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基于概念设计的高层混凝土建筑结构计算分析

谢杰文（广东海外建筑设计院有限公司 广州510075）

在计算机技术和结构分析软件已经相当普及的今天，概念设计仍然是作好结构设计的重要环节。本文针对概念设计在高层混凝土建筑结构计算分析中的应用谈谈个人的几点粗浅体会。

概念设计 计算模型 分析与判断

计算机技术和结构分析软件的普及，使结构计算分析的精度和效费比越来越高，为比较准确地把握结构的工作性能提供了有力的技术手段。但是，即使到了人工智能技术高度发展的时候，人脑也永远不是包括电脑在内的任何工具所能代替的，结构设计的关键仍然在于概念设计。对于建筑结构的计算分析，从具体工程情况、力学概念和工程经验等方面出发合理地选择计算分析方法、确定计算模型和相关参数、使用结构分析软件、检验和判断计算结果的合理性和可靠性等，是作好结构设计的重要环节。针对高层混凝土建筑结构（以下简称高层结构），本文试就概念设计在其计算分析中的应用谈谈个人的几点粗浅体会。

目录：

1.荷载和作用

2.结构计算模型的建立

3.计算结果的合理性分析与判断

4.细部内力和配筋的分析与判断

5.补充分析

6.结语

荷载和作用

高层建筑结构的永久作用（荷载）包括结构构件（梁、板、柱、支撑、墙体）和非结构构件的自重，可变作用包括楼面可变荷载（活荷载）、风荷载、地震作用、温度变化、约束变形等。一般情况下，可变作用可仅考虑风荷载和地震作用；对于温度变化大、可能产生约束变形（如不可忽略的地基不均匀沉降等）的结构，应考虑其作用效应的不利影响。目前，温度变化、约束变形、混凝土材料的收缩和徐变的不利影响，通常通过总体设计和构造设计来解决。随着研究工作的不断深入和计算分析软件的不断进步，对于通过目前的构造措施不能很好解决的非荷载效应问题，有可能列入将来的计算分析范畴。

高层建筑结构是逐层施工完成的，其竖向刚度和竖向荷载也是逐层形成的。这种情况与结构刚度一次形成、竖相荷载一次施加的计算方法存在较大的差异，房屋越高、构件竖向刚度相差越大，其影响越大。因此对于层数较多的高层建筑，进行重力荷载作用效应分析时，柱、剪力墙的轴向变形宜考虑施工过程的影响。

地震动参数一般可按《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）jgj3-2002相关规定直接采用。根据《地震安全性评价管理条例》，对于重大 建设工程 必须进行场地地震安全性评价，此时，应采用场地地震安全性评价报告提供的地震动参数及相应的人工模拟加速度时程曲线。所有高层结构均应考虑地震作用的偶然偏心，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应。当有夹角大于15°的斜交抗侧力构件时，应附加该斜交方向的地震作用。对于质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，尚应计算双向水平地震作用下的扭转影响。

结构计算模型的建立

目前，我国规范体系是采用线弹性方法计算结构的作用效应、进行截面承载力设计的。对于比较柔软的结构通过近似方法考虑重力二阶效应的不利影响；对于复杂的不规则结构或重要的结构（如甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑），验算其在罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形，以满足二阶段设计的要求。因此，一般情况下，高层建筑结构的内力与位移采用线弹性方法计算，框架梁及连梁等水平构件可考虑局部塑性变形引起的内力重分布。

2.1结构计算简图处理

高层建筑是三维空间结构，构件类型多、数量大，受力复杂；结构计算分析软件都有其适用条件。因此，结构分析时应结合实际情况和所采用计算模型的要求，对结构进行适当的简化处理，使其既能比较正确地反映结构的受力性能，又适应所选用的计算模型，从根本上保证分析结果的可靠性。

结构计算简图应根据结构的实际形状和尺寸、构件的连接构造、支承条件和边界条件、构件的受力和变形特点等合理地确定，既要符合工程实际，又要抓住主要矛盾和矛盾的主要方面，弃繁就简，满足工程设计精度要求，保证设计安全。

2.1.1结构构件的几何形状与模拟

结构构件的几何形状是其力学行为的主要内因之一，结构构件的模拟应严格按照其几何形状来进行。一般情况下，可用杆单元模拟梁、柱，膜单元模拟楼板，壳单元模拟剪力墙。

柱墙截面高宽比不宜大于3。矩形截面柱的边长，非抗震设计时不宜小于250mm，抗震设计时不宜小于300mm；圆柱截面不宜小于350mm。至于剪力墙，矩形截面独立墙肢高厚比hw/bw不宜小于5。当hw/bw大于8时为一般剪力墙；当hw/bw为5～8时为短肢剪力墙，其截面厚度不应小于200mm；当hw/bw不大于3时，应按柱的要求进行设计。

剪力墙开洞形成的梁为连梁，连梁可用杆单元或壳单元来模拟。当其跨高比小于2时，宜用壳单元模拟。当其跨高比不小于5时，宜按框架梁进行设计。

2.1.2支座的约束作用与模拟

支座所能提供的约束是建立在其对构件位移的约束作用之上的，故支座应采用相应的构造措施且应具有足够的刚度。

通常，结构的计算嵌固端宜设于基础面，并要求基础采用适当的构造、具有足够的刚度。有地下室时可考虑地下室外墙的影响，用壳元或其它合适的单元模拟地下室外墙。当地下室层数较多时，可于地下二层及以下楼层设置土弹簧考虑土侧向约束的影响。

梁、板支座类型的确定，不仅与支承柱、梁的刚度有关，而且与邻跨梁、板的刚度比有关。当支承柱、梁的刚度不足时，则属弹性支座，计算中应考虑其竖向位移的影响。由于邻跨无梁、板，故连续梁边支座、边跨板边支座一般应按简支考虑。在跨度悬殊的相邻楼板中，对小跨度板而言两者间的相邻边可按固定边考虑，对大跨度板则不宜按固定边考虑。

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