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1.1結構方案合理化原則。高層建筑結構方案的合理化是指高層建筑結構設計方案必須與結構體系和結構形式的要求保持一致,同時應滿足經濟性的要求,其中結構體系的具體要求為傳力簡單化、受力明確化。針對某些結構單元相同的高層建筑物,其結構體系應相同。1.2計算簡圖合理化原則。高層建筑結構設計的基礎是計算簡圖,計算簡圖的合理性直接關乎高層建筑結構的安全,由此可見高層建筑結構設計必須堅持簡圖合理的原則。高層建筑結構構件及節點的簡化可以有多種選擇,但必須把計算結果的誤差控制在合理的范圍內,以免對建筑結構產生負面的影響,從而影響建筑結構的安全。1.3結果分析精準化原則。伴隨著計算機技術的迅速發展,當前很多領域都開始應用計算機技術,并且發揮著至關重要的作用,而在建筑結構方案設計中,通過應用計算機技術能夠對相關數據進行科學更加科學的分析,不僅能夠有效的降低人工計算存在的失誤,而且還能確保建筑結構方案的準確與合理。
2高層建筑結構設計特點
2.1水平荷載。建筑同時承受豎向荷載和地震及風產生的水平荷載,在多層建筑中,因水平荷載產生的內力和位移相對較小,對建筑建構設計的影響不大,主要是以重力為代表的豎向荷載著建筑結構的設計起控制作用。而在高層建筑中,很多時候是水平荷載對建筑結構設計起決定性作用,盡管豎向荷載對結構設計會產生重要的影響,但相對于水平荷載來說,影響相對較小。2.2軸向變形。對于多層建筑軸力項相對于彎矩項來說,對結構設計產生的影響不是很大,結構設計時可只考慮彎矩項而忽略軸力的影響。但是對高樓層建筑結構進行分析所要考慮的因素就不太一樣了,需充分考慮到高層建筑的層數、高度對豎向構件軸力值的影響。隨著高度的不斷增加,豎向構件的軸力變形也會變得特別明顯,當豎向構件軸向變形達到一定的程度,會使高層建筑的結構內力數值和分布產生變化。2.3建筑側向位移。隨著建筑樓層及高度的增加,在水平荷載的作用下產生的側向位移也會不斷的增大。高層建筑設計時,需要保證足夠的結構強度,在應對風荷載及地震作用產生的內力作用時,才能有足夠大的力量去抵御。為了能夠將風荷載及地震作用下產生的側移距離控制在一定的限度之內,就必須擁有足夠的抗側剛度能力,才能較好的保障結構安全及正常使用的舒適度。
3高層建筑結構設計存在的問題分析
3.1建筑短肢剪力墻設置存在問題。隨著人們對住宅平面與空間的要求越來越高,高層住宅建筑中短肢剪力墻的運用越來越多。在一般情況下,建筑結構的短肢剪力墻是指墻肢的高度、厚度比例為5-8的墻體。短肢剪力墻與普通剪力墻相比承擔較大軸力與剪力,抗震性能較差,從受力特性及構件的安全儲備有別普通剪力墻,為安全起見,在高層住宅結構中短肢剪力墻布置不宜過多,不應采用全部為短肢剪力墻的結構,在某些情況下還要限制建筑高度。3.2抗震結構設計問題。高層建筑結構設計中很重要的內容是結構抗震設計。受高層建筑高度過高、荷載過大的影響,一旦出現了地震,就會誘發出各種不可估計的問題?,F階段我國建筑工程建設要求高層建筑最低要保證五十年的設計基準期,并對高層建筑的抗震設計進行了明確的規定。但是在實際結構設計中,存在設計人員對規范理解不透、概念設計模糊等問題。如果高層建筑結構設計人員沒有充分認識到上述問題,就會給高層建筑留下安全隱患。3.3扭轉問題。質量中心、剛度中心和幾何中心是高層建筑結構設計中的“三心”,“三心合一”也是高層建筑結構設計過程中需要盡量達到的目標。但是在實際設計中存在“三心”偏離較大的問題。在三心偏離較大的情況下,受較大水平力的影響就會出現高層建筑扭轉震動的問題,影響高層建筑的安全。
4高層建筑設計相關假定
4.1彈性假定。當建筑處于一般風力的、正常使用豎向荷載及低于設防烈度的地震的作用時,建筑結構構件一般處于彈性的工作階段,這一假定與實際的工作情況存在的差異不大。但當遭遇強震作用或者強烈的臺風天氣時,建筑產生的位移會比較大,結構構件會轉入彈塑性的工作階段。在這個時候就應當按照彈塑性動力分析方法進行分析,而不能只按照彈性假定的方法計算,否則就不能將結構構件的真實工作狀態反映出來,留下安全隱患。4.2小變形假定。小變形假定方法是除了彈性假定之外另一種比較常用的方法,但也有學者對幾何非線性問題進行研究。除了彈性假定,小變形假定方法也常被采用。但有不少學者對幾何非線性問題(P-Δ效應)做了一些研究。一般情況下,當頂點水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時,P-Δ效應的影響就不能被忽視了。4.3剛性樓板假定。目前在我國對很多高層建筑結構進行分析時,都是將樓板的平面內剛度設定為無限大,而將樓板平面外的剛度予以忽略。在這種假定下,建筑結構體系的自由度在一定程度上減少,對計算方法進行了簡化。此外通過這種假定,使得在使用薄壁桿件的理論在對筒體體系的結構進行計算時非常方便,但是一般情況下,因為受到計算方式以及其他因素的影響,使得這種假定通常比較適合對建筑的框架以及剪力墻體系的計算。4.4計算圖形的假定。在高層建筑架構體系中,整體分析將采用的計算圖形分為一維、二維協同分析和三維空間分析三種。其中,三維空間分析的普通桿單元,每一節點含有6個自由度,按符拉索夫薄壁桿理論分析的桿端節點還應該考慮截面翹曲,截面翹曲有7個自由度。
5高層建筑結構設計要點
5.1建筑的載荷設計。在高層建筑的建筑結構設計中,建筑的安全性以及穩定性是設計的重中之重,而建筑的荷載直接影響著建筑的安全以及穩定,因此在進行建設設計時一定要做好荷載的計算。相對于一般的建筑,高層建筑的荷載及其組合要復雜的多,相關的設計人員在進行建筑的荷載計算時需要考慮的內容也多得多。在進行高層建筑的荷載計算時,最主要的內容是以下兩個方面:建筑的地震荷載以及風荷載。在實際的設計中,復雜的超限高層建筑還應當進行的風洞試驗及振動臺試驗,以確保建筑的安全。5.2建筑抗震性能的設計。因為高層建筑的高度要比普通建筑高出很多,多以其對應力的承受能力也不一樣,因此當地震時其產生的反應程度也不是一樣的,因此對于高層建筑,在進行設計的時候必須要充分考慮抗震設計。而且抗震設計時,必須要對建筑所處的地形地質條件都進行充分的考慮,通常土地比較堅硬的其抗震強度會比較大,所以要盡量選擇硬度比較大的土層,而避開那些土質疏松的地層,而對土層的變化進行有效的把握成為抗震設計中的一個困難點。5.3高層建筑結構的包絡設計。包絡設計是近年來比較常見的設計方式,可以有效解決工程項目結構設計中存在的各種問題。當前工程設計問題變化比較多,有許多因素都會影響到結構效應,各種問題盤根錯節,使用目前已經掌握的只是或者軟件很難對其進行準確的分析。學術科學和工程的不同點在于后者難以長時間等待。因此要通過優化結構設計的形式,利用最少的經濟投入來獲取最大的經濟效益,并解決工程項目存在的問題。不同的工程條件可以用不同的網絡設計原則來處理,在對待轉換結構轉換層或者連體結構時,也可以用網絡設計,對構件進行分析驗算,取不利值包絡設計。
總之,高層建筑的復雜性不僅要求其設計人員必須具有較高的綜合素質,而且還有掌握足夠的理論知識以及相關的法律知識,而且在對其進行結構設計時也要對對建筑周圍的環境進行綜合的考慮,由此來提高設計的質量,同時降低建造的成本,促進高層建筑的健康發展。
作者:崔惠林 單位:保定市城鄉建筑設計研究院
參考文獻:
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[5]楊俊.高層建筑結構設計中的要點分析[J].江西建材,2014,13:35-36.
