发布时间：2023-09-17 15:03:02
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的混凝土结构设计基本原理样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：应用创新型人才；“混凝土结构基本原理”；教学改革；课程建设
中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（a）-0000-00
Abstract： The course of concrete structure principle is an important professional course in the civil engineering major. After analyzing the course characteristics and current teaching situation， this paper surrounds the target of training applied innovative talents， conducts in-depth research and discussion for the existing problems from the aspects of optimize teaching contents， improving teaching methods， examination assessment methods and enhancing practice teaching. It can provide a reference for improving this course’s teaching quality and the actual effect.
Key words： Applied and innovative talent； Concrete structure principle； Teaching reform； Course construction
一、教学改革的背景与意义
当前高等教育的结构呈现出多元化和多样性，发展应用型本科教育，培养多样化人才已成为了共同的选择和普遍趋势。为此，我国专门提出了“卓越工程师教育培养计划”。太原理工大学作为一所理工科优势明显的“211工程”重点建设大学，是教育部61所首批入选的“卓越工程师教育培养计划”、国家“大学生创新性实验计划”的实施高校，在培养创新型人才方面承担着重要的责任。针对土木工程专业的本科生教育，在新形势下如何培养素质高、能力强、满足企业所要求的高等技术应用型人才，是土木工程专业课程教学改革所面临的主要任务。
《混凝土结构基本原理》课程是土木工程专业一门重要的必修专业基础课，内容覆盖了土木工程专业下属的建筑工程、岩土工程、结构工程、道路桥梁工程、工程管理等专业方向，在整个人才培养中发挥着承接专业知识启迪实践应用的功能，其教学质量直接影响教育质量。其教学质量对于培养土木工程应用型高技术人才，特别是培养学生的创新能力和工程能力具有非常重要的作用[1，2，3]。但从太原理工大学及全国其他高校的教学现状来看，学生普遍存在着理论脱离实际的倾向，实践动手能力较差，缺乏运用所学知识分析、解决问题的能力。为了破解这一难题，急需根据《混凝土结构基本原理》知识体系的认知规律，结合我校土木工程专业的特点，对其教学改革进行探索与研究。
二、课程的特点与教学现状
《混凝土结构基本原理》课程是土木工程专业的主导课程，以结构力学、理论力学、材料力学、土木工程材料等课程内容为基础，具有理论性、综合性、实验性和实践性强的特点，其基本理论涵盖了材料性能、结构设计方法、构件承载能力计算及裂缝、变形与耐久性的验算，还涉及到了预应力混凝土构件的基本知识。教学内容跨度广、难度大，存在着“七多”，即概念多、公式多、系数多、符号多、构造规定多、教学环节多，且其文字内容叙述多[4，5]。因此学生在学习时往往觉得很难，做题时难以入手。传统的教学方式主要是以教师为主体地位，采用课堂授课的方式，强调理论知识的传授。面临着以下几方面的问题：
（1）教学观念缺陷。由于采用以教师为中心，学生一味地被灌输知识。这种以继承为中心的教育，强调知识的记忆、模仿和重复练习，缺乏先进的教育理念，极大的压抑和束缚了学生的创新意识。
（2）教学资源匮乏。该课程的内容非常丰富，且涉及到很多的规范和工程实践，难度比较大。在师资力量方面，目前大多数教师是博硕士毕业后直接进入高校任教，缺乏一定的工程实践经验和锻炼机会，动手实践能力相对较弱，加之教学方式单一，直接影响到了该课程的授课效果。
（3）教学考核落后。由于考试方式主要采用闭卷形式，考核内容大多围绕课本知识，套用各种公式。而学生多以“应试”为学习目的，只是在短时间内集中强化式记忆，死记硬背来应付考试。显然，这种类型的考核方式达不到培养学生创新能力和工程意识的教学目的。
因此，在明确该课程的特点和规律后，为了适应新时期对土木工程卓越人才的培养目标要求，旨在提高学生综合素质为目的，迫切需要改革和完善该课程教学体系，根据知识的结构体系和认知规律，既注重基本概念和基本理论的讲授，又努力提高学生综合运用知识与理论的能力，提高学生创新意识和实践动手能力。
三、教学改革的方法与手段
从教学内容、教学方法、考核方式这几个基本方面着手，对该课程的教学模式进行教学研究和改革探讨，以期建立科学合理的教学模式，贯穿“授之以渔”的思想，提高其教学质量和教学水平。具体描述如下：
（一）教学内容改革
（1）理论部分：在教学过程中强化知识体系的完整、系统和科学性，教学内容以混凝土结构中的基本构件（轴心受力构件、受弯构件、受扭构件、偏心受力构件和预应力混凝土构件）的截面设计为主线，每部分都划分成“原理、设计、验证”三部分，让学生系统掌握它的受力破坏机理、计算基本假定、计算模型、计算公式以及构造设计要求。通过这样的讲解模式使学生思路清晰，搭建起易于掌握的可塑性知识框架，构建了应用知识进行技术创新能力。
（2）试验部分：改变传统教学中陈旧的演示试验模式，即教师对已浇筑好的构件进行加载，通过破坏现象来分析其原因。采用让学生直接动手参与，记录现象并进行思考，培养他们研究性学习的能力。如梁的抗弯试验，对于方案的设计、构件的浇注、以及从加载到破坏的过程，学生来参与，最后验证试验结果和现象是否与预期相同。以激发和培养学生的动手能力和科学创造性思维方法，进一步认识和加深对课本知识的理解、综合分析与解决问题的能力。
（二）教学方法改革
传统的教学方法是老师给学生摆明现象、提出问题，然后老师来回答疑问。结合多年的教学实践后，发现学生更愿意接受互动参与式的教学方式。因此，教师应从学生对知识的认知程度上入手，全面调动其参与性，联系相关的知识点，力争达到实现融会贯通。具体如下：
（1）将工程案例穿插到教学过程中，如课程设计、毕业设计和工程现场录像，都是很好的素材。把解决工程问题作为学习的动力，激发起学生的学习兴趣和创新意识，明白所学理论知识与实践的相互关系，在什么场合使用以及如何使用。此外，在教学时教师应先提出学习的目标和任务，分析和总结知识内容的特点，设置疑问、对重点和难点问题进行讨论，提高学生理论联系实际和用知识解决实际问题的能力。避免学生在学习时漫无目的，耗费大量时间却效果不佳。
（2）该部分教学内容多且与现行规范、规程等联系比较强，应在分析该阶段学生的学习特点和各种教学方法的特点等后，确定有哪些适于多媒体教学和传统的板书。引入大量的图片、动画、工程现场录像等到课堂中来，如清楚直观地展示梁、柱、楼盖等构件的钢筋形式、位置、数量、搭接方式，甚至还可以采用视频跟踪，让学生了解并熟悉一栋建筑的整个施工过程。这样学生会在学习时产生亲切感和亲临感，有利于掌握基本概念，提高整体教学效果。此外，随着工程建设的需求和发展其内容和知识还在不断地更新。教师要及时将学科的发展动态和自己的科研成果来不断填充教学内容，使所授课的知识紧跟学科发展前沿，开阔学生的视野。
（3）考核方式改革。采用多元化的考核方式来评价学生的学习效果，减少其仅靠考试前快速突击就可取得好成绩的弊端，以更加真实合理的方式地来评价学生的学业水平。如综合考量到平时作业、布置任务的完成情况、课程设计和笔试环节，真正激励学生平时的认真学习热情和积极性。
四、结论
通过作者自身的教学钻研与经验探讨体会，深刻认识到《混凝土结构基本原理》是一门理论与实际密切相联的学科，各知识点环环相扣，且涉及专业学科面的范围非常广。教师应从本课程的认知规律和学生的求知特点来寻找突破口，以先进的教育理念和培养土木工程应用型人才为方针，采取多样化的教学方法和手段来紧贴实践，缩小从理论到实践的距离，找到学生易于接受的最佳方式，将基本技能、工程实践能力和创新意识真正的融入到教学工作中去，达到既提升学生知识水平的同时，又拓展了其综合能力。
参考文献
[1] 东南大学等. 混凝土结构上册， 混凝土结构设计原理[M]. 中国建筑工业出版社， 2008.
