的“建筑遺產”的使命。
自然的，建筑師是無法單獨承擔這樣的使命的，必須依靠結構工程師的支持來實現其“特別”的表達需求?；蛘哒f，結構工程師在這個時侯是沒有選擇的自由的，只有絞盡腦汁為建筑師的這種需求尋找“解決方案”，于是，百年之前的理論物理學命題“泡沫理論”被結構師拿來經過有趣的數學變換，最終成了表達建筑師“看似無序的水分子結構”的最好載體。
國家游泳中心總平面圖
■建筑結構形式的爭議多半不是“好與不好”的問題，而是“值與不值”的問題
為了滿足建筑師們的“浪漫”需求，在傳統的結構構成方式無能為力的時候，結構設計師就必須探索新的、非傳統的結構構成方式。結構系統的基本形式，可以說已經被我們認識的差不多了，但是，這種說法只是限于基本體系，并不意味著創造新的結構形態可能性的減少，在擁有無限多樣的物種的豐富多彩的世界里，限定結構形態的類型顯然是不恰當的。
結構工程師的任務就是在既要保證結構安全同時又要滿足建筑美學需求的杠桿上尋找一個平衡點。只是，世界上終究沒有免費的午餐，當各種或是張揚的、或是陌生的結構形態出現的時候，在結構材料科學還沒有長足的發展的時候，在我們還不得不用傳統的結構材料去實現這樣一個個“浪漫”的需求的時候，對結構安全的關注也就從來沒有象現在這樣引起一端又一端的“爭議”。
從一個結構設計與研究工作者的角度看待這些“爭議”，我認為很多時候我們是可以在力學或規范的原則內尋找到這個“平衡點”的，隨后的問題是，這會要我們付出多大的“代價”，或者說要我們支付多大的“結構成本”？我認為對這個我們要支付的成本“值與不值”的不同看法是對建筑結構形式“爭議”的焦點問題。
其實，作為一個結構工程師，常常是不能判斷建筑的形象與情感“效益”與結構實現的“成本”之間到底誰高誰底的，因為前者是很難量化的。我們所能做的就是在保證建筑功能與美學需求的諸種可選擇的結構實現方式中找到成本較低的解決方案。
國家游泳中心南北剖面圖
國家大劇院南北剖面圖
例如，在國家大劇院工程結構的第一輪初步設計時，法國ADP公司確定的結構底板的頂面標高為-26.0米，這個標高受到了中國建筑與結構工程師的質疑，如此深的基槽，且不說開挖與降水的成本會很高，結構壽命期內的抗浮設計成本更是一項很大的投入，為此，我們建議在保證其建筑功能需要的前提下，盡可能提高建筑底面標高，法方在修改后的初步設計中將這一標高提高到了-22.0米。
與上述情形相反，國家游泳中心工程的建筑設計由于采用了ETFE雙層充氣膜，這種膜材的造價很高，所以，在相對深挖（增加基礎開挖與結構抗浮成本）和抬升建筑總高度（增加圍護膜材的用量）的比較選擇中建筑師完全依賴的就是綜合成本最小化的原則。
■結構工程師要給浪漫的建筑師和建筑師的浪漫設定一條底線
作為一名結構工程師，我們還應該清醒地認識到，結構科學和材料科學的發展遠沒有達到可以令建筑師們的“浪漫思維”無約無束的境地。在實際結構的建造過程中影響結構安全的因素眾多，一方面，建筑結構理論歸根結底是一門實驗科學，理論與實際的偏差不可避免，另一方面，建造技術的發展水平和區域差異以及施工質量控制等等方面的諸多因素，都會給實際建造完成的建筑結構安全性能帶來某種程度的不確定性。
所以，建筑師們在通過建筑表達其美學或情感需求的時候，結構工程師們還是要給他們設定一條底線。這條底線不僅依賴于當代人類對自然界的認識水平，而且還依賴于現代結構技術與材料科學的發展水平，依賴于結構分析技術的發展水平。在某種程度上，我們可以允許他們突破某些“規范”條文的底線，但是不能允許他們突破“基本力學準則”的底線。尤其是當我們面對國外建筑師的時候，這一點做起來很難，譬如在和安德魯的法國ADP團隊合作設計國家大劇院的過程中，我們就經歷了多次的“爭執與說服”的過程。
國家游泳中心的設計過程也給了我們很多啟示，在建筑師浪漫的創意和結構的可實現之間還是有較長的一段路要走的，因此，我們投入很多精力進行了這種新型多面體空間鋼框架結構的試驗研究，最終才可以保證這種結構的安全、可靠。
鋼骨架結構效果
ETFE充氣枕結構