1高層建筑結構設計的特點分析
(1)水平力是設計的決定性因素。在低層或者多層的建筑結構設計中,常常用重力為代表的豎向荷載去控制建筑物的結構。然而,在高層建筑中,雖然豎向荷載能起到一定的控制作用,但是水平荷載在其中卻起著決定性的作用,因而不能忽視。使得水平荷載比豎向荷載更起決定性作用的主要原因在于,高層建筑物的自身重量和使用荷載在豎向構件中能夠引起的軸力和彎矩的數值,僅僅與建筑物的高度一次方成正比,而水平荷載對結構產生的傾覆力矩以及在豎向構件中引起的軸力,與建筑高度兩次方成正比。
(2)側移是設計的重要控制指標。在高層建筑結構設計中,結構側移是高樓結構設計中的重要控制因素,這一點與低層建筑不一樣。當樓房的高度不斷增加的時候,水平荷載下的結構側移變形會逐漸拉大,這就給高層建筑的穩定性造成了一定的影響。因此,在設計高層建筑結構的時候,應該將水平荷載作用下的側移控制在一個限度之內。
(3)抗震設計要求較高。在高層建筑結構設計中,對于抗震設計的要求顯得更高。一般來說,除了要求抗震設防的高層建筑有普通的豎向荷載、風荷載以外,還應該促進結構設計具有良好的抗震性能,達到小震不壞,大震不倒的目的。
(4)軸向變形需加以重視。在高層建筑中,豎向荷載數值變大的時候,會在柱內產生較大的軸向變形,使得連續梁彎矩發生變化,讓連續梁之間支座處的負彎矩值變小,還會對預制構件的下料長度造成影響。因此,在進行高層建筑結構設計的時候,要對軸向變形的數據進行仔細計算,對下料長度進行有效的調整,防止高層建筑的軸向變形數據不斷拉大。
2 高層建筑結構設計的原則
高層建筑結構的設計是一個復雜繁瑣的內容,其中需要注意的內容涉及也十分廣泛,根據多年的工作經驗總結,主要集中在以下幾個方面:
2.1結構方案的選擇
合理的結構設計方案對于工程來講是十分關鍵的,好的設計方案在滿足結構形式和體系的基礎上,還要充分考慮造價成本,把經濟適用發揮到最大程度。結構體系的最基本的原則是受力明確、傳力簡單,結構方案在滿足使用、安全要求的基礎上,盡量的簡潔。最終結構方案的確定,需要對地理條件、工程設計需求、材料的選擇和施工條件等進行全面的考量和整合,并且和建筑水、暖、電各個分項相互協調,綜合各方面因素進行最后的確定。
2.2計算簡圖的選擇
計算簡圖是進行高層建筑結構設計的基礎,是所有計算數據的出處和根源所在。關系到各環節的建筑尺寸和誤差。如果不能選擇合理的計算簡圖,對于結構安全就會埋下隱患。因此,高層建筑結構設計的安全保障前提,就是合理計算簡圖的選擇。同時,在選擇了計算簡圖之后,還應該采用相應的構造方法保證其安全性。在結構的實際施工中,結構節點不單單是鋼節點或者鉸接點,要使得計算簡圖的誤差在規定的允許范圍之內。
2.3 計算結果要進行準確的分析
科技的發展也推動建筑領域不斷的進步,計算機作為現在科技發展的集中產物,自然在建筑結構設計中也得到了廣泛的應用。經過幾年的發展,市場上的計算機軟件種類和數量都大大提升,但問題也隨之涌現出來,很多時候,統一種類的計算數據在不用軟件中處理產生的結果并不一致。這就對計算數據的準確程度提出了嚴苛的校對要求,也對結構設計人員的能力提出了更高水平的要求。在全面了解軟件的使用范圍和條件的基礎上,選擇最為合理準確的軟件也成為設計人員必須完成的課題。與此同時,建筑結構受到各種不可掌控的實際情況制約,與計算機得出的理想結果不能達到完全的吻合,因此在計算機輔助設計的同時,設計人員的主導能力還是最為關鍵的。
3高層建筑結構設計中關鍵要點分析
(1)扭轉問題設計。要求高層建筑的結構設計必須三心盡可能匯于一點,即建筑結構的剛度中心、幾何形心、結構重心三心合一。倘若在設計中未很好地做到三心匯聚一點,建筑易發生扭轉問題,并在水平力作用下造成高層建筑結構的毀壞。
(2)抗風結構設計。高層建筑由于其具有樓層多,高度高的特點,因此相比較其他建筑,在建筑物表面更易改變風的流動性和空氣的動力效應。在樓層柔軟部分風和空氣會產生動力形式和靜力形式,并由此產生的震動,會對樓層的墻體、裝飾結構以及支撐結構產生破壞,危害建筑的穩定性,所以在進行高層結構設計的過程中,應該進行抗風結構的設計,杜絕建筑物在自然因素的影響下留下隱患。
4高層建筑結構設計問題的有效對策
4.1合理設計平面布局
高層建筑結構設計過程中,扭轉問題出現的原因是由于三心未合一導致的建筑物質量分布不均勻。所以在設計過程中,相關設計人員對高層建筑應當采用相對規則的圖形,例如正方形、矩形、圓形、正多邊形等較為簡單、分布均衡的平面形式。盡量不采用L形、T形、十字形等復雜平面形式。在環境要求或結構要求特殊情況下,應當根據相應規范進行設計,避免建筑結構突出部分過大,同時盡量保證結構的對稱性。
4.2優化抗風結構設計方案
針對高層建筑結構抗風結構存在的難點和問題進行優化。一是基礎優化。要保證高層建筑結構的抗風性良好,首先要保證高層結構的基礎牢固。二是增加高層建筑耗能結構設計。在高層建筑結構設計過程中,對相應非承重構件利用耗能構件如樓板、剪力墻等來抵消風能對建筑的影響。三是減小水平荷載和風力疊加對高層建筑的影響。四是增大結構承載力和抗風力。根據相關數據進行高層建筑結構承載力驗算和抗風力驗算,在此基礎上制定一個放大系數,進一步保證高層結構的抗風性能。
4.3優化抗震結構設計方案
當今高層建筑結構的抗震設計存在很多問題和難點,結合相關設計經驗總結了集中抗震結構的優化方案。一是合理布置抗側力構件。二是增加地基抗震能力。三是設計高性能剪力墻。高性能剪力墻的設計能夠有效地提高剪力墻在地震過程中吸收建筑內力的能力,可以適當增加墻體和樓板的剛度來控制建筑位移,達到抗震目的。四是進行高層結構構件的簡化和一體化。通過對扶壁、筒口、筒腳的簡單化設置,達到相應建筑物的對稱。
4.4加強消防結構設計
當下很多大型火災、恐怖襲擊等惡劣事件已經讓高層建筑的消防結構設計面臨必須改善和加強的地步,但是消防設計應該從消防結構設計和使用期間消防規范來共同執行。在高層建筑消防結構設計過程中,應該加強對防火結構間的距離控制,在符合當地的地形條件基礎上,高層結構在防火結構間距離上可適當加大處理。在材料使用上,可以盡量減少易燃材料的使用,同時增加耐火材料的運用來達到防火目的。另外,良好的疏散系統是保證火災發生之后減少人員損傷的重要保證。高層建筑的疏散系統呈垂直狀態,容易導致疏散效率不高的問題出現。在消防結構設計時,可以通過設置雙通道疏散,增設防煙區、耐火區、避難層等設施來增加消防能力。同時,高層結構可以通過設置相應的隔離結構來有效地控制火勢蔓延,增強建筑消防安全能力。
參考文獻:
1前言
隨著當前城市用地緊張局勢的日益加重隨著當前城市用地緊張局勢的日益加重,在城市建設中高層建筑越來越多高層建筑越來越多,因此,加強高層建筑結構的討論,如何進一步提升建筑結構的整體質量一步提升建筑結構的整體質量,成為當前許多建筑企業需要認真探索的問題認真探索的問題。
2高層建筑結構設計要點
2.1加強高層建筑結構荷載設計高層建筑的荷載問題是結構設計中的重要部分高層建筑的荷載問題是結構設計中的重要部分,其好壞對建筑物結構穩定性有直接影響對建筑物結構穩定性有直接影響。因此,要加強豎向荷載和橫向荷載的問題的研究橫向荷載的問題的研究。對豎向荷載,建筑物高度的確定是保證建筑穩定性的關鍵保證建筑穩定性的關鍵;對于橫向荷載,應盡可能控制傾覆力矩的出現矩的出現,防止建筑物結構的破壞。2.2建筑的基礎方案在高層建筑結構基礎設計中在高層建筑結構基礎設計中,不僅要重視高層建筑的地質條件質條件、荷載分布情況及施工場地條件等問題。同時,還要考慮地基的基礎問題慮地基的基礎問題,因此在結構設計過程中,需要充分了掌握項目的地質勘察報告及其相關技術參數項目的地質勘察報告及其相關技術參數,為研究高層建筑的地基基礎方案提高可靠數據地基基礎方案提高可靠數據。2.3短肢剪力墻的設置根據相關規范及標準表面根據相關規范及標準表面,在剪力墻設置中墻截面高度與厚度之比55~8間為短肢剪力墻間為短肢剪力墻,必須嚴格結合項目情況,來設置短肢剪力墻設置短肢剪力墻。根據短肢墻的標準設置,盡可能在局部地區錯開區錯開,設置合理的壁厚,盡量避免不均勻的現象,用于高層建筑施工的方便和保證短肢結構穩定性剪力墻厚度應在22m~33m范圍圍,對剪力墻和長墻或柱組合部分。2.4抗震結構設計地震作用力影響地震作用力影響,對高層建筑來講是十分關鍵,因此在高層建筑結構設計工作中抗震問題需引起重視層建筑結構設計工作中抗震問題需引起重視。由于建筑的高度度,使得對建筑的結構設計要有高要求,要加強建筑結構構件的優化設計的優化設計,使每個構件的結構能夠在地震中發揮其作用。在高層建筑抗震結構設計中在高層建筑抗震結構設計中,基礎的選擇和設計工作是十分關鍵關鍵,設計好壞直接影響整體結構的質量。
3高層建筑結構設計中的具體問題