[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部组织. 混凝土结构设计规范[M]. 中国建筑工业出版社， 2014.
[3] 刘素梅， 徐礼华. 混凝土结构基本原理课程双语教学实践与总结[J]. 高等建筑教育， 2015， 24（3）：112-116.
关键词：轨道工程；混凝土结构设计原理；课程建设
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）33-0131-02
《混凝土结构设计原理》是轨道工程本科专业的主要专业基础课，是学生以后从事轨道工程施工和设计应该必须学习和掌握的基础专业知识。所以，该专业学生的专业水平是由《混凝土结构设计原理》这一课程的教学质量决定的。同时，《混凝土结构设计原理》这一课程具有很强的理论性和实践性，因此在教学过程中，为满足现代社会发展的需要，以及应用型人才培养目标的实现，需要改革教学方法，合理安排教学环节和改善教学内容，对课程进行剖析和定位，努力提高和培养学生在工程实践方面的认知能力。
我国已经建设、正在建设、正在规划的轨道交通的城市已有30多个，规划城市轨道交通网总里程5000多公里，2014年末运营总里程已达到2933公里。我国高铁总里程达到10000多公里，约占世界高铁运营里程的46%。随着我国总理在出国访问时一直向世界各国推销我国制造的高铁，说明我国高铁逐渐走向世界。轨道交通学院毕业的学生有机会走出国门参与国外高铁、轨道交通的建设，从而要求学生具备很强的专业基础能力。因此，轨道工程方向的混凝土结构设计原理课程建设具有重要的意义。本文结合轨道工程专业方向的《混凝土结构设计原理》课程的建设实践，就课程建设的教学内容进行了探讨。
一、课程建设教学内容选择与安排
目前国内混凝土结构设计原理的教材多达几十种，表1列出最近几年各大出版社所出的有关混凝土结构设计原理的主要教材。
从表1所列的教材内容大部分偏向《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62―2004）和《混凝土结构设计规范》（GB50010―2010），而由于我校轨道工程专业的学生主要是从事铁路、轨道交通行业，因此在选取教材方面主要考虑铁路、轨道方向。因此大部分教材不适合轨道工程方向的学生。而中国铁道出版社出版的李乔主编的《混凝土结构设计原理》为普通高等教育“十五”规划教材，教材质量好，该类教材“强调理论、重视理论”，并且涉及到《建筑结构荷载规范》（GB50009―2001）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62―2004）、《混凝土结构设计规范》（GB 50010―2010）、《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1―2005）和《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3―2005），非常适合轨道工程专业学生。像轨道、铁路交通等施工单位部门是我校这一层次学校轨道工程专业的学生毕业后大多分配到的地方，这类单位需要培养富有创造精神的应用型人才，要求学生掌握能运用基本理论解决实际工程问题的能力，因此选择该教材在某种程度上可以满足轨道工程专业学生的人才培养需要。
然而，此教材将第4章“轴心受力构件正截面承载力计算”放在第5章“受弯构件正截面承载力计算”前面，与第8章“偏心受力构件正截面承载力计算”脱节，同时第9章“钢筋混凝土构件的变形和裂缝验算”讲授的是受弯构件的变形验算和裂缝宽度计算，又与第5章“受弯构件正截面承载力计算”脱节。因此，根据我校最新修订的课程教学大纲以及轨道工程专业培养目标的要求，对教学内容进行优化重组应建立在课程组内多方探讨该课程的教学内容的基础上，并对课程的教学内容和教学目标形成基本一致的认识。如把教材的第9章“钢筋混凝土构件的变形和裂缝验算”放在钢筋混凝土受弯构件正截面计算、斜截面承载力计算后面，然后把轴心受力构件放在偏心受力构件承载力计算前面，这样系统的把钢筋混凝土受弯构件计算的相关内容串联起来。
《混凝土结构设计原理》课程具有较强的实践性和理论性，并且在教学内容上文字叙述太多，构造规定多、构件受力模式多，计算公式多，规范多。尤其是各种规范规定的符号、计算方法不同，因此学生总是觉得做题无从入手，在学习时常常觉得困难重重。所以需要经过精心选编，参考《结构设计原理计算示例》编写了课程教学的模拟试题集和习题集，内容不仅涵盖了全部教学内容，并包括可能遇到的所有题型以及一级结构师职业资格考试试题，而且给出标准的参考答案以及详细解题步骤，为巩固学生学习内容起到了非常好的作用。
二、课程建设教学方法
（一）课堂形式
为提高教学质量，我们提倡以板书为辅，以多媒体教学为主的教学手段。但是根据课上实践来看，学生对于公式推导、理论剖析的理解不深，导致采用多媒体课件的效果不理想。因此对于章节重点内容的介绍，可以插入视频录像的内容使学生记住知识点。如讲解钢筋混凝土受弯构件破坏模式时，可以放钢筋混凝土梁静力加载试验的录像，便于学生了解钢筋混凝土受弯构件适筋梁从开始加载至破坏经历了哪几个应力阶段，各个应力阶段的主要特征以及这几个应力阶段计算依据等。
（二）课堂内容
《混凝土结构设计原理》课程，作为一门实践性较强的学科，理论联系实际是一个非常突出的客观事实。因此，可以在课下带领学生到建筑工地实地参观，并利用现场讲解钢筋的结构和构造等施工知识，有机结合理论与实践。如：近几年来我校新校区施工项目较多，结合轨道工程实习基地、体育馆等相继开工的方便条件，带领学生现场参观梁的支模，钢筋的锚固、搭接、延伸、弯起，浇筑混凝土等施工过程，以及预应力张拉工艺及过程，了解预应力筋的种类、锚具等，可以极大的丰富了课堂内容，使理论知识在实际工程中得以化解、消化。
（三）理论教学与期末课程设计相结合
《混凝土结构设计原理》这门课程在学期末安排了两周的课程设计，内容是预应力混凝土简支T梁设计。在理论教学时就将课程设计题目布置给学生，重点讲解预应力混凝土构件设计基本步骤，使得学生带着任务学习，思考预应力筋的预应力损失等问题。而在期末课程设计时，对于同学们没有理解的理论问题，也会再次采用讲课的形式集中讲解。通过实践，让学生进一步巩固所学的内容，培养学生独立分析和解决问题的能力，为今后从事轨道工程设计打下牢固的基础。
三、结束语
《混凝土结构设计原理》是一门涉及到结构力学、建筑材料、施工等多方面的内容，并且是理论、课程设计和实践相结合，同时又起着承前启后的作用，是多门专业课程的前期课程。
针对轨道工程专业的特点，首先在课堂上采取视频录像、动画等教学手段吸引学生的兴趣。其次，在实践环节方面带领学生参观施工工地，使学生深刻理解抽象的书本理论知识。最后将理论教学和课程设计相结合，使学生巩固所学的知识，为后续课程（桥梁工程）的学习、毕业设计和将来工作及进一步研究打下基础。
参考文献：
[1]赵玉新，周清，包华.《混凝土结构设计原理》课程教学建设的几点体会[J].东南大学学报（哲学社会科学版），2012，14（s）.
