前言：隨著時代的發(fā)展，建筑行業(yè)技術(shù)水平的提高以及業(yè)主對建筑形式多樣化和功能多元化需求的增長，越來越多的建筑型式映入眼簾，從單一的混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)以及框架，剪力墻結(jié)構(gòu)體系到混合結(jié)構(gòu)，框剪，框筒體系;為此就需要提高技術(shù)分析手段從而確保建筑功能的實現(xiàn)及安全性，可靠性，經(jīng)濟性。本文以某地一造型特殊小型公共建筑為例進行簡單的分析及探討。

1.設(shè)計背景

該建筑為宗教佛塔，具備一般使用功能兼具觀賞性，由于具備宗教背景，建筑造型不同于一般建筑，傳統(tǒng)的建筑形式多為木石結(jié)構(gòu)，且具有文物性質(zhì)，在相關(guān)政策影響下，一般保留較完整，該新建佛塔擬采用現(xiàn)代技術(shù)方法建造，底座采用常規(guī)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于造型特殊，上部佛塔采用鋼結(jié)構(gòu)，在以往設(shè)計的過程中，礙于行業(yè)技術(shù)發(fā)展的滯后性及時間，人力成本的局限性，多采用分離設(shè)計方法，對上部鋼結(jié)構(gòu)單獨進行設(shè)計分析，再通過將內(nèi)力作用于下部支座，對基座進行考慮上部作用力的設(shè)計分析，在沒有計算機普及及行業(yè)分析軟件的支持下，這項工作無疑是復(fù)雜且龐大的，并且為了保證建筑功能的實現(xiàn)及安全性，計算精度有限，并留有較大的安全儲備，代價就是犧牲經(jīng)濟性。而在目前行業(yè)科技水平的加持下，通過采用計算機及相關(guān)軟件一定程度上精簡設(shè)計流程并大大降低人為工作量，不僅提高設(shè)計效率并且能夠達到一定的經(jīng)濟型，即便如此，不同的設(shè)計思路和設(shè)計方法對設(shè)計結(jié)果也是有所不同。

2.設(shè)計思路及分析

本建筑地處抗震設(shè)防烈度8度區(qū)，地震加速度0.2g，第三組，特征周期為0.45s，建筑場地為Ⅱ類場地，地面粗糙類別B類，基本風(fēng)壓0.4KN/平米，雖然為公共建筑，規(guī)模較小，建筑抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)計使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)體系為框架剪力墻，根據(jù)地勘報告，雖然地處高烈度區(qū)，地質(zhì)條件良好，無特殊地質(zhì)環(huán)境，屬于抗震一般地段，本文對基礎(chǔ)相關(guān)設(shè)計不做說明，僅對地上部分做簡要分析。

從建筑平立剖面看，建筑基座地上三層，地下一層，地上建筑高度19.300米，地上具備一定空間使用功能，兩級屋面分別有16座小型佛塔（高度24米），8座中型佛塔（高度38米）及中央一座大型佛塔（高度61米）構(gòu)成，佛塔基座按常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)建模分析計算，上部佛塔采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，因為佛塔體型及高度均較大，且沒有明顯的分層概念，單獨對其進行受力分析沒有問題，但其因承受水平地震荷載及風(fēng)荷載的作用以及自身的質(zhì)量對下部整體結(jié)構(gòu)的計算是不可忽略的，且由于風(fēng)振引起對主體的作用也有必要進行細致分析，否則可能會引起其他相關(guān)問題（鑒于篇幅有限，本文不做深入探討），所以針對這類不規(guī)則情況，需要引入空間模型對結(jié)構(gòu)整體進行內(nèi)力分析作為主要設(shè)計手段，單獨內(nèi)力分析作為補充分析手段。

空間建模分析的優(yōu)勢就是能夠針對沒有具體層概念的結(jié)構(gòu)按照實際的空間位置及真實的受力形態(tài)進行整個結(jié)構(gòu)完整的受力分析，并得到比較準(zhǔn)確的整體計算參數(shù)和指標(biāo)，幫助設(shè)計人員更好的分析和應(yīng)對結(jié)構(gòu)不規(guī)則的影響。對該建筑做兩組建模進行對比：第一組按空間建模方式完整建立混凝土基座及上部鋼結(jié)構(gòu)模型，按混合結(jié)構(gòu)進行整體分析，連接處采用設(shè)計約束方式保證混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)協(xié)同受力變形;第二組僅進行下部混凝土結(jié)構(gòu)模型的建立和分析，上部鋼結(jié)構(gòu)按質(zhì)量施加給模型相應(yīng)位置，并根據(jù)第一組模型計算分析得到的鋼結(jié)構(gòu)部分底部的內(nèi)力按反力形式施加給混凝土結(jié)構(gòu)，對兩組模型的計算結(jié)果進行對比分析。