3.1挑梁裂縫問題在高層建筑中為了滿足建筑功能會存在多種結構類型在高層建筑中為了滿足建筑功能會存在多種結構類型。通常通常,在一些街道的辦公樓、旅館等空間較大的建筑物,主要采用底層框架剪力墻砌體結構類型來為滿足經濟價值的需求會設置出眾多的小空間會設置出眾多的小空間,因此,在上部結構主要采用多層砌體結構結構,并在下部主體采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構剪力墻結構。然而而,在高層建筑設計中,設計師一味重視立面效果,在兩層以上設置的墻上設置的墻,墻上掛在梁、懸臂梁導致壓力增大,容易產生裂縫縫,從而影響整體的穩定和高層建筑的質量。33.2結構計算與分析問題在建筑結構設計工作中在建筑結構設計工作中,精確的結構計算和分析是項目設計質量好壞的關鍵影響因素設計質量好壞的關鍵影響因素。(1)考慮建筑隔墻等對自振周期的影響考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。在新的規范中,增加了一個模態參與系數的概念增加了一個模態參與系數的概念,并定義了參數的限制。因為在舊的標準設計為在舊的標準設計,沒有提出振型參與系數的概念,因此,必須對相位來判斷和決定是否值的計算和分析結果計算結果的參數參數,調整模式的取值。(2)計算軟件的選擇計算軟件的選擇。在對建筑整體結構計算和分析過程中需要根據項目實際情況來合理選擇計算軟件程中需要根據項目實際情況來合理選擇計算軟件,并從不同計算軟件中選出最科學最合理最精確的結果計算軟件中選出最科學最合理最精確的結果。33.3嵌固端的設計問題在高層建筑結構設計中嵌固端的設計十分重要在高層建筑結構設計中嵌固端的設計十分重要。當前在嵌固端的設計中主要存在嵌固端的設計中主要存在:(1)嵌固端位置選擇不合理嵌固端位置選擇不合理。如果在高層建筑的地下室在高層建筑的地下室,高層嵌固端沒有設置在剛度大的地下室頂板室頂板,而是設置在地下室上帶夾層頂板上,從而留下了一些安全隱患安全隱患;(2)當嵌固端設置在局部錯層的地下室頂板時當嵌固端設置在局部錯層的地下室頂板時。設計師不了解標準的固定端不能打開計師不了解標準的固定端不能打開,并具有很大的實際意義的入口的入口,有可能是交錯地下室屋頂的固定端沒有合理理解,存在安全隱患在安全隱患。33.4軸壓比與短柱的問題由于高層建筑的整體結構具有塑性特點由于高層建筑的整體結構具有塑性特點,假如柱的塑性變形能力較小變形能力較小,那么整體結構的延性就差,在遇到地震等情況時時,就無法有效的緩解地震作用力,進而導致建筑物的整體質量受到影響量受到影響。因此,高層建筑結構,為了控制柱軸壓比,會選擇較大的擇較大的,且縱向鋼柱一般是用這種方式,即使它不是高強度混凝土柱截面尺寸控制在一個較小的尺寸混凝土柱截面尺寸控制在一個較小的尺寸。此外,對于短柱,不能根據柱的長度來確定不能根據柱的長度來確定,但應根據剪跨比小于2來確定短柱柱,概念清晰,更有利于控制軸壓比。
4高層建筑結構設計注意事項
4.1合理選擇高層建筑結構設計方案加強選擇科學合理的結構設計方案加強選擇科學合理的結構設計方案,對于高層建筑的整體質量有著關鍵的影響體質量有著關鍵的影響:(1)施工單位應認真考慮實際情況和項目建設地點的程度的結構和高層建筑工程的規模和基本條件件,對施工現場進行詳細的調查和測量,然后選擇最科學合理的結構設計的結構設計。(2)設計過程張要嚴格按照相關的建筑標準和規定進行定進行,只有這樣才可以有效避免制定高層建筑結構設計方案不合理的現象案不合理的現象。44.2轉換層的結構布置設計在框架-剪力墻結構中剪力墻結構中,一層最好不轉換層的側孔在梁的附近附近,它不在柱上被設置在任何孔。這是為了避免剪力墻的剪力墻的增加而增加剪力墻的增加而增加,并引起應力集中現象,使轉換層的墻體結構被破壞結構被破壞。如果必須設置門,最好設置在墻中間門,這可以使每個結構的一部分是力平衡使每個結構的一部分是力平衡。44.3結構的抗震設計在抗震設計過程中在抗震設計過程中,高位轉換不利于建筑結構受力的穩定性定性。計算結果表明,在水平地震作用下的傾覆力矩分布曲線線,轉折在轉換層,第四層是剪力墻,剪力墻框架結構,由第四層增加的速度剪切下的傾覆力矩壁分布層增加的速度剪切下的傾覆力矩壁分布,和支撐框架傾覆彎矩增加少矩增加少。因此,為了保證抗震設計的穩定性,框架—剪力墻底部的抗震等級必須滿足相關規定底部的抗震等級必須滿足相關規定。44.4重視工程資料收集整理工作建筑結構設計的關鍵依據在于工程勘察資料的精確建筑結構設計的關鍵依據在于工程勘察資料的精確,因此此,我們要加強重視工程資料的整理和收集。通常有專人負責相關工程文件的收集責相關工程文件的收集、整理和存儲;同時,制定出相應的借用用、檢查制度。在項目竣工后,按照項目檔案管理制度,提交有關檔案的專業管理部門或機構有關檔案的專業管理部門或機構,不得自行銷毀。
5結語
總之,在進行建筑結構設計時,我們一定要根據項目的實際情況和當地的抗震等級進行合理設計際情況和當地的抗震等級進行合理設計,進而保障高層建筑在滿足基本的建筑設計要求和抗震性能要求下在滿足基本的建筑設計要求和抗震性能要求下,使得經濟效益和功能作用最大化益和功能作用最大化。
參考文獻:
中圖分類號:TU97文獻標識碼: A
前言
近年來,我國建筑行業快速發展,高層建筑以其空間優勢得到了較好的發展,是標志著城市經濟迅速發展的里程碑。然而由于高層建筑結構復雜,且施工量大等原因,要求工程設計人員在結構設計中應準確把握設計要點,確保高層建筑結構的安全性,以及投入使用的穩定性。
一、 高層建筑結構設計要點
(一)選用適當的計算簡圖:結構計算是在計算簡圖的基礎上進行的,計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故常常發生,所以選擇適當的計算簡圖是保證結構安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節點不可能是純粹的鉸結點和剛結點,但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內。
(二)正確分析計算結果:在結構設計中普遍采用計算機技術,但是由于目前軟件種類繁多,不同軟件往往會導致不同的計算結果。因此設計師應對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設計時,由于結構實際情況與程序不相符合,或人工輸入有誤?;蜍浖旧碛腥毕菥鶗е洛e誤的計算結果,因而要求結構工程師在拿到電算結果時應認真分析,慎重校核,做出合理判斷。
(三)選擇合理的結構方案
一個合理的設計必須選擇一個經濟合理的結構方案,即要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系。結構體系應受力明確,傳力簡捷,必須對工程的設計要求、材料供應、地理環境、施工條件等情況進行綜合分析,并與建筑、電、水、暖等專業充分協商,在此基礎上進行結構選型,確定結構方案,必要時應進行多方案比較,擇優選用,考慮各結構體系的合理性、適用性和經濟性。
1、框架結構??蚣芙Y構一般用于多層及小高層結構,最大高度范圍60.0m 以下(6 度設防)。框架結構的特點是,具有較大的室內空間,使用方便,但內凸的框架柱直接影響到房間的實際使用面積及家具布置。
2、框架剪力墻結構。剪力墻結構因其即能承擔垂直荷載又能抵抗水平力作用,所以在高層建筑中得以廣泛使用。剪力墻體系屬剛性結構,其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度均比較高,有一定的延性,傳力均勻、直接,抗倒塌能力強,整體性好,能見高度大于框架,是一種良好的結構體系。
3、框架-核心筒結構:以內部設置混凝土筒體,周圈設置框架,來作為抗側力體系并承擔豎向荷載的結構。(筒體其實是剪力墻的一種特殊形式)
4、筒中筒結構:以內部外部設置雙重混凝土筒體,來作為抗側力體系并承擔豎向荷載的結構。 板柱-剪力墻結構:以混凝土柱和樓板(即無梁樓蓋體系)組成的框架及剪力墻共同工作來作為抗側力體系并承擔豎向荷載的結構。
5、部分框支剪力墻結構:剪力墻結構的一種。其中部分剪力墻不落地,通過轉換梁(也叫框支梁)把荷載傳至框支柱(框架柱的一種特殊形式)。
(四)采取相應的構造措施:結構設計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉原則”,注意構件的延性性能;加強薄弱部位;注意鋼筋的錨固長度,尤其是鋼筋的執行段錨固長度;考慮溫度應力的影響。此外,還要注意按對稱、均勻、規整原則考慮平面和立面的布置;綜合考慮抗震的多道防線;盡量避免薄弱層的出現;正常使用極限狀態的驗算都需要概念設計做指導。
(五)地基與基礎設計
高層建筑結構中基礎更是極其重要的一部分,在高層項目的整個工程造價中,基礎占有很大一部分,結構設計師對地基與基礎設計都特別重視,高層建筑設計不同于多層建筑。其基礎設計應根據工程地質條件、上部結構類型與載荷分布、相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析,先要對施工場地的地質情況和地下水水位進行了勘探,從而得出相關的數據,同時還要對高層上部結構的類型和施工條件、使用功能等進行綜合的考慮,同時還要考慮到施工時對周圍的建筑安全性的影響,這樣才能有效的保證建筑物建成后發生傾斜或沉降。
(六)高層建筑結構平面及立面形式的選擇
在結構設計時要選擇合理的平面布局和結構形式,盡可能達到建筑物的三心合一,因此在設計時對平面和立面形式進行選擇是十分關鍵的。作為高層建筑,更適宜規則、簡單的對稱形態。同時如果平面布置極不對稱,有過多的內凹、外凸等復雜形式都會加大震害。因此在高層結構的設計中,要保證結構的抗震設計中,結構體系的選擇、布置、構造措施比軟件的計算結果都要精確,這樣將保證結構具有良好的抗震性,從而保證結構的安全性。
(七)高層的連梁設計
在內力和位移計算時,其構件可采用彈性剛度,在處理連梁超筋或截面控制超過剪壓比的首要方法是選好剛度折減系數。當連梁剛度折減后,部分樓層的連梁仍然不滿足要求時,可采用內調幅,調幅不宜超過20%。
(八)提高結構重要部位的延性
結構延性是指結構吸收地震能量后的變形能力。結構延性設計是高層結構概念設計的一項重要內容。結構主要靠延性來抵抗地震作用產生的非彈性變形。在結構豎向,對于體形較簡單的、剛度沿高度均勻分布的高層建筑,應著重提高底層構件的延性;對于大底盤高層建筑,應著重提高主樓與裙房頂面相銜接的樓層中構件的延性;對于不規則立面的高層建筑,應著重加強體形突變處樓層構件的延性。在結構平面位置上,應該著重提高房屋周邊轉角處、平面突變處和復雜平面各翼相接處構件的延性。