[2]孟宪强，王凯英，齐春玲，仲玉侠.高校立体化教学资源建设与实践――以结构设计原理课程为例[J].高等建筑教育，2010，19（6）.
[3]姚力，葛明兰，尹冶.“混凝土结构设计原理”课程建设探讨[J].中国电力教育，2009，（6）.
[关键词] 少数民族；混凝土结构设计原理；教学方法
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 13. 127
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2016）13- 0228- 03
新疆自古以来一直是一个少数民族聚居的地区，据第六次全疆人口普查数据显示，少数民族人口占全区总人口的59.9%。对于民族地区来说科技发展的关键之一是民族科技队伍的壮大，随着国家丝绸之路经济带的蓬勃建设，土木工程建设的不断升温，作为经济带核心区的新疆，急需大量土木工程行业高素质少数民族技术人员。
混凝土结构设计原理课程是土木工程专业非常重要的一门专业基础课，它是学习专业课的基础，本门课程掌握程度的好坏直接影响到后续专业课学习的效果，并对毕业设计任务的完成起着至关重要的作用。
1 混凝土结构设计原理课程的特点
混凝土结构设计原理作为土木工程专业学生的专业基础课，是一门非常重要但又较难掌握的课程，对于土木工程专业的学生来说只有在掌握钢筋混凝土结构构件设计计算的基本理论和构造知识的基础上才能顺利地学习有关专业课程和从事钢筋混凝土建筑物结构设计相关的工作。该课程涉及理论知识广泛，概念、计算公式繁杂，多为工程实践经验总结的内容，具有很强的实践性。
1.1 涉及理论知识广泛
本课程涉及的内容非常广泛，在掌握高等数学、理论力学、材料力学、结构力学等相关数学及力学知识的基础上才能更好地理解本课程的基本思路及解题方法。
但本课程与数学、力学又不尽相同：从研究对象看，与经典力学中经高度理想化的研究对象不同，不能用纯数学、纯力学的观点去分析，没有统一的力学体系；从研究方法来看，理论推导及基本假定较多，与经典力学相比，精度较差；从课程内容来看，内容多而杂，缺乏系统性，且与工程实践紧密联系，强调实用性和技术性。
1.2 概念及计算公式繁杂
本课程基本概念多、公式多，大多是在数学及力学理论基础上做一定的基本假定后推导得出的，公式中的符号多且形似，但意义不同，极易混淆。需在理解基本假定的前提下进行理论推导，对学生的基础知识要求较高。
1.3 与工程结合紧密
本课程是一门理论与实际工程紧密联系的课程。学习该课程的目的是掌握钢筋混凝土结构构件设计计算的基本理论和构造知识，为从事钢筋混凝土建筑物的结构设计打下牢固的基础。因此，学习本课程必须紧密结合工程实际应用及相关规范，才能在以后的工作中更好地应用本课程相关理论。
2 少数民族学生的特点
少数民族学生大多来自偏远的少数民族乡镇，这些地区教育资源落后，学生的汉语水平较差、基础知识较薄弱、生活环境较单一、接触工程实例较少。
2.1 汉语言水平较差
部分来自经济发展落后地区的少数民族学生在学习及日常生活中使用自己的母语，汉语基础十分薄弱。为加强少数民族学生汉语听、说、读、写等能力，进入大学后需学习一年汉语。可即使经过一年预科，少数民族学生对汉语文字理解的深度及对汉语的驾驭能力仍很有限，部分少数民族学生未能达到接受大学专业教育的一般水平。但在课堂教学所使用的教材及授课语言均为汉语，从而造成少数民族学生的理解存在较大障碍。
2.2 理论基础薄弱
新疆地域广阔，经济发展不平衡，很多偏远地区教育资源匮乏，许多民族学生数学基础薄弱、知识断层明显，这给少数民族学生学习专业基础知识埋下了很大的隐患。这样的少数民族学生进入大学学习后，要与汉族学生在相同的时间内达到规定的课程学习内容要求，对少数民族学生来说压力大，对老师来说教学任务重，对本课程的教学带来了很大的困难。
2.3 工程的感性认识匮乏
大多数少数民族学生来自农村和牧区，对钢筋混凝土结构中的基本构件（柱、梁、板）从未见过，缺乏感性认识，理论与实际脱节，将所学知识应用到解决实际问题的能力较差。而土木工程专业最注重培养的就是灵活运用所学知识并将其应用于解决实际工程问题的能力。这一问题是少数民族学生学习效率低下的重要因素。
3 少数民族学生学习混凝土结构设计原理课程教学方法的探讨
3.1 增强汉语水平
少数民族学生学习效率低下、概念模糊、不能灵活应用理论知识解决实际工程问题最根本的原因就是汉语水平低，理解困难。
经过一年的预科学习，许多少数民族学生虽掌握了汉语基础知识，但对土木工程专业所要求的汉语理解水平还有一定的差距，因此造成少数民族学生在专业学习时理解和自学上的困难。因此，在专业课前增加少数民族学生专业汉语的学习是非常有必要的，尤其要重视少数民族学生对专业词汇的理解与表达。
鼓励少数民族学生和汉族学生交流，建立起学习汉语的良好的环境，从而激发少数民族学生对专业知识的学习兴趣，促进对专业知识的理解和掌握。
3.2 注重理解
少数民族学生理论基础较薄弱又缺乏感性认识，从而对理论知识的应用能力较差，不能做到举一反三，学以致用。因此，在教学过程中要针对少数民族学生，运用形象生动的教学方法帮助少数民族学生去理解所学知识。
将教学内容通俗化，从而使少数民族学生更容易接受课堂内容，加强学生对专业知识的理解。教师应立足民族学生实际、关注民族学生特点，考虑到他们的实际汉语水平和理解能力。在专业知识内容的语言表达中不能简单直截了当地引入概念、定义、公式，应当清晰、正确、生动地把书面语转变成口头语，以通俗易懂的方式表达出来。
教学方法多样化，引入多媒体、教学模型等辅助方法增进学生的理解。适当地引入一些必要的辅助教学方法和手段，把晦涩难懂的知识通过比较直观的方式展示出来，引导少数民族学生自我概括、理解，增强感性认识，提高学习兴趣。
培养少数民族学生的自学能力。自学能力的培养比仅仅传授课本知识更为重要和紧迫。学习对知识的分析是培养少数民族学生创造性思维的首要环节，对少数民族学生讲授书本知识不仅应以浅显易懂的语言将知识告诉他们，更重要的是教会少数民族学生理解、掌握思路和方法。通过分析引导少数民族学生自己总结得出结论，特别要注意的是教结论而不是给结论。
3.3 注重理论与实际相结合
由于生活环境的限制，许多少数民族学生对土木工程中各基本的结构构件没有感性认识，但混凝土结构设计原理这门课程的实际应用性强，理论知识抽象，从而使他们在学习理论知识的同时不能将其与实际工程联系起来，让教学效果大打折扣。因此将实验与实习等教学环节贯穿到理论课的教授过程中十分有必要。
实验课的教学环节可以很好地促进少数民族学生基本操作技能和实践动手能力，使少数民族学生有较多的动手机会。通过实验可以帮助他们理解、印证课堂教学讲授的理论知识，从而弥补由于语言障碍造成的理论学习困难的缺陷。
有条件的情况下在课堂讲授期间带领学生参观工地进行认识实习，有助于学生对所学的构件及功能有感观上的了解，便于理论学习的具体开展。通过认识实习让学生切身感受到自己所学钢筋混凝土知识与实际工程之间的关系，激发学生探求知识的愿景，从被动学习转变为主动学习。
4 结 语
在新疆少数民族土木工程专业混凝土结构设计原理课程教学实践中，一定要客观认识新疆少数民族学生与汉族学生之间的差异，根据少数民族学生的特点，丰富教学手段，重视学生实践能力的培养，才能满足新疆高速发展对少数民族技术人才的要求。
主要参考文献
[1]冯勇，何金春，晋强.新疆工科专业改进少数民族大学生教学探讨[J].中国电力教育，2013（14）：42-43.
