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1.1结构方案合理化原则。高层建筑结构方案的合理化是指高层建筑结构设计方案必须与结构体系和结构形式的要求保持一致,同时应满足经济性的要求,其中结构体系的具体要求为传力简单化、受力明确化。针对某些结构单元相同的高层建筑物,其结构体系应相同。1.2计算简图合理化原则。高层建筑结构设计的基础是计算简图,计算简图的合理性直接关乎高层建筑结构的安全,由此可见高层建筑结构设计必须坚持简图合理的原则。高层建筑结构构件及节点的简化可以有多种选择,但必须把计算结果的误差控制在合理的范围内,以免对建筑结构产生负面的影响,从而影响建筑结构的安全。1.3结果分析精准化原则。伴随着计算机技术的迅速发展,当前很多领域都开始应用计算机技术,并且发挥着至关重要的作用,而在建筑结构方案设计中,通过应用计算机技术能够对相关数据进行科学更加科学的分析,不仅能够有效的降低人工计算存在的失误,而且还能确保建筑结构方案的准确与合理。
2高层建筑结构设计特点
2.1水平荷载。建筑同时承受竖向荷载和地震及风产生的水平荷载,在多层建筑中,因水平荷载产生的内力和位移相对较小,对建筑建构设计的影响不大,主要是以重力为代表的竖向荷载着建筑结构的设计起控制作用。而在高层建筑中,很多时候是水平荷载对建筑结构设计起决定性作用,尽管竖向荷载对结构设计会产生重要的影响,但相对于水平荷载来说,影响相对较小。2.2轴向变形。对于多层建筑轴力项相对于弯矩项来说,对结构设计产生的影响不是很大,结构设计时可只考虑弯矩项而忽略轴力的影响。但是对高楼层建筑结构进行分析所要考虑的因素就不太一样了,需充分考虑到高层建筑的层数、高度对竖向构件轴力值的影响。随着高度的不断增加,竖向构件的轴力变形也会变得特别明显,当竖向构件轴向变形达到一定的程度,会使高层建筑的结构内力数值和分布产生变化。2.3建筑侧向位移。随着建筑楼层及高度的增加,在水平荷载的作用下产生的侧向位移也会不断的增大。高层建筑设计时,需要保证足够的结构强度,在应对风荷载及地震作用产生的内力作用时,才能有足够大的力量去抵御。为了能够将风荷载及地震作用下产生的侧移距离控制在一定的限度之内,就必须拥有足够的抗侧刚度能力,才能较好的保障结构安全及正常使用的舒适度。
3高层建筑结构设计存在的问题分析
3.1建筑短肢剪力墙设置存在问题。随着人们对住宅平面与空间的要求越来越高,高层住宅建筑中短肢剪力墙的运用越来越多。在一般情况下,建筑结构的短肢剪力墙是指墙肢的高度、厚度比例为5-8的墙体。短肢剪力墙与普通剪力墙相比承担较大轴力与剪力,抗震性能较差,从受力特性及构件的安全储备有别普通剪力墙,为安全起见,在高层住宅结构中短肢剪力墙布置不宜过多,不应采用全部为短肢剪力墙的结构,在某些情况下还要限制建筑高度。3.2抗震结构设计问题。高层建筑结构设计中很重要的内容是结构抗震设计。受高层建筑高度过高、荷载过大的影响,一旦出现了地震,就会诱发出各种不可估计的问题。现阶段我国建筑工程建设要求高层建筑最低要保证五十年的设计基准期,并对高层建筑的抗震设计进行了明确的规定。但是在实际结构设计中,存在设计人员对规范理解不透、概念设计模糊等问题。如果高层建筑结构设计人员没有充分认识到上述问题,就会给高层建筑留下安全隐患。3.3扭转问题。质量中心、刚度中心和几何中心是高层建筑结构设计中的“三心”,“三心合一”也是高层建筑结构设计过程中需要尽量达到的目标。但是在实际设计中存在“三心”偏离较大的问题。在三心偏离较大的情况下,受较大水平力的影响就会出现高层建筑扭转震动的问题,影响高层建筑的安全。
4高层建筑设计相关假定
