关于建筑结构设计中的若干问题进行探讨

摘 要：出于对建筑结构精度要求的考虑，在设计建筑结构的时候，需要在利用分析模型进行精确计算的基础上，形成设计的依据。本文将通过对建筑结构设计常见问题的分析，然后探讨建立结构设计计算分析模型的方法，以及分析计算的结果，协助解决设计中存在的问题。

关键词：建筑结构；结构设计；计算模型

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）09-0010-01

1 建筑结构设计的常见问题

1.2 第二道抗震防线问题

2 建筑结构设计计算分析模型的建立

本文以某70a使用年限的32层住宅建筑为例，该建筑属于3级抗震级别的剪力墙结构，为了确定该建筑结构抗震设计的相关数据，笔者认为有必要建立计算分析的模型，具体思路如下：

2.1 建模流程

在集成环境中完成建筑结构设计计算分析模型的建模工作，需要赋予模型分析、修改、计算等基本功能。笔者建议针对建筑结构的设计需求，进行实体单元建模，建模的编辑特点与CAD有异曲同工之妙，都能够借助设计工具，满足页面复杂的定义需求，譬如剪力墙荷载计算、剪力墙静动力分析、剪力墙线性计算、剪力墙非线性计算，这些都是剪力墙在设计方面所需求的静力、动力、线性、非线性等分析技术，以此建模，不仅能够满足计算的速度要求，还能够使得分析結果趋向于合理可靠。

2.2 建筑结构设计总体模型

案例工程有限模型总共有22735个单元数，以二类场地作为结构模拟条件，分别为7度设防和8度设防的地震作用反应，其结构整体模型为纯剪力墙理想化结构，包括层高5m人防地下室1层、层高3m标准层32层（总高度95.970m），建筑结构沿缝对称，在此将结构左边部分作为建模分析对象。在计算分析时，简化结构构件，使其成为壳单元或者空间杆，而这样模型囊括了7度抗震设防工况和8度抗震设防工况，其中7度抗震设防设计和8度抗震设防设计的基本地震加速度分别为0.15g和0.2g，通过对这两种不同级别抗震设防标准模型的对比分析，根据分析结果选择不同的振型结构，以便预测同样条件下的位移和内力变化状态。

2.3 计算参数的选取

计算分析模型中所模拟的建筑结构抗震设防度数分别为7度和8度，并分别具备0.15g和0.2g的基本地震加速度，最后选取0.05作为结构阻尼比。以上模型计算参数的选取，由于忽视了隔墙的因素，因此在计算地震反应的时候，需要以0.65的折减系数折减自振周期，以缩短与实际周期的差距。而在发生地震的时候，建筑结构会因为地震的作用力，而出现结构扭转效应，这将使得地震对结构的破坏作用更为明显，不利于建筑结构的安全设计。因此，为消除地震作用的扭转影响，以及避免建筑结构平移振动和扭转效应引起的耦联反应，我们需要利用振型分解反应谱法分析建筑结构的地震作用，以此明确抗扭和侧振的周期比值，以此判断结构顶端相对扭转效应的大小。

3 建筑结构设计计算结果分析

根据建筑结构不同抗震设防烈度和振型阶数作为动力分析，并结合相关的规范要求，在满足建筑结构质量参与系数在90%以上的前提下，提取前12阶振型进行计算。

3.1 对比不同振型阶数楼层剪力

为了避免忽略高阶振型影响的相关数据，高层建筑需要重点关注高阶振型，尽可能选择较长周期的振型，本文借助SAP2000有限元分析软件，分别抽取若干个振型阶数，然后进行分析和对比，最后检查是否全部满足振型质量参与系数在90%以上的基本要求，其中需要考量的每个阶振型质量参与数量分别为X平移、Y平移、RX平移、RY旋转、RZ旋转5个方面。笔者选用10阶、11阶、12阶、13阶、15阶、20阶、25阶、30阶振计算，发现只要试算可能振型阶数取得越多，处于同等振型位置的质量参与系数，累计值就会被越小，而且任何振型都不可能同一时间出现，越低的基本振型参与系数，高阶振型就会受到更加明显的影响。

3.2 不同振型时的周期对比值

为了弄清楚剪力墙受到高阶振型的影响程度，笔者选择了10阶、15阶、20阶、25阶、30阶振型，然后对比不同振型时的周期，发现选择振型的阶数越大，则振型周期就越大，呈正比的关系，因此建筑结构需要尽可能选择较长的周期振型，这样就可以避免高阶振型影响的丢失。以上的5种阶振型，主要的影响部位集中第1层、第3层、第5层、第28层、第25层、第31层，属于楼层力，为了得到更加精确的数据，笔者还模拟了7度抗震设防和8度抗震设防，得出具体的高阶振型影响下的楼层力大小，然后绘制出7度抗震设防和8度抗震设防的X向、Y向的剪力对比曲线图，以及简单分析各楼层剪力墙的X向和Y向弯矩值，发现弯矩值的变化幅度趋于零，譬如7度剪力墙抗震设防Y向剪力，28层的10阶、15阶、20阶、25阶、30阶振型剪力基本皆为1000，这说明剪力墙抗震设防可以不用考虑弯矩影响。

4 结语

综上所述，笔者采用的是SAP2000有限元分析软件，这种软件的设计程序具有一体化工程，能够满足不同建筑结构的设计需求，并将分析各种结构体系的结果全部输出，得出结构设计的详细信息，通过上文的研究，基本解决了建筑结构设计的若干问题，对于实际工程具有一定的指导意义。

参考文献

[1] 周胜武.探析房屋建筑结构设计的优化措施[J].建筑知识：学术刊，2013（B06）：65.

[2] 陈惠麒.高层建筑结构设计的要点分析[J].建筑知识：学术刊，2013（B06）：38.

[3] 吴宗武.浅议民用建筑结构设计过程中存在的问题[J].建筑知识：学术刊，2013（B06）：421.

作者简介：王永伟（1984-），男，助理工程师，主要从事的工作为混凝土结构设计。