[2]沈蒲生，梁兴文.混凝土结构设计原理[M].北京：高等教育出版社，2011.
【关键词】 建筑结构；安全度
一、建筑结构设计的安全度把控对于工程本身的重大意义
在的工程建设中，结构的安全度是衡量建筑结构有效性的重要基点，而以此发散的建筑功能性、美感度、创造力及艺术感也都是基于建筑结构安全这一基本前提。同时，结构设计的安全度更体现在建筑应对突发的特殊情况的稳定性思考，因此建筑结构设计的安全度对于现代建筑有着十分巨大的意义，离开结构安全，建筑设计将无从谈起。
另一方面，建筑结构设计的安全度把控并非一味的高标准堆砌，而是在基于项目本身具体情况及周边地质、地理环境考虑下而得出的综合性思考成果。结构设计的合理是建立在对项目本身的深入了解及对各种结构体系优劣及适应性的充分挖掘基础上得出的最佳方案，符合各项技术指标、不浪费、不缺失是建筑结构设计在安全性指标上的基本出发点。
二、影响建筑结构设计安全度的主要因素
总的来说，建筑物结构设计安全度是指在设计师设计下，通过规范化的设计，合理的施工处理使建筑在一定的环境下具有预防破坏及应对突发事件的一个安全系数指标。建筑的安全性主要取决于设计水平与施工水准，而其中，处于设计规划阶段的建筑结构设计方案具有更大的可控性，因此在工程安全的综合考虑上，建筑结构设计安全就显的尤为重要。一般而言，建筑设计的结构安全度主要是由构建重要性所决定的，若建筑物重要层级相同，结构的安全富余则主要体现在构架的平面布置及竖向受力方面。在建筑结构设计上，平面规则和竖向受力构建规则的建筑工程将会拥有更加合理的受力结构，工程的安全系数也会更高。若建筑物体现在同等的设计要求之下，合理的建筑结构设计则会表现出更好的经济性。因此，在工程的前期准备阶段，建筑的结构设计就显得尤为重要，设计人员必须在充分了解结构设计规范及工程特性的前提下做设计的创意发挥，而并非一味的求新求异，脱离了建筑结构合理性的工程设计无疑于舍本逐末。
1.建筑结构型式的选取
就全球范围内来看，钢结构和钢筋混凝土结构为目前最为常用的两种结构方式。单从结构安全性角度考虑，钢结构相较于钢筋混凝土结构有着更为明显的优势。例如，钢结构有着更高的强度且自重更轻，抗震性能更好。但同样的，钢结构的耐火性能较差，对于高层建筑的防火性能难以达到最为理想的要求。因此，相对而言，钢筋混凝土结构在全球范围内的应用则更为普遍，钢筋混凝土结构作为建材性能而言无明显缺陷，而随着施工技术的进步，混凝土材料性能的提升，钢筋混凝土结构的性价比优势更为明显。
2.建筑结构体系的选取
就目前而言，全球范围内比较常见的建筑结构体系包括：框架结构、剪力墙结构、框架―剪力墙结构、筒体结构等。四大结构体型均有各自的优势及局限性，因此，在综合考虑建筑功能性及当地地质、地理环境基础上的建筑结构体系的选择就有着十分巨大的现实意义
2.1框架结构
框架结构是目前较为常见的计算理论成熟度也相对较高的一种结构体系。框架结构适用于楼层相对较低的一般性建筑，例如：办公、住宅、商店、医疗、学校及多层工业厂房、仓库等。对于框架结构本身而言，其建筑平面布置灵活，建筑立面易于操作施工，该体系结构使得房屋整体自重较轻，造价相对较低，有着不错的性价比优势。但同样，框架结构本身的局限性也十分明显，例如：框架结构体系柔性较大，抗侧力能力较差，从而直接导致框架结构体系对于风荷载作用及地震荷载作用的承载力不足的缺陷。因此，框架结构的适用范围有限，理论上而言，框架结构体系的合理层数应该控制在6到15层之间。
2.2剪力墙结构体系
剪力墙结构体系能很好的解决房屋刚度及抗剪度不足的问题。通常，在高层建筑的施工中，人们在建筑结构中设置钢筋混凝土墙体并通过多轴线或横向交叉布置的形式形成刚度较大的墙体，从而使得空间整体性能大大提升并保证了房屋的抗震性。此外，剪力墙结构体系还具有易于分割的特点，因此该结构在传统住宅及旅馆的应用中较为普遍。
2.3框架―剪力墙结构体系
框架―剪力墙结构体系被更多的用于现代高层建筑中的行政办公大楼及高档酒店、旅馆等。由于综合了框架结构及剪力墙结构的优点，框架―剪力墙结构体系在现实运用中表现出更好的钢度及抗震能力，同时，也有着布局灵活使用方便等特点。
2.4筒体结构体系
筒体结构体系是现代建筑设计飞速发展下的产物。随着现代建筑对于建筑层数，建筑高度的需求越来越高，高层建筑对建筑结构体系提出了更多更复杂的要求，传统建筑结构体系中，无论是框架结构还是剪力墙结构均以平面工作状态构筑建筑设计，其梁体刚度，抗震系数难以达到要求。而筒体结构体系则很好地解决了这方面的需求。筒体结构体系的基本原理为：由剪力墙构成空间薄壁筒体成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，从而增强梁的刚度，并能形成空间整体受力的框筒，筒体结构体系通常由一个或多个筒体组成。
对于建筑结构体系的选取并非简单的对号入座，在处理建筑个性及复杂的环境因素面前，前期的综合调研和理性分析就更为重要。建筑结构设计应该在不违背建筑理论基本原理的前提下，灵活运用、合理创新，不应过分拘泥于以往的经验、规则，要懂得与时俱进、具体问题具体分析。建筑结构设计的安全是整个工程建设环节最为重要的一环，因此必须格外重视。
3.建筑体型及立面的规则化设计
现代社会，建筑业发展日新月异，建筑本身在满足其基本功能性的同时更被赋予了越来越多的含义。因此，在建筑设计上，设计者的个性思想及创造力被越来越多的表现出来，这也是建筑业蓬勃发展的良性表现。与此同时，建筑体型及立面的创新也使得建筑在具体的施工过程中呈现出更大的操作难度更复杂的受力结构，这无疑会对建筑整体的安全提出新的考验。因此，在建筑结构设计上，设计者应在保障建筑安全性这一大的前提下合理创新，尽量避免不规则化立面设计，从根本上保障建筑结构设计的整体安全。
总而言之，建筑机构设计的安全性把控是一个多方面综合考虑的过程。一方面他是工程可行性的基本保障，是工程顺利实施的前提，另一方面，他又将对工程建设的各个环节产生深远的影响。例如，建筑结构设计会对工程具体实施过程中的建材、工艺等提出具体的要求，从而对工程造价产生根本上的影响。在工程建设中，建筑结构设计的重要性不言而喻。因此，现代建筑工程对建筑结构设计提出了更高的要求，设计人员必须对于工程整体的各个环节做充分的思考，并以高度的责任心及使命感将对建筑安全性的把控落实到工程建设的每一个具体环节中。