4.1弹性假定。当建筑处于一般风力的、正常使用竖向荷载及低于设防烈度的地震的作用时,建筑结构构件一般处于弹性的工作阶段,这一假定与实际的工作情况存在的差异不大。但当遭遇强震作用或者强烈的台风天气时,建筑产生的位移会比较大,结构构件会转入弹塑性的工作阶段。在这个时候就应当按照弹塑性动力分析方法进行分析,而不能只按照弹性假定的方法计算,否则就不能将结构构件的真实工作状态反映出来,留下安全隐患。4.2小变形假定。小变形假定方法是除了弹性假定之外另一种比较常用的方法,但也有学者对几何非线性问题进行研究。除了弹性假定,小变形假定方法也常被采用。但有不少学者对几何非线性问题(P-Δ效应)做了一些研究。一般情况下,当顶点水平位移Δ与建筑物高度H的比值Δ/H>1/500时,P-Δ效应的影响就不能被忽视了。4.3刚性楼板假定。目前在我国对很多高层建筑结构进行分析时,都是将楼板的平面内刚度设定为无限大,而将楼板平面外的刚度予以忽略。在这种假定下,建筑结构体系的自由度在一定程度上减少,对计算方法进行了简化。此外通过这种假定,使得在使用薄壁杆件的理论在对筒体体系的结构进行计算时非常方便,但是一般情况下,因为受到计算方式以及其他因素的影响,使得这种假定通常比较适合对建筑的框架以及剪力墙体系的计算。4.4计算图形的假定。在高层建筑架构体系中,整体分析将采用的计算图形分为一维、二维协同分析和三维空间分析三种。其中,三维空间分析的普通杆单元,每一节点含有6个自由度,按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应该考虑截面翘曲,截面翘曲有7个自由度。
5高层建筑结构设计要点
5.1建筑的载荷设计。在高层建筑的建筑结构设计中,建筑的安全性以及稳定性是设计的重中之重,而建筑的荷载直接影响着建筑的安全以及稳定,因此在进行建设设计时一定要做好荷载的计算。相对于一般的建筑,高层建筑的荷载及其组合要复杂的多,相关的设计人员在进行建筑的荷载计算时需要考虑的内容也多得多。在进行高层建筑的荷载计算时,最主要的内容是以下两个方面:建筑的地震荷载以及风荷载。在实际的设计中,复杂的超限高层建筑还应当进行的风洞试验及振动台试验,以确保建筑的安全。5.2建筑抗震性能的设计。因为高层建筑的高度要比普通建筑高出很多,多以其对应力的承受能力也不一样,因此当地震时其产生的反应程度也不是一样的,因此对于高层建筑,在进行设计的时候必须要充分考虑抗震设计。而且抗震设计时,必须要对建筑所处的地形地质条件都进行充分的考虑,通常土地比较坚硬的其抗震强度会比较大,所以要尽量选择硬度比较大的土层,而避开那些土质疏松的地层,而对土层的变化进行有效的把握成为抗震设计中的一个困难点。5.3高层建筑结构的包络设计。包络设计是近年来比较常见的设计方式,可以有效解决工程项目结构设计中存在的各种问题。当前工程设计问题变化比较多,有许多因素都会影响到结构效应,各种问题盘根错节,使用目前已经掌握的只是或者软件很难对其进行准确的分析。学术科学和工程的不同点在于后者难以长时间等待。因此要通过优化结构设计的形式,利用最少的经济投入来获取最大的经济效益,并解决工程项目存在的问题。不同的工程条件可以用不同的网络设计原则来处理,在对待转换结构转换层或者连体结构时,也可以用网络设计,对构件进行分析验算,取不利值包络设计。
总之,高层建筑的复杂性不仅要求其设计人员必须具有较高的综合素质,而且还有掌握足够的理论知识以及相关的法律知识,而且在对其进行结构设计时也要对对建筑周围的环境进行综合的考虑,由此来提高设计的质量,同时降低建造的成本,促进高层建筑的健康发展。
作者:崔惠林 单位:保定市城乡建筑设计研究院
参考文献:
[1]刘军进,肖从真,王翠坤,徐自国,田春雨,陈凯.复杂高层与超高层建筑结构设计要点[J].建筑结构,2011,11:34-40.
