高層建筑結構設計若干問題的探討

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 隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展和建筑功能的多樣化，城市人口的不斷增多及建設用地日趨緊張和城市規(guī)劃的需要，促使高層建筑得以快速發(fā)展。另一方面由于輕質高強材料的開發(fā)及新的設計計算理論的發(fā)展，抗風和抗震理論的不斷完善，加之新的施工技術和設備的不斷涌現(xiàn)，特別是計算機的普及和應用以及結構分析手段的不斷提高，為迅速發(fā)展高層建筑提供了必要的技術條件。本文對高層建筑結構設計中值得重視的幾個問題進行了探討，僅供參考。

1 高層建筑結構受力性能對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設想。對于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結構體系的設計基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加，豎向結構體系成為設計的控制因素，其原因有兩個:其一，較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒;其二，側向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。與豎向荷載相比，側向荷載對建筑物的效應不是線性增加的，而隨建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有條件相同時，在風荷載作用下，建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其頂部的側向位移與高度的四次方成正比，地震的作用效應更加明顯。在高層建筑中，問題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形，可見，高層建筑的結構受力性能與低層建筑有很大的差異。

2 高層建筑結構設計中的扭轉問題建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點郡三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發(fā)生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡單平面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡單平面形式，當需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內，同時，在結構平面布置時泣盡可能使 結構處于對稱狀態(tài)。

3 高層建筑結構設計中的側移和振動周期建筑結構的建筑結構的振動周期問題包含兩方面:()1合理158高層建筑的自振周期汀1)宜在下列范圍內:框架結構:T1(=0.1一0.51N)框一剪、框筒結構:lT=(0.80一0.1)2N剪力墻、筒中筒結構T:1邢.40一0.1)0NN為結構層數(shù)。結構的第二周期和第三周期宜在下列范圍內:第二周期:犯二(13一1巧T)1;第三周期:竹《115一In)TI。.32共振問題當建筑場地發(fā)生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發(fā)生共振。因此在建筑方案設計時就應針對預估的建筑場地特征周期通過調整結構的層數(shù)選擇合適的結構類別和結構體系，擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發(fā)生。.33水平位移特征水平位移滿足高層規(guī)程的要求，并不能說明該結構是合理的設計。同時還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結構抗震設計時，地震力的大小與結構剛度直接相關，當結構剛度小，結構并不合理時，由于地震力小則結構位移也小，位移在規(guī)范允許范圍內，此時并不能認為該結構合理。因為結構周期長、地震力小并不安全;其次，位移曲線應連續(xù)變化，除沿豎向發(fā)生剛度突變外，不應有明顯的拐點或折點。一般情況下剪力墻結構的位移曲線應為彎曲型;框架結構的位移曲線應為剪切型;框一剪結構和框一筒結構的位移曲線應為彎剪型。4 位移限值、剪重比及單位面積重度4.，位移限值在結構整體計算的輸出結果中，結構的側移(包括層間位移和頂點位移)是一個重要的衡量標準，其數(shù)值大小從一個側面反映出結構的整體剛度是否合適，過大或過小都說明結構剛度過小或過大(或者體現(xiàn)結構兩個主軸方向的剛度是否均衡)，以致要引起設計者對其中的結構體系選擇、結構的豎向及平面布置合理性的再思考?，F(xiàn)行規(guī)范中將頂點位移與層間位移并重對待，經(jīng)實踐探索并參照國外經(jīng)驗，得出的結論為:高層建筑尤其是超高層建筑，頂點位移限值決定的不僅是其數(shù)值大小而且還有其振動頻率，人的舒適感覺與振動頻率有關而與振動幅度(絕對位移)關系不大，即擺動頻率不太高時就可滿足人們的舒適度;其次，防止結構由于變形過大而可能遭受損壞或破壞的控制因素是層間相對位移，而其限值在現(xiàn)行規(guī)范中似偏嚴，可予放松。同一結構用不同的計算程序計算，如果其層間位移數(shù)值差異很大，則有可能是其“層間位移”內涵不同所致，有的是指樓層形心位移，有的則專指考慮樓層轉動后的最大角點位移，后者通常比前者要大，形心位移對規(guī)則建筑有意義，而角點位移則更能反映結構樓層的真實位移，因此角點位移是結構工程師必須關注的一個數(shù)值。.42剪重比及單位面積重度結構的剪重比 (也即水平地震剪力系數(shù)從即四心是體現(xiàn)結構在地震作用下反應大小的一個指標，其大小主要與結構地震設防烈度有關，其次與結構體型有關，當設防烈度為7、8、9度時，剪重比分別為aoZl，.0024，.004;0 扭轉效應明顯或基本周期<35.。的結構剪重比則分別丈.00160.，0犯，0.0640單位面積重度，產(chǎn)‘從儀Nlm勺是衡量結構構件(下轉79頁)萬方數(shù)據(jù)差的精度優(yōu)于國際一流大港的標準2c0m，并達到了集裝箱船到港，42小時內必須離港的世界一流大港的標準。