参考文献
[1] 胡松.建筑结构设计安全度的探讨[j].中小企业管理与科技（上旬刊）.2010（09）
关键词： 无粘结预应力筋；等效荷载
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）06-0079-01
0 引言
我国相关规范及论著对预应力混凝土结构设计方法存在很多需要完善的问题，这影响了无粘结预应力结构的推广和应用。本文结合工程实践，参考国际上先进的设计理念和方法，对无粘结预应力等效荷载的应用进行了有益的探索。
1 定义等效荷载
等效荷载的作用与预应力钢筋对结构作用完全一致。它的作用原理是将混凝土结构中的预应力筋与结构分离，用等效荷载代替预应力筋的作用。由于构件上所受的力必须取得平衡，作用在预应力筋上的力就直接作用于混凝土结构上，这个反向的作用力就是预应力筋的等效荷载，将预应力筋与结构分离的方法称为脱离体法。由于预应力筋线形不同时，在构件上会产生水平、垂直等集中或分布荷载，下面通过不同形式预应力筋的单跨构件来说明等效荷载的计算方法。有效预加作用取常数E。
1.1 普通配筋 普通配置的预应力筋一般为直线型。首先从构件中脱离预应力筋，分析预应力筋的受力情况，再依据平衡原理将作用在预应力筋上的力，直接反作用于构件上，就得到了该预应力筋构件的等效荷载，这个构件的等效荷载是作用在构件端部的一对集中力E。
1.2 弯起配筋 将构件中的预应力筋弯起一定的角度，即形成弯起配筋，也称折线型配筋。对于这种预应力构件，由平衡力原理， 在预应力筋的转折处加一集中力。该集中力可分解为水平和垂直方向的两个分力。将这两个作用力反向施加在构件上，就得到弯起预应力筋构件的等效荷载。
通过上面的分析可以得到该类构件的等效荷载。在锚固点处作用一集中力E，其方向与预应力弯起筋方向一致；在折点处也作用一集中力，即等效荷载，它与在该折点处与预应力筋水平、垂直方向的有效预压力平衡。该等效荷载在两个方向分别为E（1-cosα）和Esinα（α是等效集中力与垂直方向的夹角）。
1.3 弯曲配筋 构件中配置的弯曲预应力筋一般采用圆弧型或抛物线型。进行受力分析时，将预应力筋从构件中脱离出来，选择弯曲预应力筋的任意截面处的微段，分析平衡力，得到任意截面处作用在预应力筋上的线荷载e=E/r。式中:r为曲率半径，即预应力数学表达式二阶导数的倒数。对于圆弧型预应力筋和二次抛物线型预应力筋，曲率半径是常数，故e为常数，e又称为荷载集度。将预应力筋所受的作用力直接反向作用于构件上得到该构件的等效荷载。通过分析可知，弯曲预应力筋构件的等效荷载为：锚固点处作用一集中力E与预应力筋方向一致。在预应力筋的弯曲段作用有与其伸展方向垂直的分布荷载，分布荷载的荷载集度是有效预拉力E除以计算点处的预应力筋的曲率半径r。圆弧型和二次抛物型的预应力筋的等效均布荷载为常量e=E/r。
2 等效荷载的性质
①对于预加力大小确定的某一形式的预应力筋，其等效荷载的作用相同。②一个自平衡力系。由于预应力作用不产生外部荷载，采用脱离法计算的预应力筋处于静平衡状态，预应力筋受到平衡力系的作用，则作用在构件上的等效荷载就是一个自平衡力系。③在用脱离法计算的预应力筋平衡体上截取任意位置上的截面，截面的右侧预应力钢筋对左脱离体的作用力为E；若截取右侧的脱离体，截面左侧的预应力筋等效荷载为一集中力E，两个方面获得的等效荷载的合力均为集中力E。对于任意形式的预应力构件，该力作用在预应力筋的重心上，方向与该点预应力筋切线方向重合。④当等效荷载确定的预应力筋布置在同一构件的不同位置时，由于偏心距不同，得到的弯矩效应也不同，故位置会影响等效荷载的作用。
3 在特殊构件中的应用问题
3.1 在构件中应用预应力技术的空间巨大 在实际工程设计中，经常遇到一些特殊形状的混凝土构件，如果这些构件都是轴心受压构件，只要预应力筋重心与构件的截面形心重合，在预应力的作用下，预应力筋的等效荷载在构件内只产生轴心压力。在混凝土的强度等方面均满足的前提下，在混凝土构件的横截面上预先引入均匀的压应力，可以提高构件的正截面抗弯承载力、刚度和抗裂度。
3.2 预应力的扩展效应 在工程计算中，预应力不仅可以产生弯矩效应，根据实际需要还可以用来产生平衡荷载产生的剪力和扭矩。当结构构件任意截面的预应力钢筋重心相对于的其截面形心产生偏心距时，预应力在该截面产生弯矩，其值为预应力沿构件纵向的分力与偏心距的乘积；若该预应力钢筋的作用方向与构件纵向存在夹角，预应力在该截面就会产生剪力，其值为预应力与该夹角的正弦的乘积；若该预应力钢筋重心与构件的截面形心重合，预应力筋的作用方向与构件的纵向各有一数值相等的夹角，加载预应力后，在该截面会产生轴力和扭矩，则作用在该截面上的轴力的数值是预应力与其夹角的余弦的乘积，扭矩的数值是预应力与其夹角的正弦及其偏心距的乘积。通过以上分析，对于工程需要产生的任意荷载效应，都可以通过选择预应力筋的形式来获得相应的荷载效应。
3.3 应用举例 现代建筑的造型和功能日趋复杂，相应的在结构设计中常需采用一些特别的构件。以楼梯间为例，为了提高楼梯间的使用效率，设计师希望将楼梯的平台梁去掉，以提高楼梯平台处的净高。此时就需要使用三折梁来保证楼梯的安全使用。
4 结论
①通过对等效荷载的分析，说明其本身是一种荷载。基于这一基本原理，得出了几个重要的性质，提出了等效荷载可以扩展的可能，为研究预应力混凝土的变形提供了一种途径。②通过对工程殊构件应用等效荷载的分析，说明采用脱离体法计算出的等效荷载，其过程很简便，平衡力法理论在应用上也很完善。③随着预应力混凝土在工程中的应用，大型、特型建筑的建造日益增多，这就势必要加强预应力混凝土结构基础理论的研究，随着预应力混凝土结构跨度的增大，构件截面面积的减小，预应力混凝土结构变形的研究将成为建筑工程界预应力结构设计的核心。
参考文献：
[1]林同炎.Ned H Bum s.预应力混凝土结构设计（第三版）[M].路湛心译.北京：中国铁道出版社，1984.