[2]曹彬,李铭.高层建筑结构设计中剪力墙结构的要点分析[J].中国建筑金属结构,2013,22:65.
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[4]王慧君,徐勇.高层建筑结构设计的要点探析[J].科技与企业,2014,06:171.
[5]杨俊.高层建筑结构设计中的要点分析[J].江西建材,2014,13:35-36.
1高层建筑结构设计的特点分析
(1)水平力是设计的决定性因素。在低层或者多层的建筑结构设计中,常常用重力为代表的竖向荷载去控制建筑物的结构。然而,在高层建筑中,虽然竖向荷载能起到一定的控制作用,但是水平荷载在其中却起着决定性的作用,因而不能忽视。使得水平荷载比竖向荷载更起决定性作用的主要原因在于,高层建筑物的自身重量和使用荷载在竖向构件中能够引起的轴力和弯矩的数值,仅仅与建筑物的高度一次方成正比,而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及在竖向构件中引起的轴力,与建筑高度两次方成正比。
(2)侧移是设计的重要控制指标。在高层建筑结构设计中,结构侧移是高楼结构设计中的重要控制因素,这一点与低层建筑不一样。当楼房的高度不断增加的时候,水平荷载下的结构侧移变形会逐渐拉大,这就给高层建筑的稳定性造成了一定的影响。因此,在设计高层建筑结构的时候,应该将水平荷载作用下的侧移控制在一个限度之内。
(3)抗震设计要求较高。在高层建筑结构设计中,对于抗震设计的要求显得更高。一般来说,除了要求抗震设防的高层建筑有普通的竖向荷载、风荷载以外,还应该促进结构设计具有良好的抗震性能,达到小震不坏,大震不倒的目的。
(4)轴向变形需加以重视。在高层建筑中,竖向荷载数值变大的时候,会在柱内产生较大的轴向变形,使得连续梁弯矩发生变化,让连续梁之间支座处的负弯矩值变小,还会对预制构件的下料长度造成影响。因此,在进行高层建筑结构设计的时候,要对轴向变形的数据进行仔细计算,对下料长度进行有效的调整,防止高层建筑的轴向变形数据不断拉大。
2 高层建筑结构设计的原则
高层建筑结构的设计是一个复杂繁琐的内容,其中需要注意的内容涉及也十分广泛,根据多年的工作经验总结,主要集中在以下几个方面:
2.1结构方案的选择
合理的结构设计方案对于工程来讲是十分关键的,好的设计方案在满足结构形式和体系的基础上,还要充分考虑造价成本,把经济适用发挥到最大程度。结构体系的最基本的原则是受力明确、传力简单,结构方案在满足使用、安全要求的基础上,尽量的简洁。最终结构方案的确定,需要对地理条件、工程设计需求、材料的选择和施工条件等进行全面的考量和整合,并且和建筑水、暖、电各个分项相互协调,综合各方面因素进行最后的确定。
2.2计算简图的选择
计算简图是进行高层建筑结构设计的基础,是所有计算数据的出处和根源所在。关系到各环节的建筑尺寸和误差。如果不能选择合理的计算简图,对于结构安全就会埋下隐患。因此,高层建筑结构设计的安全保障前提,就是合理计算简图的选择。同时,在选择了计算简图之后,还应该采用相应的构造方法保证其安全性。在结构的实际施工中,结构节点不单单是钢节点或者铰接点,要使得计算简图的误差在规定的允许范围之内。
2.3 计算结果要进行准确的分析