(九)充分考慮結構抗震性能
當前國內外抗震設計的發展趨勢,是根據對結構在不同超越概率水平的地震作用下的性能或變形要求進行設計,結構彈塑性分析成為抗震設計的必要組成部分。在需要抗震設防的高層建筑中,盡可能不采用純框架體系,可以采用框架一剪力墻、剪力墻或筒體結構體系,要根據我國的具體條件進一步總結對高層建筑的剛度要求,以便能夠更經濟合理地布置剪力墻和筒體等抗側力構件。
筒體體系:凡采用筒體為抗側力構件的結構體系稱為筒體體系,包括筒體-框架、單筒體、多束筒、筒中筒等多種形式。筒體是一種空間受力結構,分為空腹筒和實腹筒兩種類型。筒體體系具有很高的剛度和強度,各構件受力比較合理,抗震、抗風能力很強,往往應用于大空間、大跨度或超高層建筑。
二、高層建筑結構方案設計中應注意的問題
(一)考慮受力性能
對于一個建筑物的最初的設計,設計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定和水平方向的穩定都是非常重要的,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,而結構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量和分布作出總體設想。
(二)提倡概念設計
概念設計通常是指不經數值計算,特別是在一些難以作出精確理性分析或在規范中難以規定的問題時,結合整體結構體系以及分體系間的結構破壞機理、力學關系、試驗現象以及工程經驗等所獲得的基本設計原則與設計思想,從整體的角度來確定建筑結構的總體布置以及抗震細部措施的宏觀控制。采用概念性近似估算方法,可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇。所得方案一般概念清晰、定性正確,防止后期設計階段出現不必要的繁瑣運算,具有經濟可靠的優點。
結語
對于高層結構設計的要點要進行深入的分析研究,重視結構計算的準確性的同時,還應結合結構方案的具體實況,對結構方案做出科學合理的選擇。工程設計人員應堅持具體情況具體分析,并不斷開拓思路,汲取新的技術理念,融入到實際設計中,確保高層建筑結構設計的安全、實用與美觀。
參考文獻
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中圖分類號:TU97文獻標識碼: A 文章編號:
隨著社會經濟的迅速發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劃的需要, 促使高層建筑得以快速發展。高層建筑結構設計給工程設計人員提出了更高的要求, 作為一個龐大復雜的系統,高層建筑的結構設計,一方面要滿足包括抗震,抗風等在內的安全性能的要求,另一方面,也要滿足高層建筑結構的科學性和合理性。
一、高層建筑結構設計的意義及依據
1.概念設計的意義
高層建筑能做到結構功能與外部條件一致,充分展現先進的設計,發揮結構的功能并取得與經濟性的協調,更好地解決構造處理,用概念設計來判斷計算設計的合理性。
2.概念設計的依據
高層建筑結構總體系與各分體系的工作原理和力學性質,設計和構造處理原則,計算程序的力學模型和功能,吸取或不斷積累的實踐經驗。
二、高層建筑結構設計的原則
1. 選擇合理的高層建筑結構計算簡圖
在計算簡圖基礎上進行高層建筑結構設計的計算,如果選擇不合理的計算簡圖,那么就比較容易造成由于結構安發生的事故,基于此,高層建筑結構設計安全保證的前提是合理的計算簡圖的選擇。同時,計算簡圖應該采用相應的構造方法保證安全。在實際的結構中,其結構節點不單是鋼節點或者餃節點,保證和計算簡圖的誤差在規范規定的范圍內。
2. 選擇合理的高層建筑結構基礎設計
按照高層建筑地質條件進行基礎設計的選擇。綜合分析高層建筑上部的結構類型與荷載分布情況,考慮施工條件,相鄰的建筑物的影響等各個因素,在此基礎上選擇科學合理的基礎方案。基礎方案的選擇應該使得地基的潛力得到最大程度的發揮,必要的時候要求進行地基變形的檢驗。高層建筑設計要有詳細的地質勘查報告,如果缺失,那么應該進行現場勘查并參考相鄰建筑物的有關資料。一般情況下,相同結構單元應該采用相同的類型。
3. 選擇合理的高層建筑結構方案
合理的結構設計方案必須滿足經濟性的要求,并且要滿足結構形式和結構體系的要求。結構體系的要求是受力明確,傳力簡單。在相同的結構單元當中,應該選擇相同結構體系,如果高層建筑處于地震區,那么應力需要平面和豎向的規則。在進行了地理條件,工程設計需求,施工條件,材料等的綜合分析的基礎上,并和建筑包括水,暖,電等各個專業的相協調的情況下,選擇合理的結構,從而確定結構的方案。
4. 對計算結果進行準確的分析
隨著科技的不斷進步,計算機技術被廣泛的應用在建筑結構的設計中。當前市場上存在著形形的計算軟件,采用不同的軟件得到的結果可能不同,所以,建筑結構設計人員在全面了解的軟件使用的范圍和條件的前提下,選擇合適的軟件進行計算。由于建筑結構的實際情況和計算機程序并不一定完全相符,所以進行計算機輔助設計的時候,出現人工輸入誤差或者因為軟件本身存在著缺陷使得計算結果不準確的問題,基于此,結構設計工程師在得到了通過計算機軟件得到的結果以后,應該進行校核,進行合理判斷,得出準確結果。
5. 高層建筑的結構設計要采用相應構造措
施高層建筑結構設計的原則是強剪切力弱彎變,強壓力弱拉力,強柱弱梁。高層建筑結構設計過程中把握上述原則,加強薄弱部位,對鋼筋的執行段錨固長度給予重視,并且要重點考慮構件延性的性能和溫度應力對構件的影響。
三、高層建筑結構設計問題分析
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定和水平方向的穩定都是非常重要的,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量和分布作出總體設想。
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,即三心合一。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生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發生的扭轉破壞,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、正多邊形等簡面形式。在某些情況下,由于城市規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面形式,當需要采用不規則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范允許的范圍之內,同時,在結構平面布置時,應盡可能使結構處于對稱狀態。
3. 高層建筑結構存在著超高的問題
基于高層建筑抗震的要求,我國的建筑規范對高層建筑的結構的高度有嚴格的規定,針對高層建筑的超高問題,在新規范中不但把原來限制的高度規定為A級高度,并且增加了B 級高度,使得高層建筑結構處理設計方法和措施都有了改進。實際工程設計中,對于建筑結構類型的改變對高層超高問題的忽略,在施工審圖時將不予通過,應該重新進行設計或者進行專家會議的論證等。在這種情況下,整個建筑工程的造價和工期都會受到極大的影響。
4. 高層建筑結構設計短肢剪力墻設置
我國建筑新規范中,短肢剪力墻是指墻肢的截面的高度和厚度比在5~8 的墻,按照實際經驗以及數據,高層建筑結構設計中增加了對短肢剪力墻的使用限制。所以,在高層建筑的結構設計中,必須盡可能的減少或者避免使用短肢剪力墻。
5. 高層建筑結構設計嵌固端的設置
一般情況下,高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此,結構工程設計人員應該考慮嵌固端設置會可能帶來的問題??紤]嵌固端的樓板的設計;綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比,并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的;高層建筑的整體計算時充分考慮嵌固端的設置,綜合分析嵌固端位置和高層建筑結構抗震縫隙設置的協調。
6. 高層建筑結構的規則性
在關于高層建筑的新規范中,對于高層建筑結構的規則性做出了很多限制,比如規定了結構嵌固端上層和下層的剛度比,平面規則性等等,并且硬性規定了“高層建筑不能采用嚴重不規則的設計方案?!币虼?,為了避免后期施工設計階段的改動,高層建筑結構的設計必須嚴格遵循規范的限制條件。
結束語:
隨著高層建筑進一步的發展,高層結構的設計越發重要起來,結構設計是一項集結構分析,數學優化方法以及計算機技術于一體的綜合性技術工作,是一項對國家建設有重大意義的工作,同時,亦是一門實用性很強的工作。為了革新高層建筑,體現其魅力,追求新的結構形式和更加合理的力學模型將是土木工程師們的目標和方向。
參考文獻:
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隨著社會經濟的進步,建筑行業也在快速發展,人們對建筑的結構設計提出了更高的要求。從發展先進的設計理念,加強先進技術的應用,加快新型的高強度輕質、環保建材等幾主面進行研究,使建筑結構設計更加安全、適用、可靠和經濟是建筑結構設計的發展方向。