4 港口物流信息系統(tǒng)建設及應用中存在的主要問題目前天津市尚未建立公共型物流信息交換平臺，也沒有建立完備的企業(yè)與港口之間相連的物流信息服務系統(tǒng)，在一定程度上影響了天津港口物流業(yè)的發(fā)展。在物流信息系統(tǒng)建設方面，主要存在以下問題:4.1從外部環(huán)境考慮.14.1思想認識方面還有待進一步提高天津市近年來信息化的發(fā)展，特別是在市領導的直接組織下開展的天津市發(fā)展現(xiàn)代物流的對策研究，使各有關方面對現(xiàn)代物流有了一定的認識，但是還不夠深人與普及。我市物流企業(yè)對信息化的重要性認識不高，企業(yè)的信息化程度不夠高，缺少能提供全方位物流服務的大型企業(yè)。.14 2經(jīng)濟運行環(huán)境還禽改善物流系統(tǒng)涉及到國家行政管理部門和工商業(yè)各個部門。國家的市場經(jīng)濟體制仍需完善，這就造成了一些影響信息化建設方面的問題。4.1.3物流系統(tǒng)的基礎設施需要大力發(fā)展天津公共數(shù)字信息網(wǎng)絡系統(tǒng)基本能滿足當前物流企業(yè)的一般通信需求，但收費標準仍偏高，影響物流企業(yè)利用的積極性，為物流信息系統(tǒng)建設的推廣造成一定的障礙。.42從內部環(huán)境考慮.4.21港口物流企業(yè)缺乏信惠化建設的中長期規(guī)劃港口物流企業(yè)的信息化建設是一項復雜的系統(tǒng)工程。許多港口物流企業(yè)由于缺乏中長期的規(guī)劃，導致在硬件設備配置、軟件開發(fā)購買、網(wǎng)絡組建等方面只看重眼前利益，使投資成本不必要的加大。不僅浪費了資金而且管理水平也沒有得到真正的提高。.4.22港口內現(xiàn)有各系統(tǒng)獨立運行，信息不能充分共享和自動交換天津港屬于綜合性港口，港內各公司之間、公司與港口調度部門、各業(yè)務部門之間、貨主與船代、港口部門及海關之間等聯(lián)系密切，信息交換頻繁，同一客戶信息往往為不同部門所需要。盡管港口內計算機網(wǎng)絡已搭建，但由于各個公司與部門的MSI系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式、系統(tǒng)結構存在較大差異，目前還沒有達到網(wǎng)絡環(huán)境下的集成，信息不能充分共享，信息的完整性、準確性難以得到保證。除此以外，港口的業(yè)務要涉及到許多不同的管理部門。.4.23港口現(xiàn)有系統(tǒng)缺乏管理控制與決策功能港口物流企業(yè)的管理控制與決策受到人為因素的干擾。就整個港口層面而言，依靠各公司向港務局的各個業(yè)務部門提供的月報季報年報和公司領導向上級港務局領導的匯報等人工的方式對整個港口實施管理控制和決策。5 建議與對策針對目前天津港口物流企業(yè)信息系統(tǒng)建設的現(xiàn)狀及存在的問題，港口物流企業(yè)信息化管理的改革與發(fā)展勢在必行。天津要實現(xiàn)建成國際化的現(xiàn)代物流中心和北方物流集散中心的目標以及將天津港建成世界強港的最有效的途徑就是提高信息化水平，加大物流信息系統(tǒng)的建設力度。隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術、特別是電子商務的快速發(fā)展，這些都為港口物流的信息化建設提供了技術保障。各級政府部門、港務集團、物流企業(yè)也開始重視信息化的建設不再只專注于自身的經(jīng)營與管理，這些轉變都為提升港口物流信息化管理水平莫定了基礎。就目前的環(huán)境，應重點做好以下幾方面的工作:5.1進一步提高對物流信息化的認識，提高物流信息系統(tǒng)建設在推動天津港口物流業(yè)發(fā)展中的地位要認識到信息化建設對提升天津港口物流的重要作用。倒頂信息化建設的管理關系，實行統(tǒng)一管理，尤其要加強信息產(chǎn)業(yè)主管部門的宏觀調控職能。.52物流信息系統(tǒng)建設標準化、規(guī)范化建立標準化制度與國際物流接軌。包括:EDI和電子商務的信息交換行業(yè)標準，物流企業(yè)信息網(wǎng)絡規(guī)范化標準等。.53建立以港務局為核心的信息化管理組織機構，加強信息中心的職能作用在港口企業(yè)的制度改革中要加強信息信息中心的職能作用。建立以港務局高層領導為核心的信息中心，其主要職能應是:制定港口及其下屬各公司的中遠期信息化建設的發(fā)展規(guī)劃，并制定詳細的實施計劃;負責硬件設備的購買與維護等工作;負責應用系統(tǒng)的統(tǒng)一開發(fā);負責與其他有關行業(yè)部門的信息化建設部門共同制定信息技術的規(guī)范和標準;協(xié)調與其他各行業(yè)的資源共享平臺的建設。.54開發(fā)輔助港口領導決策的055，完警現(xiàn)有系統(tǒng)中的管理與決策功能港口決策層所面臨的決策問題往往是非結構化或半結構化的。決策所需的信息大多數(shù)來自企業(yè)外部，而且要求信息的準確從而能夠做出正確的決策。這就要求建立大型的數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫利用數(shù)據(jù)挖掘技術，將數(shù)據(jù)庫中與決策問題有關的信息提供給DSs，由DS的推理機制生成所需要的決策方案組，再由高層領導根據(jù)經(jīng)驗、事實或其他條件從決策方案組中找出最適合的決策。.55建設現(xiàn)代化生產(chǎn)調度指揮中心及電子口岸工程電子口岸已經(jīng)成為現(xiàn)代口岸物流的重要發(fā)展趨勢，為適應天津濱海新區(qū)建立國際貿易信息服務體系的要求，天津港將建設港口電子口岸工程。電子口岸綜合系統(tǒng)充分運用了現(xiàn)代信息技術，借助公共電信網(wǎng)絡，將外經(jīng)貿海關工商稅務外匯運輸?shù)壬婕翱诎段锪鞣占翱诎缎姓芾淼男畔⒘髻Y金流貨物流的電子數(shù)據(jù)集中存在一個公共的數(shù)據(jù)庫中，企業(yè)可以通過nItem te辦理報關報檢結付出口退稅等手續(xù)，實現(xiàn)港口一體化服務。.

考文獻:【1】王述祖.現(xiàn)代物流與天津發(fā)展.業(yè)京:中國經(jīng)濟出版社2，0.2.2【2】張麗君.現(xiàn)代港口物流.北京:中國經(jīng)濟出版社，2005..4【3】錢曉江物流信息系統(tǒng)體系結構.東南大學學報(自然科學閡2，01..6【4】張宗成.現(xiàn)代物流信息化廣州:中山大學出版社2，0121.