[2]JGJ/T92-93，无粘结预应力混凝土结构技术规程[S].
关键词：建筑结构设计；工程造价
中图分类号：TU723.3文献标识码： A 文章编号：
前言
工程造价与建筑结构设计息息相关，建筑结构设计的安全与合理是工程建设进行的前提，而工程建设的造价控制及效益价评估值则是工程建设顺利进行的基本保证。另一方面，优化建筑结构能有效的降低造价成本，从这一方面来讲，优化建筑结构与工程造价控制二者又是相辅相成的。众所周知，工程造价控制贯穿于工程建设的各个环节，一份有效的工程造价控制应该是贯穿于工程建设始终，并且是针对工程决策阶段、设计阶段、施工建设阶段、竣工验收阶段的全方位系统性综合考虑。但处于设计阶段的工程造价可控性及效益型明显高于其他阶段，所以可以这样说，建筑设计的优劣将直接影响整个工程的造价预算。
建筑结构优化设计的目的及意义
影响工程造价的因素有很多，主要包括：建筑主体；水电、通风等基础设施支出；绿化、景观等环境设施支出。而其中建筑主体结构造价在建筑整体造价中所占比例最大，对于工程整体成本对于工程造价的影响尤为关键。建筑结构设计是在充分满足建筑功能性的前提下，综合考虑建设成本、环境效益、经济效益、建筑创造性及建筑生命力等各方面因素的一项综合性设计研究。优化建筑结构、节约工程造价，其现实意义绝非一味的降低工程成本，就建筑本身而言：建筑安全性、舒适度、美感度是建筑结构设计所要考虑的首要因素，而从城市发展、投资者经济效益角度而言，优化建筑结构则又涉及到了社会效益、环境效益、经济效益等方方面面。因此对于建筑工程造价的把控，找到各方影响因素的完美契合点将使得工程建设的各项利益最大化。
一、建筑结构设计的综合性因素分析
现代建筑结构设计主要分为三个阶段：结构方案阶段，结构计算阶段与施工图制作阶段。而其中，结构方案对于工程造价的影响尤为关键。建筑结构设计的方案成型是基于建筑的重要性、工程地质勘查报告、建筑所在地的抗震设防烈度、建筑的高度和楼层的层数以及建筑场地的类别来确定建筑的结构形式。建筑结构设计的前期介入及全方位综合考虑，能很好的避免工程实行阶段的较大规模修改以及为应对其他各方要求而添加的各种加强、完善措施，并能在工程建设前期很好的避免工程建设中可能出现的方案反复，从而最大程度降低工程实施过程中不必要的成本浪费。
二、合理选择建筑结构形式及建筑结构体系
1.建筑结构形式的选择
就目前而言，全球范围内普遍采用钢框架和钢筋混凝土框架结构作为建筑的结构方式。
两种结构方式都有各自的适用范围，其整体造价差异也相对较大。因此，对于建筑结构设计的工程造价控制，结构方式是首要考虑因素。一般而言，钢结构强度高、自重轻、抗震性能好，是现代建筑比较理想的材料，但与此同时，全钢结构造价高昂相对高昂并在建筑防火性能方面有着明显的劣势。钢筋混凝土结构在综合性能上无明显缺陷，并有着钢结构难以比拟的性价比优势，多适用于一般的高层建筑结构体系。在建筑结构方式选择上，工程因充分考虑建筑自身的具体情况，从而选择最为合理的结构方式，从根本上控制工程造价成本。
2.建筑结构体系的选择
就全球范围内而言，目前建筑设计所常运用的结构体系包括：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。四种结构体系均有着自己独特的优势及适用范围，其工程造价成本也不尽相同，因此，综合考虑建筑特点，选择最为合理的建筑结构体系对于工程总体造价的控制有着至关重要的作用。而建筑结构体系的选择应根据建筑工程的功能要求、建筑高度、抗震等级、场地地基等实际情况做综合考虑。
一般而言，建筑层数为6到15层的办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库等工程建设适用于采用框架结构。在这种情况下，框架结构建筑平面布置灵活，建筑立面易于处理，自重轻，造价低等优势将得到最有效的发挥，并且，框架结构有着较为成熟的计算理论。
剪力墙结构主要用于提升整个房屋的抗剪度及刚度，其基本原理为在高层建筑中设置钢筋混凝土墙体，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，通常情况下，剪力墙呈现为多轴线布置或横纵正交叉布置。剪力墙结构体系刚度较大，空间整体性能较好，且呈现出良好的抗震性能，因而，剪力墙结构在住宅和旅馆客房中被广泛采用，剪力墙结构体系便于分割，能很好地适应多墙体、多房间的建筑工程，且能很好地保证房屋的整体美观度。
基于框架结构及剪力墙结构各自的特点及优劣势，一种新的结构体系：框架—剪力墙结构体系应运而生，而框架—剪力墙结构体系也是目前最为常用的建筑结构体系。从原理上而言，框架—剪力墙结构体系综合了框架结构及剪力墙结构的优点，并形成重新组合构建，及基本原理为在框架结构中布置一定数量的剪力墙，这种结构综合了框架结构布置灵活、使用方便的特点，更在刚度及抗震能力上有着明显的提升，因此，框架—剪力墙结构体系相较于框架结构、剪力墙结构而言，他能适用于更多楼层，更高高度的建筑施工。目前，该种结构体系多用于高层建筑中的办公楼及旅馆。
随着现代建筑对于建筑层数，建筑高度的需求越来越高，高层建筑对建筑结构体系提出了更多更复杂的要求，这时候筒体结构体系便很好的满足了现代建筑这一需求。筒体结构体系的基本原理为：由剪力墙构成空间薄壁筒体成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，从而增强梁的刚度，并能形成空间整体受力的框筒。
上述四大建筑结构体系为目前现代建筑比较常见的几种结构体系，而除此之外，世界范围内还有一些其他的结构形式，包括：薄壳、悬索、膜结构、网架等。这些结构体系也均有着各自的特殊性及适用范围，因此建筑设计体系因地制宜的合理运用对于建筑结构设计的工程造价控制将大有裨益。
三.规则化立面设计对于工程造价控制的意义
现代建筑发展使得建筑在满足其基本功能性的同时更加注重建筑风格、建筑个性的体现，建筑作为人类精神文明及物质文明的最直观体现，建筑设计在创作上也有着千变万化的发散，建筑实体立面是设计者智慧的结晶，他在很大程度上体现了建筑的创造性及灵魂。但基于工程造价控制的建筑体型设计应当在综合考虑建筑安全性、可行性的前提下尽量避免建筑体型的不规则化对建筑成本的影响。建筑体型的不规则化会导致空间关系复杂的部位出现多次承力转换结构部件，这将对建筑的安全性提出更为复杂的要求，也势必会造成施工成本的增加，因此，使建筑体型产生规则的结构效益对于工程造价成本的控制也有着至关重要的作用。
四、工程安全性的把控对于造价控制的影响
现代建筑多以高层建筑为主，基于技术的需求，建筑结构设计在材料、工艺上，有着更加严格的要求，这势必会影响到工程造价的控制。另一方面，结构设计的安全度，对于建筑风险控制，以及施工安全的控制都有着很大的影响，并且这些都会造成工程成本的额外输出。因此，建筑结构的设计安全度程度，将直接影响工程造价的控制，以及工程质量的控制。所以确定好建筑结构设计安全度，对于建筑施工而言，在施工技术、施工工艺上都有着实质性的价值。
总而言之，建筑结构设计的工程造价控制是一个多方面综合考虑的过程。建筑结构设计对于工程造价的控制也并绝非简单的越低越好，他应该在充分满足建筑功能性的前提下，对于工程经济效益、社会效益以及环境效益的多方面把控，并且尽量以创造性的设计思维提升建筑附加值及生命周期。因此，对于建筑本身而言，建筑结构设计环节的各方面综合把控不仅仅是一个工程造价控制的过程，他更是一个建筑全面溢价的过程。
参考文献：
[1] 秦茂玲. 建设工程造价控制的研究与应用[D]. 重庆大学, 2008, (05) .