1、高層建筑結構設計的原則
1.1 建筑結構設計往往會涉及到一些關鍵的理念,如:“強柱弱梁”,“強剪弱彎”等,這些設計師需要注意。結構體系是由不同的構件協調組成的,因此各構件都發揮著不同的作用,在整個建筑中有輕重之分。
1.2 在設計過程中的安全架構必須是層層設置,尤其是當災難發生時的抵抗外力破壞將發揮有效作用。如果只是將抗風險的希望都集中寄托在建筑的某一個結構上,這是非常不穩定的。多肢墻優于單片墻,框架剪力墻好于純框架好等等,這些都是防御層的設計思路的重要體現。
1.3 需要堅持科學建筑結構的優點互補的原則。結構過于剛性其變形能力差,如果建筑受到巨大的破壞力則,應該要承受的損害更大,常常發生局部破壞,但結構過于限制外力,但往往因為變形過大而難以正常使用。
2、高層建筑結構的特征
高層建筑結構設計專業在各專業中占有更重要的位置, 選擇不同的結構體系,將直接關系到建筑立面造型,平面布局,層高,電氣管道設置,施工技術要求,投資成本等。其主要特點是:
2.1 設計上的主要因素是水平力。多層和低層建筑結構,經常以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。在高層建筑中,盡管豎向荷載結構的設計上仍然重要的影響,但它在水平荷載起著決定性的作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值, 僅與建筑高度的一次方成正比; 而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力, 是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面,對目標高度的基礎上,垂直載荷基本上是恒定的,作為水平方向的風載荷和地震載荷的作用,它的值隨著結構動和動態具有較大的變化。
2.2 抗震設計的要求更高。高層建筑結構抗震設計,除考慮正常使用垂直荷載,風荷載,還必須使結構具有良好的抗震性能,做到輕微的地震無損壞,大地震不倒下。
2.3 減輕高層建筑自重比多層建筑更重要。從地基和樁期的承載能力來考慮,如果地基或樁基情況相同的情況下,減輕房屋自重意味著不增加基礎造價和處理措施,可以多建層數,這是在軟弱土層有突出的經濟效益。地震效應與建筑的重量成正比,以減輕重量,從而改善結構房屋的抗震能力的有效途徑。大型高層建筑的重量,不僅作用于結構的地震剪力大,還由于重心高地震作用傾覆力矩大, 對豎向構件產生很大的附加軸力, 從而造成附加彎矩更大。
2.4 軸向變形不能被忽視。使用的框架體系和框架——剪力墻體系的高層建筑中, 框架柱的軸壓應力下往往大于軸向壓應力側柱,中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時, 此種軸向變形的差異將會達到較大的數值, 其后果相當于連續梁中間支座下陷, 使中間支撐的值減小,跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。
2.5 結構設計延展性。相對低層結構,高層結構更靈活,在地震作用下的變形更大。為了使建筑在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力,以避免崩潰,是需要采取適當的措施,以確保該結構具有足夠的延展性構建。
3、高層建筑結構設計要點
3.1 地基與基礎設計
地基與基礎設計已經得到結構工程師的重視,這不僅由于該階段設計過程是好還是壞將直接影響到后期設計工作的進行,也因為整個項目成本的基礎決定性因素,因此,在這個階段,存在的問題也可能會更加嚴重,甚至造成不可估量的損失。高層建筑應根據整體不錯的選擇,以滿足承載力和變形的建筑容許變形的要求,并可以調整不均勻沉降形成的基礎形式。高層建筑宜設置地下室以減小地基的附加應力和沉降量, 有利于滿足天然地基的承載力和上部結構的整體穩定性。此外,基礎設計應注意本地的規范的重要性。
3.2 建筑結構受力性能
對于初始的建筑設計,建筑師考慮更多的建筑的空間組合,而不是詳細地確定其具體的結構。建筑物底面建筑空間的形式在水平方向和垂直方向的穩定性是非常重要的,因為一些建筑物是由又大又重的組合物的組成,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,而在建筑設計的一個基本要求是要理清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,因此在建筑設計階段的程序,必要對主要承重柱和承重墻的數量和分布的做出整體構想。
3.3 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,建筑三心盡可能匯于一點,即三心合一,這是是結構設計的要求。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中沒有做到三心合一,在水平荷載作用下結構發生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發生的扭轉破壞,要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,高層建筑扭轉效果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,使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下,由于街景與建筑空間的限制,高層建筑不可能全部采用簡面形式,當需要采用不規則T形、L形、十字形等比較復雜的平面形式時,應將突出部分厚度與寬度的比值控制在規范允許的范圍之內,同時,在結構設計布局時,最大可能使建筑狀態的結構是對稱的。
3.4 房屋高度、高寬超限問題
隨著我國社會經濟的不斷發展,對建筑功能的多樣化需求越來越高。再加上城市人口的不斷增多、建筑用地日益緊張,高層建筑發展加快。隨著結構設計新規范的提出,結構設計人員在工作中經常會遇到新問題,需不斷探索與實踐。
選擇恰當的基礎方案與結構方案
一方面,建筑的基礎設計應充分考慮地質條件,對高層建筑的上部結構類型、負荷分布、施工條件以及對相鄰建筑的影響等因素綜合分析,并從中獲得恰當的基礎方案。在設計過程中,盡量發揮地基潛力,并做好地基的變形驗算工作。在基礎結構設計中,應出具詳細的地質勘察報告,如果沒有地質報告的建筑,應做好現場觀察,并參考類似的建筑資料。一般情況下,同一個結構單元不能采用不同的類型。另一方面,一個合理化的結構設計,必須配備經濟合理的結構方案,其中包括結構體系與結構形式等。結構體系中明確受力與傳力情況,而地震區則遵循平面與豎向原則。總之,基礎方案與結構方案作為高層建筑設計的重要內容,必須綜合分析工程的各項設計要求、地理環境、材料供應以及施工條件等因素,做好電工、水暖、建筑等各專業的協調,并在此基礎上完善結構選型,最終確定結構方案。
高層建筑結構的受力分析
對于高層建筑的最初設計方案,設計人員應充分考慮空間組合特點,而不是直接確定具體結構。建筑物的地面對整個建筑物空間的豎向與水平穩定性至關重要。由于高層建筑物主要由大且重的構件組成,結構設計需將自身重量傳遞到地面。由于結構的負載力始終向下作用在地表面,而高層建筑結構設計的基本要求就是明確建筑的向下作用力和地基承載力的關系。因此,在開始設計高層建筑結構方案時,必須對建筑的主要承重墻、承重柱的數量及分布進行總體規劃。在高層建筑中,應確保豎向與水平的結構體系設計符合相同原理,但是隨著建筑高度的增加,豎向結構體系變成設計的主要控制因素,主要由于:一是較大的垂直負載力對較大的樁體、墻體、井筒等提出了更高要求;二是高層建筑的側向力產生了更多的傾覆力矩及剪切變形。與豎向負載力相比,側向負載對高層建筑物的反映并不是以線性增加,而是隨著建筑層數的增高而加大。因此,在高層建筑中,除了基本的抗剪力之外,還要考慮到抵抗變形和整體抗彎因素,同時認識到高層建筑的結構受力情況與低層建筑有所差異,在設計中區別對待。
提高建筑結構的關鍵部位延性
為了提高高層建筑的抗倒塌能力,應注重提高建筑構件的延性。但是在實際高層建筑工程中,很難完全確保延性的提升。當前最經濟可行的方法就是提供建筑中關鍵構件的延性。在建筑的豎向結構中,如果高層建筑的底盤大,則應提高主樓和裙房頂面的銜接,以提升樓層構件延性;如果高層建筑的體形簡單、剛度均勻分布,那么可重點加強建筑底層構件的延性;對于不規則的立面建筑,注重提高體形突變處的樓層構件延性。在結構的平面結構中,應注重提高建筑平面突出、轉交位置,以及復雜平面的翼向連接處延性;對建筑的偏心結構來說,對于建筑擁有多道抗震防線的抗側力構件,則要做好第一道抗震防線構件的延性處理,同時注重加強建筑周圍,尤其在剛度較弱位置的構件延性。
位移的限值問題
在高層建筑結構設計的計算結果中,側移是重要的衡量指標,可直接反映建筑結構的整體剛度,根據側移的情況來看,可判斷結構剛度的大小。結構剛度的過大或者過小,都需要設計人員重新考慮結構的選型。對于高層建筑來說,其頂點位移的限值不僅決定了數值大小,同時也與振動頻率相關。一般情況下,人對建筑的振動頻率大小較敏感,但是對振動幅度卻很難感應到。因此,只要保證結構的擺動頻率不影響人們的舒適度即可;同時應注意避免由于結構的變形過大而產生損壞,采取適當的位移,限值應保持在規定標準范圍內,特殊情況下適當放松指標。