科技的发展也推动建筑领域不断的进步,计算机作为现在科技发展的集中产物,自然在建筑结构设计中也得到了广泛的应用。经过几年的发展,市场上的计算机软件种类和数量都大大提升,但问题也随之涌现出来,很多时候,统一种类的计算数据在不用软件中处理产生的结果并不一致。这就对计算数据的准确程度提出了严苛的校对要求,也对结构设计人员的能力提出了更高水平的要求。在全面了解软件的使用范围和条件的基础上,选择最为合理准确的软件也成为设计人员必须完成的课题。与此同时,建筑结构受到各种不可掌控的实际情况制约,与计算机得出的理想结果不能达到完全的吻合,因此在计算机辅助设计的同时,设计人员的主导能力还是最为关键的。
3高层建筑结构设计中关键要点分析
(1)扭转问题设计。要求高层建筑的结构设计必须三心尽可能汇于一点,即建筑结构的刚度中心、几何形心、结构重心三心合一。倘若在设计中未很好地做到三心汇聚一点,建筑易发生扭转问题,并在水平力作用下造成高层建筑结构的毁坏。
(2)抗风结构设计。高层建筑由于其具有楼层多,高度高的特点,因此相比较其他建筑,在建筑物表面更易改变风的流动性和空气的动力效应。在楼层柔软部分风和空气会产生动力形式和静力形式,并由此产生的震动,会对楼层的墙体、装饰结构以及支撑结构产生破坏,危害建筑的稳定性,所以在进行高层结构设计的过程中,应该进行抗风结构的设计,杜绝建筑物在自然因素的影响下留下隐患。
4高层建筑结构设计问题的有效对策
4.1合理设计平面布局
高层建筑结构设计过程中,扭转问题出现的原因是由于三心未合一导致的建筑物质量分布不均匀。所以在设计过程中,相关设计人员对高层建筑应当采用相对规则的图形,例如正方形、矩形、圆形、正多边形等较为简单、分布均衡的平面形式。尽量不采用L形、T形、十字形等复杂平面形式。在环境要求或结构要求特殊情况下,应当根据相应规范进行设计,避免建筑结构突出部分过大,同时尽量保证结构的对称性。
4.2优化抗风结构设计方案
针对高层建筑结构抗风结构存在的难点和问题进行优化。一是基础优化。要保证高层建筑结构的抗风性良好,首先要保证高层结构的基础牢固。二是增加高层建筑耗能结构设计。在高层建筑结构设计过程中,对相应非承重构件利用耗能构件如楼板、剪力墙等来抵消风能对建筑的影响。三是减小水平荷载和风力叠加对高层建筑的影响。四是增大结构承载力和抗风力。根据相关数据进行高层建筑结构承载力验算和抗风力验算,在此基础上制定一个放大系数,进一步保证高层结构的抗风性能。
4.3优化抗震结构设计方案
当今高层建筑结构的抗震设计存在很多问题和难点,结合相关设计经验总结了集中抗震结构的优化方案。一是合理布置抗侧力构件。二是增加地基抗震能力。三是设计高性能剪力墙。高性能剪力墙的设计能够有效地提高剪力墙在地震过程中吸收建筑内力的能力,可以适当增加墙体和楼板的刚度来控制建筑位移,达到抗震目的。四是进行高层结构构件的简化和一体化。通过对扶壁、筒口、筒脚的简单化设置,达到相应建筑物的对称。
4.4加强消防结构设计
当下很多大型火灾、恐怖袭击等恶劣事件已经让高层建筑的消防结构设计面临必须改善和加强的地步,但是消防设计应该从消防结构设计和使用期间消防规范来共同执行。在高层建筑消防结构设计过程中,应该加强对防火结构间的距离控制,在符合当地的地形条件基础上,高层结构在防火结构间距离上可适当加大处理。在材料使用上,可以尽量减少易燃材料的使用,同时增加耐火材料的运用来达到防火目的。另外,良好的疏散系统是保证火灾发生之后减少人员损伤的重要保证。高层建筑的疏散系统呈垂直状态,容易导致疏散效率不高的问题出现。在消防结构设计时,可以通过设置双通道疏散,增设防烟区、耐火区、避难层等设施来增加消防能力。同时,高层结构可以通过设置相应的隔离结构来有效地控制火势蔓延,增强建筑消防安全能力。
参考文献:
1前言