[2] 黄丽莉. 建设项目工程造价控制方法的研究与应用[D]. 吉林大学, 2007, (05) .
摘要: 本文主要分析了高层建筑结构设计过程中的几个常见问题，并针对问题提出了相应的控制措施，供参考。
关键词: 高层建筑; 结构设计;问题; 分析
Abstract: this paper mainly analyzes the high-rise buildings in the process of structure design of common problems, and proposes the corresponding control measures, for reference.
Keywords: high building; Structure design; Problem; analysis
1引言
在高层建筑结构的设计中, 通常采用钢和钢筋混凝土两种材料。钢筋混凝土结构造价低, 材料来源丰富, 能浇注成各种复杂断面形状, 可组成多种结构体系, 并可节省钢材, 耐久性、耐火性好, 承载能力也不低, 经过合理设计, 可获得较好的抗震性能。它的主要缺点是构件断面大,自重大, 费模费工。而钢材强度高, 韧性大, 易于加工。高层钢结构具有结构断面小, 自重轻, 抗震性能好的优点。
钢结构构件可在工厂加工, 能缩短现场施工工期, 施工方便。但是高层钢结构用钢量大, 造价很高, 而且耐火性能不好, 需要用大量防火涂料, 增加了工期和造价。在发达国家, 大多数高层建筑采用钢结构。在我国,随着建筑物高度的增加, 也有采用钢结构的高层建筑。由于钢筋混凝土和钢结构各有所长, 又各有所短, 所以更为合理的结构是同时采用钢和钢筋混凝土材料的组合结构。
这种结构可以使两种材料互相取长补短, 取得经济合理、技术性能优良的效果。现就高层建筑结构设计过程中常见的几个问题及其对策与同行商榷。
2高层建筑结构设计过程中常见的问题及其对策
2.1高度问题
按我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》规定, 综合考虑经济与适用的原则, 给出了各种常见结构体系的最大适用高度, 详见表1。
表1 钢筋混凝土结构高楼的最大适用高度(m)
这个高度是在我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下, 较为稳妥的, 也是与目前整个土木工程规范体系相协调的。可实际上, 已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制, 如: 采用组合结构体系的金茂大厦, 高达420.15 m (建筑高度) ; 采用混凝土结构体系的中信广场, 也高达322 m (建筑高度) 。对于超高限建筑物, 应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下,超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。随着建筑物高度的增加, 许多影响因素将发生质变, 即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围, 如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。
2.2材料的选用和结构体系问题
在地震多发区, 采用何种建筑材料或结构体系较为合理是工程技术人员非常重视的问题。我国150 m以上的建筑, 采用了三种主要结构体系: 框一筒、筒中筒和框架一支撑。这些也是其他国家高层建筑经常采用的主要结构体系。但国外在地震区, 多是以钢结构为主, 而在我国, 钢筋混凝土结构及混合结构占了90 %。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构, 在国内外都还没有经受较大地震作用的考验。混合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受80%以上的地震作用剪力, 有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主, 变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大, 靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移, 不仅增大了钢结构的负担, 而且效果不大, 有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构,形成加强层才能满足规范侧移限值。此外, 在结构体系或柱距变化时, 需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变, 常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大, 且加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。此在需要设置加强层及转换层时, 要慎重选择其结构模式, 尽量降低其本身刚度, 以减少不利影响。
在高层建筑中, 根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构的加工制造能力, 建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱) 结构或钢结构, 以减小柱断面尺寸,并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后, 为减小风振,钢骨(钢管) 混凝土通常作为首选。采用格构式的型钢时,震害严重, 采用实腹式的热轧型钢或焊接工字钢的, 则震害要减少许多。
2.3轴压比与短柱问题
在钢筋混凝土高层建筑结构中, 往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大, 而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土, 柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态, 防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小, 则结构的延性就差, 当遭遇地震时, 耗散和吸收地震能量少, 结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计, 且梁具有良好延性, 则柱子进入屈服的可能性就大大减少,此时可放松轴压比限值。另外, 许多高层建筑底几层柱的长细比虽然小于4, 但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比, 只有剪跨比小于2的柱才是短柱。
有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值, 柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。
2.4在某些烈度区采用较低的抗震措施与构造措施现在许多专家学者提出, 现行的建筑结构设计安全度己不能适应国情的需要, 认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。此外, 对于“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”这个抗震设计原则, 在新形势下也有重新审核的必要。我国现行抗震设防标准比较低, 当取50年为分析年限时, 小震烈度对应的被超越概率为63.2% , 重现期为50年, 中震烈度对应的被超越的概率为10% , 重现期为475年, 大震对应的超越的概率为2%左右, 重现期为2000年左右, 同时规定抗震设防烈度与设计基本地震加速度的对应关系。
设防标准低的根本原因在于国家财力物力有限。我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外, 具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国外; 在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上, 与外国相比, 也有异同, 其中的8度区, 我国就明显不如外国严格。随着社会财富的增长, 结构失效带来的损失愈来愈大,加之结构造价在整个投资中的比例下降, 因而结构在设防烈度下应该采用弹性设计, 特别是高烈度区要有严格的抗震措施与抗震构造措施来保证结构的安全。
3结束语
关键词：高层建筑设计；设计分析；常见问题探讨；
一． 高层建筑结构设计特点
1.1 水平荷载成为决定因素
一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
1.2 轴向变形不容忽视
高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。
1.3 侧移成为控制指标
与较低楼房不同，结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
1.4 结构延性是重要设计指标
相对于较低楼房而言, 高层建筑结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
二．高层建筑结构的变形特点
在竖向荷载作用下，高层建筑结构的变形主要是竖向构件的压缩变形。由于各竖向构件的应力大小不同，因而其压缩变形大小也不同。在钢筋混凝土结构中，由于在施工过程中的找平，同时由于各竖向构件的基底轴力大小不同，若不对基底应力进行调整，也可能导致基础产生不均匀沉降。在水平荷载作用下，高层建筑结构最大的顶点位移为：水平均布荷载 max=qH4/8EI，倒三角形水平荷载max=11qH4/120EI，式中EI 为结构，从以上可看出，结构顶点位移与其总高度的四次方成正比。则又比水平荷载作用下的内力累积效应增加更快，这就说明，高层建筑结构对结构的水平侧移是相当敏感的。水平荷载作用下所引起的结构内力及侧移是高层建筑结构设计的主要控制因素。所以结构应具备较大的抗侧度，而不仅仅满足强度、刚度和稳定要求。
三． 高层建筑结构分析
3.1 高层建筑结构分析的基本假定
高层建筑结构是由竖向抗侧力构件（框架、剪力墙、筒体等）通过水平楼板连接构成的大型空间结构体系，要想完全精确地按照三维空间结构进行分析是十分困难的。各种实用的分析方法都需要对计算模型引入不同程度的简化。以下是常见的一些基本假定：
（1 ）弹性假定：目前，工程上使用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。但是，在遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移而出现裂缝，进入到弹塑性工作阶段。如果此时仍按弹性方法计算内力和位移，则不能反映结构的真实工作状态，而应按弹塑性动力分析方法进行设计。
（2 ）小变形假定：小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。有不少研究人员对几何非线性问题（P -Δ效应）进行了研究。一般认为，当顶点水平位移Δ与建筑物高度H 的比值Δ/H > 1 /500时，则P -Δ效应的影响就不能忽视。