另外,由于計算方法、計算程序的不同,如果同一個結構采取不同的程序計算,那么層間位移的數值也會有所區別。其中主要原因可能是采用的軟件差別,不同的軟件對高層建筑的“層間位移”概念定義不同,有些是指樓層發生轉動后的最大角點位移;有些是指建筑的型心位移;對于規則性的建筑來說,角點位移能更準確地反映出結構樓層位移狀況,這也是結構設計人員應加強注意的問題。
計算簡圖和計算結果分析
一方面,高層建筑結構計算主要建立在簡圖計算的基礎上。如果簡圖計算的不合理,則可能給結構安全造成威脅。因此,選擇恰當的計算簡圖,是確保高層建筑結構安全的重要因素之一。計算簡圖需通過結構保障,計算簡圖的誤差應控制在一定范圍內;另一方面,加強對計算結果的科學分析。在當前高層建筑結構設計中,已經普遍應用計算機技術,但是相關計算軟件還有待開發,不同軟件會造成計算結果的差異。因此,設計人員在計算中還應發揮主導作用,全面掌握各種技術條件。在利用計算機進行輔助設計時,如果發現某一程序與結構的實際情況不相符,或者出現數據輸入錯誤等問題,就需要設計人員及時分析并校核,作出合理判斷,解決存在的問題,盡量減少誤差。
高層建筑的抗震分析
在我國高層建筑的抗震分析與設計中,通??既矫鎲栴}的影響作用:一是建筑物的高度問題,尤其對超高限建筑物,更要抱有謹慎態度;二是材料的選擇與結構體系問題;三是軸壓比和短柱的問題,往往為了控制高層建筑的軸壓比,造成柱的截面過大,而此時柱的縱向鋼筋確實構造配筋,影響了建筑的抗震力。
可見,高層建筑物除了承受基本的垂直荷載力之外,更重要的是承擔側向風荷載力與地震沖擊力。實際上,高層建筑的結構抗側力,隨著樓層的不斷增加而產生變化,所以在建筑的各層之間,極易出現薄弱層面,也就是側面變形和應力的集中處,需要在結構設計中加強注意。在高層建筑的結構設計中,應盡量避免相鄰層之間的剛度偏心距變化。例如,以我國當前的建筑抗震設計規范來看,對建筑物的抗震提出了三大標準、兩階段的設計方法。其中,第一階段的設計,參考第一標準的地震參數,計算出高層建筑結構在彈性作用下,產生的地震效應和構件截面大小;第二階段的設計,參考第三標準的地震參數,核算建筑結構的薄弱層,或者算薄弱層面的側向位移與轉覺
角,確保設計值小于規定值。
由上可見,隨著我國社會經濟生活的不斷發展,高層建筑的發展也日新月異。因此,結構設計人員應不斷學習并提高自身素質,充分掌握力學知識、力學規律及結構受力的變形規律等,并注重吸收其他建筑的震害教訓與經驗,加強對結構實驗成果的深入研究,與工程實踐相結合,精心做好出理念先進、技術先進、經濟合理及安全可靠的高層建筑結構設計工作。
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隨著我國城市化建設腳步不斷加快,城市人口增加,規模變大,導致城市中用地越來越緊張,所以高層建筑的建設越來越站建筑中的主要地位,建筑行業的不斷發展,人們對建筑質量的要求也會越來越高。尤其高層建筑,高度不同于一般建筑,所以結構設計方面的要求也比較高,結構合理是保證高層建筑質量合理的關鍵性因素。所以,在高層建筑設計中,不僅要保證美觀,是要在保障結構合理的基礎上在追求外觀美。所以,要明確結構設計的要點。
1.高層建筑結構工程特點
高層建筑結構由于建筑高度特殊性導致建筑受力較特殊,所以有其獨特的結構特點。高層建筑的開發可以節約土地資源,但是高層建筑的結構設計卻比一般建筑要難,不僅要保證結構整體性,還要保證抗震能力。梁、板、柱、墻和基礎等是構成建筑形體的力學構件和體系。所以,在結構設計中要保證它們的整體協調性,正確對構件進行選擇,才是保證整個建筑質量的重要環節。
2.高層建筑結構體系
2.1框架結構體系
框架結構體系是高層建筑結構體系中的一種。它是由梁、柱構件通過節點連接構成承載結構??蚣芙Y構的特點是體系在平面的布置中比較靈活,但是其占用的空間比較大,需要較大的空間來安排。近年來,由于建筑層數的增加,建筑高度不斷變高,導致框架結構所承受的彎矩和剪力也隨之而增加,所以,在結構的配料上就要進行相關的改進,配料的增加導致結構自身重量增加,占用的空間更大,所以,在空間處理上會出現一系列的問題,在成本造價方面也會不經濟。導致使用受限。
2.2剪力墻體系
剪力墻體系是另外一種結構體系。一般用于鋼筋混凝土結構中,由墻體承受全部水平作用和豎向荷載。在承受水平力的作用時,剪力墻相當于一根下部嵌固的懸臂深梁。它與框架結構相比,它的特點就是剛度比較好,不易變形,空間整體性好,在鋼材的使用上比較節省,成本方面比較經濟,空間處理也比較容易,在抗震設計上,由于不易變形,所以能夠較好地滿足抗震要求。
2.3框架-剪力墻體系
框架剪力墻體系是一種綜合性較強的體系結構。此種體系是把框架和剪力墻兩種結構組合在一起形成的體系。房屋的豎向荷載分別由框架和剪力墻共同承擔,而水平作用主要由抗側剛度較大的剪力墻承擔??蚣芗袅Y構體系擁有兩種結構的優點,在空間布置中,比較靈活,而且使用方便,在抗震設計上,剛度大抗震能力較強,所以這種結構在高層建筑中得到廣泛的應用,能夠很好的保障高層建筑的穩定性與抗震能力。
2.4筒體體系
將剪力墻在平面內圍合成箱形,形成一個豎向布置的空間整體受力的框筒,這就是所謂的筒體體系。近年來由于高層建筑的高度不斷的創新,建筑結構設計受到前所未有的挑戰。上訴三種結構由于結構自身特點,當層數超過一定限度后,就會導致結構要求的增強,承載力,抗震能力要求更高,所以,筒體結構體系的應用越來越受到重視,它可以較好地滿足高層建筑在各種受力下的要求。具有很好的抗震能力,而且較其他結構來說,經濟合理,成本較低。
3.高層建筑結構設計要點
3.1防止截面鋼筋超配
要保障結構的合理性就要保證結構構件質量合格。高層建筑的設計要點中,抗震能力的設計比較重要,要使高層建筑在遭遇強烈地震時具有很強的抗倒塌能力,最理想的辦法是使結構中所有的構件都具有很高的延性。要提高構件的延性,適宜性比較困難的工程,在實際工程中很難完全做到這一點,但是保證構件的延性是保證高層建筑抗震能力的基礎,所以,在設計中,可以根據不同類型不同高度的高層建筑進行不同的構件延性的提高。要使結構能進入彈塑性狀態,并能通過結構的塑性變形吸收地震能量、抗御更高烈度的地震,就必須做到“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱桿件”,才能使結構在進入彈塑性狀態后形成合理的延性較大的屈服機制。構件的承載力大小受到配筋的影響,所以配筋的用量要適當。
3.2保證高層建筑的整體穩定性
高層建筑由于高度大,所以受風荷載的影響比較大,要保證其整體穩定性是關鍵。在地震發生時,如果整體穩定性差,整個建筑都可能發生倒塌。所以在設計時,要進行對整個建筑進行抗傾覆穩定性驗算,使地震作用下的傾覆力矩與相應的重力荷載在基礎與地基交界面上的合力作用點,不應超出力矩作用方向抗傾覆構件基礎邊長的 1/4。其次,建筑的高寬比也是影響建筑穩定性的因素,加大建筑物下部幾層的寬度,使其滿足規范高寬比的限值,從而保證上部結構的穩定。此外,穩定的基礎是最重要的,要保證基礎的埋設深度達到要求,埋設的深度要根據建筑高度進行相關的計算,要保證計算準確無誤。每一個環節都很重要,都要嚴格要求,才會保障整個建筑的質量。
3.3剪力墻設計
剪力墻的合理設計也是保證整體結構合理的關鍵。規范規定,剪力墻在端部應設置暗柱、端柱等邊緣構件。這些邊緣構件的作用相當于磚混結構的約束柱,當結構的剛度較小,地震作用下層間位移和頂點位移較大時,邊緣構件所起的作用也就越大,此時暗柱的截面和配筋就應加大。所以,在剪力墻設計中要注意,要根據結構要求進行尺寸與配筋的選擇,不能隨意進行配筋。
3.4地下室的設計
地下室對于高層建筑來說,雖不外露,但是在結構中卻承擔著重要責任。一般情況下,地下室外墻所承受的主要荷載為結構自重、地面活載、側向土壓力等。由于地下室有其獨特的環境,結構也就不同于外部,在進行設計的時候,要綜合考慮各個因素的影響,權衡成本,在保證結構合理的基礎上還要保證經濟。地下室結構設計中,外墻的設計比較關鍵。地下室外墻的受力狀況與上部結構類型及平面布置有很大關系。所以在設計時,要仔細考慮分析受力特點,結合上部結構類型,以及平面布置特點,對外墻結構綜合設計。例如,當上部結構為框架結構時,上部填充砌體及±0.00 樓板對地下室外墻頂端的約束程度很小,此時可假定墻體頂端為鉸接。當上部結構為鋼筋混凝土剪力墻結構時,剪力墻及±0.00 樓板對地下室外墻頂部的約束程度很大,此時可假定墻壁頂端為固接。這些專業性較強的結構知識都要有所考慮,所以設計者要有綜合性的知識,保證結構的每一部分的合理性。
4.結語
總而言之,高層建筑是未來建筑的發展主要趨勢,為了保證人民生命財產安全,保證高層建筑質量,就要保證結構設計合理規范,它是直接影響高層建筑的質量因素。為此就要求相關結構設計工作人員以及監管人員在過程中發揮作用,嚴格要求,對過程中出現的問題要及時總結并采取有效對策進行解決,保證結構的合理性,穩固性,保障高層建筑質量合格,達到國際化標準,為高層建筑行業的長遠發展打好基礎。
參考文獻:
Abstract: the design of a high-rise building structure of knowledge. Analyzes the high-rise building structural design common structure system have frame-shear wall system, shear wall system, cylinder system; Structure design of a high-rise building, structure type selection of this paper.