随着当前城市用地紧张局势的日益加重随着当前城市用地紧张局势的日益加重,在城市建设中高层建筑越来越多高层建筑越来越多,因此,加强高层建筑结构的讨论,如何进一步提升建筑结构的整体质量一步提升建筑结构的整体质量,成为当前许多建筑企业需要认真探索的问题认真探索的问题。
2高层建筑结构设计要点
2.1加强高层建筑结构荷载设计高层建筑的荷载问题是结构设计中的重要部分高层建筑的荷载问题是结构设计中的重要部分,其好坏对建筑物结构稳定性有直接影响对建筑物结构稳定性有直接影响。因此,要加强竖向荷载和横向荷载的问题的研究横向荷载的问题的研究。对竖向荷载,建筑物高度的确定是保证建筑稳定性的关键保证建筑稳定性的关键;对于横向荷载,应尽可能控制倾覆力矩的出现矩的出现,防止建筑物结构的破坏。2.2建筑的基础方案在高层建筑结构基础设计中在高层建筑结构基础设计中,不仅要重视高层建筑的地质条件质条件、荷载分布情况及施工场地条件等问题。同时,还要考虑地基的基础问题虑地基的基础问题,因此在结构设计过程中,需要充分了掌握项目的地质勘察报告及其相关技术参数项目的地质勘察报告及其相关技术参数,为研究高层建筑的地基基础方案提高可靠数据地基基础方案提高可靠数据。2.3短肢剪力墙的设置根据相关规范及标准表面根据相关规范及标准表面,在剪力墙设置中墙截面高度与厚度之比55~8间为短肢剪力墙间为短肢剪力墙,必须严格结合项目情况,来设置短肢剪力墙设置短肢剪力墙。根据短肢墙的标准设置,尽可能在局部地区错开区错开,设置合理的壁厚,尽量避免不均匀的现象,用于高层建筑施工的方便和保证短肢结构稳定性剪力墙厚度应在22m~33m范围围,对剪力墙和长墙或柱组合部分。2.4抗震结构设计地震作用力影响地震作用力影响,对高层建筑来讲是十分关键,因此在高层建筑结构设计工作中抗震问题需引起重视层建筑结构设计工作中抗震问题需引起重视。由于建筑的高度度,使得对建筑的结构设计要有高要求,要加强建筑结构构件的优化设计的优化设计,使每个构件的结构能够在地震中发挥其作用。在高层建筑抗震结构设计中在高层建筑抗震结构设计中,基础的选择和设计工作是十分关键关键,设计好坏直接影响整体结构的质量。
3高层建筑结构设计中的具体问题
3.1挑梁裂缝问题在高层建筑中为了满足建筑功能会存在多种结构类型在高层建筑中为了满足建筑功能会存在多种结构类型。通常通常,在一些街道的办公楼、旅馆等空间较大的建筑物,主要采用底层框架剪力墙砌体结构类型来为满足经济价值的需求会设置出众多的小空间会设置出众多的小空间,因此,在上部结构主要采用多层砌体结构结构,并在下部主体采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构剪力墙结构。然而而,在高层建筑设计中,设计师一味重视立面效果,在两层以上设置的墙上设置的墙,墙上挂在梁、悬臂梁导致压力增大,容易产生裂缝缝,从而影响整体的稳定和高层建筑的质量。33.2结构计算与分析问题在建筑结构设计工作中在建筑结构设计工作中,精确的结构计算和分析是项目设计质量好坏的关键影响因素设计质量好坏的关键影响因素。(1)考虑建筑隔墙等对自振周期的影响考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。在新的规范中,增加了一个模态参与系数的概念增加了一个模态参与系数的概念,并定义了参数的限制。因为在旧的标准设计为在旧的标准设计,没有提出振型参与系数的概念,因此,必须对相位来判断和决定是否值的计算和分析结果计算结果的参数参数,调整模式的取值。(2)计算软件的选择计算软件的选择。