（3 ）刚性楼板假定：许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法，并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供了条件。一般来讲，对于框架体系和剪力墙体系，采用这一假定是完全可以的。但是，对于竖向刚度有突变的结构，如楼板刚度较小、主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，则楼板变形的影响较大，特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可对这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。
（4 ）计算图形的假定：高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形主要是三维空间分析。二维协同分析并未考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调（竖向位移和转角的协调），而且忽略了抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度，对于具有明显空间工作性能的筒体结构也是不妥的。三维空间分析的普通杆单元每一节点有6 个自由度；按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲。
3.2 高层建筑结构静力分析方法
（1）框架- 剪力墙结构：框架- 剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，大多采用连梁连续化假定。由剪力墙与框架水平位移或转角相等的位移协调条件，可以建立位移与外荷载之间的微分方程来求解。由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式也不相同。框架- 剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。
（2）剪力墙结构：剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。按受力特性的不同，单片剪力墙可分为单肢墙、小开口整体墙、联肢墙、特殊开洞墙、框支墙等各种类型。剪力墙的类型不同，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法，此法较为精确，而且适用于各类剪力墙。但由于其自由度较多, 机时耗费较大，目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。
（3）筒体结构：按照对计算模型处理手法的不同，筒体结构的分析方法可分为3 类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。一种是只进行几何分布上的连续化，以便应用连续函数描述其内力；另一种是作几何和物理上来分析。这类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型, 是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆薄壁杆系矩阵位移法。这种方法是将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构，空间梁柱每端节点有6个自由度。核心筒或剪力墙的墙肢采用符拉索夫薄壁杆件理论分析，每端节点有7个自由度, 比空间杆增加了1个翘曲自由度，对应的内力是双弯矩。三维空间分析的精度较高，但其未知量较多, 计算量较大，在不引入其他假定时，每一楼层的总自由度数为6Nc +7Nw（N c、Nw 为柱及墙肢数目）。通常均引入刚性楼板假定，并假定同一楼面上各薄壁柱的翘曲角相等，这样每一楼层的总自由度数降为3 （N c+Nw）+ 4，这是目前工程上采用最多的计算模型。
四．高层建筑结构设计过程中常见的问题及其对策
4.1 高度问题
按我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ3 -2010) 规定, 综合考虑经济与适用的原则, 给出了各种常见结构体系的最大适用高度。这个高度是在我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下, 较为稳妥的, 也是与目前整个土木工程规范体系相协调的。可实际上, 已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制, 如: 采用组合结构体系的金茂大厦, 高达340m (建筑高度) ; 采用混凝土结构体系的中信广场, 也高达322 m (建筑高度) 。对于超高限建筑物, 应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下,超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。随着建筑物高度的增加, 许多影响因素将发生质变, 即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围, 如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。
4.2 材料的选用和结构体系问题
在地震多发区, 采用何种建筑材料或结构体系较为合理是工程技术人员非常重视的问题。我国150 m以上的建筑, 采用了三种主要结构体系: 框一筒、筒中筒和框架一支撑。这些也是其他国家高层建筑经常采用的主要结构体系。但国外在地震区, 多是以钢结构为主, 而在我国, 钢筋混凝土结构及混合结构占了90%。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构, 在国内外都还没有经受较大地震作用的考验。混合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受80%以上的地震作用剪力, 有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主, 变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大, 靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移, 不仅增大了钢结构的负担, 而且效果不大, 有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构,形成加强层才能满足规范侧移限值。此外, 在结构体系或柱距变化时, 需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变, 常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大, 且加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。此在需要设置加强层及转换层时, 要慎重选择其结构模式, 尽量降低其本身刚度, 以减少不利影响。在高层建筑中, 根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构的加工制造能力, 建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱) 结构或钢结构, 以减小柱断面尺寸,并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后, 为减小风振,钢骨(钢管) 混凝土通常作为首选。采用格构式的型钢时,震害严重, 采用实腹式的热轧型钢或焊接工字钢的, 则震害要减少许多。
4.3 轴压比与短柱问题
在钢筋混凝土高层建筑结构中, 往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大, 而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土, 柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态, 防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小, 则结构的延性就差, 当遭遇地震时, 耗散和吸收地震能量少,结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计, 且梁具有良好延性, 则柱子进入屈服的可能性就大大减少,此时可放松轴压比值。另外, 许多高层建筑底几层柱的长细比虽然小于4, 但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比, 只有剪跨比小于2的柱才是短柱。有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值, 柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。
4.4 在某些烈度区采用较低的抗震措施与构造措施
现在许多专家学者提出, 现行的建筑结构设计安全度己不能适应国情的需要, 认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。此外, 对于“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”这个抗震设计原则, 在新形势下也有重新审核的必要。我国现行抗震设防标准比较低, 当取50年为分析年限时, 小震烈度对应的被超越概率为6312% , 重现期为50年, 中震烈度对应的被超越的概率为10% , 重现期为475年, 大震对应的超越的概率为2%左右, 重现期为2000年左右, 同时规定抗震设防烈度与设计基本地震加速度的对应关系。设防标准低的根本原因在于国家财力物力有限。我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外, 具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国外; 在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上, 与外国相比,也有异同, 其中的8度区, 我国就明显不如外国严格。随着社会财富的增长, 结构失效带来的损失愈来愈大,加之结构造价在整个投资中的比例下降, 因而结构在设防烈度下应该采用弹性设计, 特别是高烈度区要有严格的抗震措施与抗震构造措施来保证结构的安全。
五.结语
高层建筑结构设计中应根据实际情况做好结构分析，多做方案比较，根据使用功能和受力的合理性确定好结构的体系，是用剪力墙结构还是框架结构等，再从结构的整体去分析它的刚度比、周期比、剪重比、位移比、是否考虑P-Δ效应、结构稳定验算等。高层建筑的竖向结构体系从上到下一层层地传递累积着重力荷载, 因此要求较大的柱或墙截面来承受这些荷载。同时, 这些竖向结构体系还必须把风荷载或地震作用等侧向荷载传给基础。可是, 与竖向荷载相比, 侧向荷载对建筑物的效应不是线性的, 而是随建筑物的增高而迅速增大。高层建筑结构设计有如下一些特点: 水平荷载起控制作用, 侧面位移必须加以限制, 轴向变形在侧移中占有很大的份额, 所以在结构体系选型时应充分考虑这几个特点。对于低层、多层或高层建筑, 其竖向和水平结构体系设计的基本原理是相同的。但随着高度的增加, 由于以下两个原因, 竖向结构体系成为设计的控制因素: 一个是较大的竖向荷要求有较大的柱、墙和井筒; 另一个更重要的是,侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多, 高层建筑结构设计人员必须以精心设计来保证。
参考文献：《混凝土结构设计规范》( GB50010 -2010)