Keywords: high building; Structure design; Structure selection
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隨著高層建筑在我國的迅速發展,城市人口逐漸增加,土地資源越來越少,勢必會使建筑往高空延伸,建筑類型與功能的愈來愈復雜,結構體系的更加多樣化,高層建筑結構設計也越來越成為結構工程師設計工作的主要重點和難點之所在。因此,結構工程師在高層設計中如何把握設計要點,直接影響到整體結構的安全性、經濟性及合理性。
1 概念設計
概念設計是指一般不經過數值計算,根據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想,分析結構破壞機理以及日常工程實際所積累的經驗,從整體角度來確定結構的總體布置和對抗震細部的宏觀控制。同時,也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。其主要內容如下:
1.1 結構規則性
新規范在這方面增添了相當多的限制條件,例如:平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等,而且,新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。”因此,結構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意,結構設計人員對整個結構模型要有宏觀的把握,進行結構布置時使剛心與質心盡量重合,減小因偏心而引起的扭轉。
結構豎向布置應使體型規則、均勻,結構的剛度及承載力和傳力途徑沒有太大的變化,避免有較大的外挑或內收,避免側向剛度和承載力的突變而形成薄弱層。
結構延性
相對于較低樓房而言,高樓結構更柔一些,在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力,避免倒塌,特別需要在構造上采取恰當的措施,來保證結構具有足夠的延性,有抗震設防的建筑結構設計,除要考慮正常使用的豎向荷載、風荷載以外還必須使結構具有良好的抗震性能,即實現小震不壞,中震可修,大震不倒的三水準設計。建筑結構是否具有耐震能力,是由承載力和變形能力兩者共同決定的。一個結構或構件的延性用延性系數 表達,一般用其最大允許變形 p 與屈服變形 y 的比值表示,其表達式為。
鋼筋混凝土是一種彈塑性材料,其結構具有塑性變形能力,當地震作用下結構達到屈服以后,利用結構塑性變形來吸收能量,增加結構的延性,不僅能減弱地震反應,而且提高了結構抗御強烈地震的能力。我們設計中所謂的強柱弱梁,強剪弱彎,強節點弱構件及強錨固,強結構底部等都是保證結構延性的具體手段。即高層結構破壞時,盡量發生吸收能量較大,塑性變形能力較強的破壞形式。把軸壓比控制在一個合理的范圍內,既能保證結構的延性,也能節約成本。
2 結構選型
高層結構常見的結構體系有框架結構、剪力墻結構、框架一剪力墻結構和筒體結構等。
2.1框架結構
框架結構是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成構成承重體系的結構,即由梁和柱組成框架共同抵抗適用過程中出現的水平荷載和豎向荷載。
但是框架結構的抗側剛度較小,在風荷載或水平地震荷載作用下,結構的整移和層間位移都較大。隨著建筑高度的增加,框架結構的經濟性和安全性均存在不合理的問題,因此在使用層數上受到了限制。
2.2剪力墻結構
剪力墻結構中,墻是一平面構件,它承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外,還承擔豎向壓力:在軸力,彎矩,剪力的復合狀態下工作,其受水平力作用下似一底部嵌固于基礎上的懸臂深梁。在地震作用或風載下剪力墻除需滿足剛度強度要求外,還必須滿足非彈性變形反復循環下的延性、能量耗散和控制結構裂而不倒的要求:墻肢必須能防止墻體發生脆性剪切破壞,因此注意盡量將剪力墻設計成延性彎曲型。
設計剪力墻時,應根據各型墻體的特點,不同的受力特征,墻體內力分布狀態并結合其破壞形態,合理地考慮設計配筋和構造措施。
2.3框架一剪力培結構
當框架結構的強度和抗側剛度滿足不了要求時,往往需要在適當的位置布置一些剪力墻,通過剪力墻和框架柱共同抵抗水平荷載的作用,這種結構稱為框架一剪力墻結構。這種結構既具有框架結構布置靈活、使用方便的特點,又有較大的剛度和較強的延性。
2.4筒體結構
簡體結構主要包括單簡體筒體一框架、筒中筒、多束筒等形式,能滿足更多層數的要求,常見用于超高層結構中。簡體結構具有很大的剛度和強度,受力合理,在平面布置及滿足功能使用上有明顯的優勢。隨著建筑往更多層數方向發展,這種結構形式的應用會越來越廣泛。
3 埋深及嵌固端
高層建筑基礎要求具有一定的埋置深度。其目的是為了保證結構的整體穩定性,減弱震害。在確定基礎埋深時,應綜合考慮建筑物的高度、體型、地基土以及設防烈度等因素?;A埋深一般從室外地坪算至基礎底面或承臺底面。《高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ 3-2002 ) 》(以下簡稱《高規》)規定基礎埋深需滿足以下2條規定:①天然地基或復合地基可取房屋高度的1/15;②樁基礎可取房屋高度的1/18。
正確選定結構嵌固端是結構計算模式中的一個重要假定,它關系到結構某些構件內力分配的正確性、影響結構產生位移的真實性以及結構局部的經濟性。當高層建筑設有地下室時,若地下室全埋于土中,地基土對地下室有明顯的約束作用,則可將地下室頂板作為上部結構的嵌固端;若地下室半埋于土中或是開敞式地下室,則需計算地下室結構的側向剛度是否大于或等于相鄰上部結構樓層側向剛度的2倍,當滿足此條件時,則可將地下室頂板作為嵌固端。當高層建筑不設有地下室時,可將基礎面作為上部結構的嵌固端,并須在縱橫2個方向設基
礎梁加以連接。
4 主要設計指標
在結構整體性能設計中,應對以下主要設計指標加以控制。
4.1 位移比
位移比是判斷結構平面是否規則的重要依據?!陡咭帯芬幎?在考慮偶然偏心影響地震作用下,A級高度高層建筑的位移比不宜大于1.2,不應大于1.5; B級高度高層建筑、混合結構、復雜高層結構的位移比不宜大于1.2,不應大于1.4。
4.2周期比
周期比為以結構扭轉為主的第一自振周期T1與以平動為主的第一自振周期T1之比。限制周期比是為了控制結構的抗扭剛度不能太弱??赏ㄟ^調整抗側力結構的布置,減弱內筒的剛度,增加結構周圈構件的剛度等措施來增加結構的抗扭剛度。搞瓣規定:A級高度高層建筑的周期比不應大于0.9;B級高度高層建筑、混合結構、復雜高層結構的位移比不應大于0.85。
4.3剛度比
剛度比指結構豎向不同樓層的側向剛度的比值,調整該值主要為了控制高層結構的豎向規則性,以免豎向剛度突變,形成薄弱層?!陡咭帯芬幎?高層建筑結構其樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70%或其上相鄰3層側向剛度平均值的80%。
4.4 剛重比
剛重比是結構剛度與重力荷載之比。它是控制結構整體穩定的重要指標,是影響重力二階效應的主要參數。通過對結構剛重比進行控制,可使高層建筑滿足穩定性要求。
4.5 軸壓比
軸壓比指針對柱(墻)考慮地震作用組合的軸壓力設計值與柱(墻)的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積的比值。它是影響墻柱抗震性能的主要因素之一,是保證豎向構件具有良好延性和耗能能力的主要指標。
5 總結
結構工程師在進行高層建筑結構設計時,應對建筑有總體的概念把握,對結構設計中的難點、關鍵部分要著重優化設計。面對經濟性與安全性這一對矛盾,通過合理的結構優化來達到雙贏,既能很好地滿足安全性的要求,也能達到經濟性的要求。
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一、高層建筑結構受力特點
從本質上看,高層建筑為豎向懸臂結構。水平荷載讓結構發生彎矩,而垂直荷載讓結構發生的軸向力與建筑物的高度基本上是線型關系。從受力的特性來講,垂直荷載方向是固定的,只會隨著建筑物的增高而產生梁的加大,但是水平荷載能夠來源于每一個方向。當是均布荷載的時候,彎矩和建筑物高度所體現出的線型關系是二次方的變化;從側移特性來講,豎向荷載產生的側移相對較小,水平荷載當是均布荷載的時候,側移高度體現出的關系是四次方變化。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。
二、正確選擇合理結構體系
由于高層建筑中抗水平力成為設計的主要矛盾,因此采用何種抗側力結構是結構設計的關鍵性問題。根據抗側力結構的不同,鋼筋混凝土結構可分為框架結構、框架-剪力墻結構、剪力墻結構和筒體結構等幾種結構體系,這些體系的受力特點、抵抗水平力的能力,特別是抗震性能等有所不同,因此具有不同的適用范圍。
(一)框架結構體系 由梁、柱、基礎構成平面框架,它是主要承重結構,各平面框架再由梁聯系起來,形成空間結構體系??蚣芙Y構的優點是建筑平面布置靈活。外墻采用非承重構件,可使立面設計靈活多變。但是框架結構本身剛度不大,抗側力能力差,水平荷載作用下會產生較大的位移,地震荷載作用下較易破壞。不高于15層宜采用框架結構,可以達到比較好的經濟平衡點。 (二)剪力墻結構體系 剪力墻結構體系是利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結構體系。墻體同時作為維護及房間分隔構件。剪力墻間距一般為3―8m,現澆鋼筋混凝土剪力墻結構整體性好,剛度大,在水平荷載作用下側向變形小,承載力要求容易滿足,適于建造較高的高層建筑。而且其抗震性能良好,在歷次的地震中,都表現了很好的抗震性能,震害較少發生,程度也很輕微。但是剪力墻結構間距不能太大,平面布置不靈活,而且不宜開過大的洞口,自重往往也較大,不是很能滿足公共建筑的使用要求,而且其成本也較大。