■不能認為結構設計安全與結構設計的創造性是永遠的矛盾
實際上，對結構設計安全性的憂慮往往會束縛住我們結構設計創造性探索的步伐，雖然這種憂慮不是多余的。發生巴黎機場結構倒塌事故后，我們聽到的幾乎都是對安德魯主持設計的建筑的一片懷疑之聲，結構設計工程師們，尤其是從事重要公共建筑結構設計的工程師們更是增添了更多的謹慎與小心。
我認為，結構設計的任務始終是：按照建筑的功能與美學需求確定安全、合理的結構體系；進而依據建筑結構可靠度設計有關標準所確定的原則對結構作用效應與結構抗力進行符合結構實際工作條件（性能）的分析；最終應做到在規定的結構設計使用年限內，在現行規范規定的各種荷載作用下，所設計的結構是安全可靠、經濟合理、技術先進的。
為了實現這樣的使命，對結構設計安全的自始至終的關切無疑是必要的，另一方面，結構設計的創造性不但是當今建筑設計發展的必然要求，同時也是結構設計技術自身發展的要求。國家大劇院、國家體育場、國家游泳中心以及新中央電視臺等建筑在結構設計方面的創造性探索可以為我們跟蹤當今世界先進的結構設計理念提供一些線索，也可以讓我們檢視一下很多經驗的、傳統的結構設計思維是否還適應現代結構設計發展的要求。
“水立方”內外效果圖
1．1高層建筑結構受力特征
高層建筑結構在模型上一般可以假想為一個從地基出發并不斷上升的懸臂構件。高層建筑主要承受水平作用效應和豎向作用效應，水平作用效應一般指風荷載，在抗震設防地區還包括水平地震作用。豎向作用效應則一般由結構自重荷載產生，在抗震設防烈度為8、9度時的大跨度和長懸臂結構及9度時的高層建筑，還應考慮豎向地震作用。在這些作用效應下，結構整體及主體構件均需具有足夠的承載能力、剛度和延性，整體的設計注重概念，應符合相關規定中對于建筑形體的規則性要求，包括平面布置的規則性及豎向布置的規則性。結構在抵抗彎曲方面來說，結構體系務必滿足:不能使建筑物產生傾覆;在承受荷載時，它的支撐體系的某些部位不應被壓屈、壓碎或者直接被拉伸破壞;同時彎曲側移不能超出彈性極限的范圍。而結構在抵抗剪力方面來說，結構體系務必滿足:建筑物不至于發生剪切破壞;同時結構的整體剪切側移不能超過彈性極限的范圍。最后對于結構的地基和基礎來說，由于高層建筑一般是高次不靜定結構，所以結構體系在支承點處應避免較大的不均勻變形，從而可以防止出現較大的二次內力。
1．2高層建筑結構的傳力路線
高層建筑的豎向平面結構和水平平面結構都必須有明確的傳力路線。以某個作用在樓面上的重力荷載為例，它要通過樓蓋構件的彎曲傳遞給豎向結構的某個構件，直到建筑物的基礎和地基。傳力路線的模式根據結構的類別和布置而異。高層建筑的底層往往只允許有少量的立柱，以便有足夠的空間可以設置寬敞的入口、前廳或廣場。這時，有較密柱間距的上層結構的重力荷載，就要通過另一種結構體系傳給底層立柱以及底層立柱基礎。當高層建筑的樓層平面有突變時(如樓層有收進，或由矩形平面變成其他形狀的平面時)，或結構體系有變化時，它們的傳力路線也會發生改變，這時往往既要有豎向的轉換結構，也要有水平方向的轉換結構。在高層建筑結構傳力路線中還有一個區別于底層建筑結構的特殊問題，那就是高層建筑的每個立柱都承受著上層傳來的重力荷載，要考慮它們各自在施工和使用過程中豎向壓縮量的差異。這既要在設計中加以考慮，也要在施工過程中及時加以調整，以保證各層樓面的水平度，減小因不同柱的壓縮量有過大差異而引起的結構內力。
2概念設計
2．1抗關于側力構件合理布置規定
對于一個單獨的結構單元，在設計上的通常做法是，一般會盡力避免設計出應力集中的縮頸和凹角部位;而且盡量不要在這些部位設置樓、電梯間。整個結構外形也要避免外挑，尺寸內收也不宜過急，避免在結構上形成薄弱部位。最大限度地防止因局部結構或構件破壞，而出現全部結構失去承載力的情況。
2．2關于高寬比的規定