（1）周期

周期作為結(jié)構(gòu)的固有屬性，反應(yīng)了結(jié)構(gòu)自身包括質(zhì)量及剛度特性，在同一地質(zhì)條件下直接決定所承受的地震力的大小，通過計算結(jié)果可以明顯看到在不考慮鋼結(jié)構(gòu)塔樓的條件下結(jié)構(gòu)的前十個陣型主要以平動陣型為主，前三個陣型均為平動陣型，第四陣型為扭轉(zhuǎn)陣型，結(jié)構(gòu)為正多邊形均勻分布，柱網(wǎng)布置規(guī)則，抗扭剛度良好，第一周期僅為0.53s，略大于特征周期，位于地震加速度曲線速度控制段;考慮上部鋼結(jié)構(gòu)塔樓進行空間整體計算的結(jié)果中，前十陣型均為平動陣型，在陣型動畫中觀察主要為鋼結(jié)構(gòu)塔樓在水平力作用下沿X和Y方向的振動，佛塔自身在高度方向的尺寸遠大于平面內(nèi)的截面尺寸，成為以下部混凝土結(jié)構(gòu)作為嵌固端的懸臂構(gòu)件，并且本身為鋼結(jié)構(gòu)，剛度遠小于同等尺寸鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，反映到周期中，在考慮空間結(jié)構(gòu)的整體計算下第一陣型周期為1.1S，使整個結(jié)構(gòu)空間計算的結(jié)果都偏“柔”，直觀上符合實際結(jié)構(gòu)在水平作用力下的振動形態(tài)。

（2）地震力：周期不同最直接的影響就是結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的地震剪力有所區(qū)別，在建筑重力荷載代表值一定的條件下，周期決定了計算結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)，進而決定地震剪力的大小;未考慮鋼結(jié)構(gòu)剛度條件下結(jié)構(gòu)的地震力為X：4910KN，Y：5346KN，地震剪力為X：14695KN，Y：15166KN;考慮鋼結(jié)構(gòu)剛度的空間結(jié)構(gòu)的地震力為X：4513KN，Y：4649KN，地震剪力為X：13443KN，Y：13864KN，地震力X方向相差9%，Y方向相差15%，地震剪力相差10%左右。隨著體系變“柔”，地震外力也相應(yīng)減少。

（3）風(fēng)外力

鋼結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載格外敏感，因此鋼結(jié)構(gòu)塔樓的風(fēng)荷載分析不可避免，由于風(fēng)荷載方向的不確定性及隨機性，在空間模型中能夠?qū)Ω鞣较蝻L(fēng)荷載進行考慮和加載，很大程度上節(jié)省計算時間，提高設(shè)計效率;因為空間結(jié)構(gòu)沒有層概念，很難利用常規(guī)模型在樓層質(zhì)點施加風(fēng)荷載的方法對塔樓進行受力分析，需要采用蒙皮導(dǎo)荷的方法來對其進行風(fēng)荷載作用下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力及相關(guān)驗算，并且因為不同方向來風(fēng)作用于塔樓在底部支座產(chǎn)生的內(nèi)力不同，利用空間整體計算可以簡單方便的進行下部混凝土結(jié)構(gòu)的包絡(luò)設(shè)計，因此針對風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)的分析應(yīng)以空間整體計算為主，對鋼結(jié)構(gòu)個體的分析驗算為輔。

3.結(jié)論

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)對整體結(jié)構(gòu)的影響在設(shè)計上是不能忽略也不應(yīng)該忽略的，在現(xiàn)行技術(shù)條件下是比較簡單易行的：通過簡單的數(shù)據(jù)對比，考慮局部鋼結(jié)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)整體計算相對于傳統(tǒng)分離式的結(jié)構(gòu)分析具有比較明顯的優(yōu)勢，在目前行業(yè)高水平發(fā)展和充分利用合理的技術(shù)手段及正確的設(shè)計理念條件下，基本能夠做到比較符合真實情況的結(jié)構(gòu)分析，通過合理的概念設(shè)計，利用整體結(jié)構(gòu)計算結(jié)果，輔以獨立的驗算，并進行包絡(luò)設(shè)計能夠很好的在保證結(jié)構(gòu)安全合理的前提下充分提高設(shè)計效率，達到經(jīng)濟節(jié)約的目的。