(三)框架―剪力墻結構體系 框架―剪力墻結構體系由框架和剪力墻組成。剪力墻作為主要的水平荷載承受的構件,框架和剪力墻協同工作的體系。在框架一剪力墻結構中,由于剪力墻剛度大,剪力墻承擔大部分水平力(有時可以達到80%~90%),是抗側力的主體,整個結構的側向剛度大大提高??蚣軇t承受豎向荷載,提供較大的使用空間,同時承擔少部分水平力。由于有了剪力墻,其體系比框架結構體系的剛度和承載力都大大提高了,在地震作用下層間變形減小,因而也就減小了非結構構件(隔墻和外墻)的損壞。這樣無論在非地震區還是地震區,都可以用來建造較高的高層建筑。還可以把中間部分的剪力墻形成簡體結構,布置在內部,外部柱子的布置就可以十分靈活;內筒采用滑模施工,的框架柱斷面小、開間大、跨度大,很適合現在的建筑設計要求。
(四)筒中簡結構體系 筒中筒結構體系由一個或多個簡體為主抵抗水平力。通常簡體結構基本形式有三種:實腹筒、框筒及桁架筒。筒體結構最主要的特點就是它的空間受力性能。不論哪一種簡體,在水平力作用下都可看成固定于基礎上的箱形懸壁構件,它比單片平面結構具有更大的抗側剛度和承載力,并具有良好的抗扭剛度。簡中筒結構是一種抵抗較大水平力的有效結構體系,但是由于它需要密柱深梁,當采用鋼筋混凝土結構時,可能延性不好,而且造價昂貴。 除了上述的幾種結構體系外,還有其他一些結構體系,如薄殼、膜結構、網架等。隨著時代的進步,會涌現出越來越多更好的結構體系。這就需要不斷學習,從各方面考慮運用經濟合理的手段到達目標。
三、選擇結構類型注意要點
(一)結構的規則性 新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動,新規范在這方面增添了相當多的限制條件,例如:平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等,而且,新規范采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。”因此,結構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意,以避免后期施工圖設計階段工作的被動。 (二)結構的超高在抗震規范與高規中。對結構的總高度都有嚴格的限制,尤其是新規范中針對以前的超高問題,除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外,增加了B級高度的建筑,因此。必須對結構的該項控制因素嚴格注意,一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度,其設計方法和處理措施將有較大的變化。 (三)嵌固端的設置
由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設置在地下室頂板,也有可能設置在人防頂板等位置,因此,在這個問題上,結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面,如:嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等等問題,而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。
四、結構計算與分析
(一)結構整體計算的軟件選擇
中圖分類號:TU97 文獻標識碼:A 文章編號:
我國復雜高層及超高層建筑不斷崛起,建筑企業為了提高自身企業在建筑市場中的競爭力,對復雜高層及超高層建筑結構設計也有了更高的要求。復雜高層及超高層建筑結構設計中包含了諸多設計方面及影響因素,在設計施工前要根據高層建筑規范要求及實際情況進行科學合理的設計分析,確保建筑結構設計施工的科學性合理性,從而提高復雜高層及超高層建筑的安全性能,促使建筑企業走向一個新的里程碑。
復雜高層及超高層建筑結構設計中的抗震設計分析
復雜高層及超高層建筑相對于普通建筑而言,具有一定的特殊性,復雜高層及超高層建筑結構較為繁雜,且具有一定的高度,若出現緊急情況或者是地震自然災害等不易救援,在這種情況下在復雜高層及超高層建筑中進行抗震設計就顯得尤為必要。評價一個復雜高層建筑或者是超高層建筑結構抗震設計是否合格,可以從以下兩方面進行分析:
1.抗震設計時要保證其為彈性狀態
復雜高層建筑及超高層建筑倘若出現地震自然災害由于其海拔過高必然會影響到周圍的建筑物,給城市帶來一定高的災害,對其進行抗震設計是防患于未然的一種措施,在抗震設計中保持其為彈性狀態,能夠降低地震對建筑物的損壞率。
抗震倒塌設計
在復雜高層建筑及超高層建筑結構抗震設計中,要對建筑所能承受的地震振動侵害的大小,對其最大地震振動進行計算分析,能夠在一定程度上降低地震災害的侵害程度。其次,對于地震結構設計中的延性構件進行合理設計,其非彈性變形的能力不得超過其本身的變形能力,而對于非延性構件,其承受地震自然災害的抗壓力應該大于其本身建筑所能承受的壓力,不論是復雜高層建筑結構設計還是超高層建筑結構設計,都要對其構件進行合理的控制,保持抵抗地震自然災害的彈性。
復雜高層及超高層建筑結構設計要點分析
復雜高層及超高層建筑在建筑施工中相比普通建筑而言,具有一定的難度,其工程量較大,樓層較高,所以在建筑結構設計中要遵循一定的施工要求,準確把握施工要點,這樣才能提高施工質量,保證復雜高層建筑及超高層建筑的安全性及穩定性,以下筆者根據諸多建筑企業進行復雜高層及超高層建筑結構設計施工中所總結的建筑結構設計要點:
重視建筑結構概念設計,著眼整體
復雜高層及超高層建筑其施工程序較為繁雜,在對其進行施工設計時,需要全面把握其結構概念,重視復雜高層及超高層建筑結構的概念設計,要做好復雜高層及超高層建筑結構概念設計,首先,應該從建筑的規則性及均勻性著手,在實際施工中要重視建筑施工中的對稱性,保證建筑整體的美觀;其次,結構設計中需要多個施工人員的配合,所以在建筑結構概念設計中要注重傳力途徑的建設,要保證施工中有一條清晰直接的通道實現傳力,在傳力途徑建設中主要從結構豎向傳力及抗側立傳力兩方面出發;再者,在建筑結構設計施工中,要把握好復雜高層及超高層建筑的整體性,它在一定意義上直接體現了建筑企業的施工水平,另外我國提倡節能減排,建筑企業要想適應這一形勢,在超高層建筑結構設計施工中就要融入節能減排的理念,在建筑物內部安裝節能設備。
合理選擇抗側力結構體系
抗側力結構設計是復雜高層及超高層建筑結構設計中的重要組成部分,良好的抗側力結構設計能夠提高復雜高層及超高層建筑的安全性能,為用戶提供良好的居住或辦公環境,因此在建筑結構設計施工中一定要合理選擇抗側力結構體系。選擇合理的抗側力結構需要了解建筑的實際高度進行科學的分析選擇,另外在整個結構設計中要盡量使抗側力結構體系中的各構件緊密連接在一起,保證其內部構件的整體性。結合建筑實際狀況對每種抗側力結構體系進行分析,了解其在建筑結構設計中所發揮的作用,根據復雜高層及超高層建筑的不同特點及當地的地理環境從而選擇正確的抗側力結構設計方法。
注重抗震設計各個環節的把握
抗震設計是復雜高層及超高層建筑結構設計的重中之重,它直接關系著建筑整體的安全性及穩定性,是確保建筑安全的重要環節,因此在復雜高層及超高層建筑結構設計中一定要嚴格把控抗震設計中的各個環節,提高抗震設計各個環節的合理性與科學性。在抗震設計中對抗震材料的選擇是十分重要的,它在一定程度上直接影響了抗震設計的抗震性能,選擇抗震材料要根據復雜高層或者是超高層建筑的特點進行購買,針對不同的高度選擇抗震性能等級不同的材料。在建筑結構抗震設計施工前,要擬定行之有效的設計方案,確定建筑結構的變形彈性,在抗震施工中對其變形彈性的把控需要符合地震預期要求,另外還需要合理控制地震作用下的層間位移,進行層位位移在一定程度上能夠降低地震給建筑帶來的侵害。
全面了解所要設計的建筑結構特點才能準確把握結構設計的要點,在抗震設計中要科學對建筑結構的變形及結構位移進行科學的研究分析,精確兩者之間的連帶關系,從而更好的進行抗震結構設計,提高復雜高層及超高層建筑的安全性能,延長復雜高層及超高層建筑的使用壽命。倘若該建筑處于地震災害的常發地區,應該進行多方面抗震設計,提高其抗震延性,增強復雜高層及超高層建筑的抗壓力,減少因地震災害而出現建筑倒塌事件的發生。
建筑結構抗震設計的質量及方法從一定意義上來講直接決定了其抗震能力及效果,在整個建筑結構抗震設計中,設計人員一定要按照高層抗震設計的相關規定,而后再結合超高層及復雜高層建筑所在的具置,周邊環境進行分析,從而制定出符合建筑結構施工要求的抗震設計方案,以便后期施工人員抗震結構設計施工的順利進行??拐鹪O計對復雜高層及超高層建筑結構設計具有重要的意義,良好的抗震性能能夠降低降低地震自然災害對建筑的侵害,確保建筑的安全,從而保證住戶的人身安全。
總結
復雜高層及超高層建筑與普通建筑相比,施工難度大,注意事項較多,所以要做好復雜高層及超高層建筑結構設計,要結合復雜高層建筑或者超高層建筑所在的地理位置及特點進行全方位的結構概念設計,制定科學合理的設計方案,從而保證設計人員順利進行結構設計施工建設,提高復雜高層及超高層建筑的結構設計水平,從而確保整個建筑的安全質量,為住戶或者辦公者提供良好的建筑環境。
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