高寬比的規定是對結構整體剛度、整體穩定、抗傾覆能力、承載能力以及經濟合理性的綜合考慮，是長期工程經驗的總結，根據當前的實際工程來看，這一限值是比較經濟合理與實用。但隨著目前高層建筑的快速發展，設計師們發現其實高寬比并不是必須要滿足的。實際工程已有一些超過高寬比限制的例子(如深圳京基100大廈高441．8m，共100層，高寬比為9．5，天津117大廈，高597m，共117層，高寬比為9．7)，當然高寬比超過限值時，應對結構進行更加準確的受力分析，并施加可靠的構造措施。
2．3短肢剪力墻的設置問題
在新的規范中，將墻肢截面高度與厚度比為5－8的剪力墻定義為短肢剪力墻，且根據試驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制。比如在剪力墻設計等級為四級，短肢剪力墻的配筋率要求是1%以上，而普通剪力墻則為0．2%。高厚比較小的構件的脆性破壞較大，不利于抗震。所以，在具體的高層結構設計里，設計師們應該充分利用其它現有構造形式來代替短肢剪力墻，減少不必要的麻煩。
2．4嵌固端的設置問題
在結構計算模型的選擇上，如何準確地確定嵌固端位置是一個十分關鍵的問題，這直接關系到實際的受力狀態與選擇的計算模型是否符合以及內力等相應計算結果是否無誤。因為現在高層結構通常會設有一層或者是二層的地下室(可以當作人防工程來使用)，而嵌固端的選擇，可以結合各層的剛度變化，再根據它的實際布置狀況，可以選擇在一層頂板的位置，也可以是二層頂板的位置，同時在地下室其他樓層等部位也是有很大可能的。但是在這個問題上，結構設計師們往往會忽略了一系列需要注意的問題，例如嵌固端的設置和剛度比的限制等問題，忽視這些問題將會對工程的質量和后期數據的分析造成很大的隱患。
3地基與基礎結構設計
在基礎的具體設計中，應根據地基復雜程度、建筑物規模和功能特征以及由于地基問題可能造成建筑破壞或影響正常使用的程度來確定基礎設計等級。首先，地基計算應滿足承載力計算的有關規定;其次，由于高層建筑的基礎設計等級均為甲級或乙級，因此均應按地基變形設計;若地下室存在上浮問題時，還應進行抗浮驗算。下面就高層建筑中不同的基礎類型分別闡述在設計計算中應注意的事項:在對箱基和筏基的梁板進行配筋計算時，務必相應地扣除底板上直接作用的梁板荷載和自重，當出現箱筏的四邊區格和地基反力過大的情況，這時要對梁板進行加強配筋;而在進行箱基結構設計時，要考慮洞口上下的連梁的影響，驗算其截面面積，若洞口的位置或者大小有變動，要復核連梁的抗剪強度和抗彎強度;若是進行整體箱基和筏基的設計，必須考慮樁土的因素，其共同工作會對結構造成一定程度的影響。
4結構計算與分析
4．1結構整體計算的軟件選擇
當前比較常用的計算軟件一般包括:建科院PKPM其中的SAT-WE，MIDAS，ANYSYS，ETABS，SAP等。由于各個軟件使用的計算模型有一定區別，所以在各個軟件計算結果上就會有或大或小的差異。實際工程中，務必考慮結構類型和計算模型的具體特點，在進行整體分析時選擇最恰當的軟件，并使用不同軟件進行對比分析計算，從不同軟件計算的相差較大的結果中，選擇最接近工程實際情況的數據。若不能選擇合適的計算軟件，不但會消耗大量的時間和精力，更重要的是會對結構埋下安全隱患，造成日后的工程問題。所以為了保險起見，通常在布置復雜的高層設計中，宜使用不少于兩種不同的模型來進行內力分析和計算。
4．2剪力墻底部加強部位墻厚的確定
在進行抗震設計時，剪力墻的底部加強部位一般采取增加邊緣構件箍筋和墻體的布筋來防止地震荷載的影響，預防結構出現脆性破壞，從而能夠比較有效的改善結構的抗震性能，在現行的規范中，明確指出剪力墻結構底部加強部位的高度可以參考墻肢的1/8和底部兩層二者中的較大值;而部分框支剪力墻結構底部的取值，可考慮以上兩層的高度及墻肢總高度1/8中的較大值。一般情況下，高層建筑結構底部加強部位的剪力墻截面厚度bw的取法按照以下規定，按照一、二級級抗震標準的情況，bw宜選擇剪力墻無支長度的1/16或層高;按照三、四級抗震標準的情況，bw宜選擇剪力墻無支長度的1/20或層高。但在墻底受力較小且結構層高相對較高的情況下，其厚度還按上述要求取值，就顯得很不經濟。所以，根據具體的工程實踐，厚度可以適當減小，而且必須按照下面的公式計算穩定性。
5結束語