在对建筑整体结构计算和分析过程中需要根据项目实际情况来合理选择计算软件程中需要根据项目实际情况来合理选择计算软件,并从不同计算软件中选出最科学最合理最精确的结果计算软件中选出最科学最合理最精确的结果。33.3嵌固端的设计问题在高层建筑结构设计中嵌固端的设计十分重要在高层建筑结构设计中嵌固端的设计十分重要。当前在嵌固端的设计中主要存在嵌固端的设计中主要存在:(1)嵌固端位置选择不合理嵌固端位置选择不合理。如果在高层建筑的地下室在高层建筑的地下室,高层嵌固端没有设置在刚度大的地下室顶板室顶板,而是设置在地下室上带夹层顶板上,从而留下了一些安全隐患安全隐患;(2)当嵌固端设置在局部错层的地下室顶板时当嵌固端设置在局部错层的地下室顶板时。设计师不了解标准的固定端不能打开计师不了解标准的固定端不能打开,并具有很大的实际意义的入口的入口,有可能是交错地下室屋顶的固定端没有合理理解,存在安全隐患在安全隐患。33.4轴压比与短柱的问题由于高层建筑的整体结构具有塑性特点由于高层建筑的整体结构具有塑性特点,假如柱的塑性变形能力较小变形能力较小,那么整体结构的延性就差,在遇到地震等情况时时,就无法有效的缓解地震作用力,进而导致建筑物的整体质量受到影响量受到影响。因此,高层建筑结构,为了控制柱轴压比,会选择较大的择较大的,且纵向钢柱一般是用这种方式,即使它不是高强度混凝土柱截面尺寸控制在一个较小的尺寸混凝土柱截面尺寸控制在一个较小的尺寸。此外,对于短柱,不能根据柱的长度来确定不能根据柱的长度来确定,但应根据剪跨比小于2来确定短柱柱,概念清晰,更有利于控制轴压比。
4高层建筑结构设计注意事项
4.1合理选择高层建筑结构设计方案加强选择科学合理的结构设计方案加强选择科学合理的结构设计方案,对于高层建筑的整体质量有着关键的影响体质量有着关键的影响:(1)施工单位应认真考虑实际情况和项目建设地点的程度的结构和高层建筑工程的规模和基本条件件,对施工现场进行详细的调查和测量,然后选择最科学合理的结构设计的结构设计。(2)设计过程张要严格按照相关的建筑标准和规定进行定进行,只有这样才可以有效避免制定高层建筑结构设计方案不合理的现象案不合理的现象。44.2转换层的结构布置设计在框架-剪力墙结构中剪力墙结构中,一层最好不转换层的侧孔在梁的附近附近,它不在柱上被设置在任何孔。这是为了避免剪力墙的剪力墙的增加而增加剪力墙的增加而增加,并引起应力集中现象,使转换层的墙体结构被破坏结构被破坏。如果必须设置门,最好设置在墙中间门,这可以使每个结构的一部分是力平衡使每个结构的一部分是力平衡。44.3结构的抗震设计在抗震设计过程中在抗震设计过程中,高位转换不利于建筑结构受力的稳定性定性。计算结果表明,在水平地震作用下的倾覆力矩分布曲线线,转折在转换层,第四层是剪力墙,剪力墙框架结构,由第四层增加的速度剪切下的倾覆力矩壁分布层增加的速度剪切下的倾覆力矩壁分布,和支撑框架倾覆弯矩增加少矩增加少。因此,为了保证抗震设计的稳定性,框架—剪力墙底部的抗震等级必须满足相关规定底部的抗震等级必须满足相关规定。44.4重视工程资料收集整理工作建筑结构设计的关键依据在于工程勘察资料的精确建筑结构设计的关键依据在于工程勘察资料的精确,因此此,我们要加强重视工程资料的整理和收集。通常有专人负责相关工程文件的收集责相关工程文件的收集、整理和存储;同时,制定出相应的借用用、检查制度。在项目竣工后,按照项目档案管理制度,提交有关档案的专业管理部门或机构有关档案的专业管理部门或机构,不得自行销毁。
5结语
总之,在进行建筑结构设计时,我们一定要根据项目的实际情况和当地的抗震等级进行合理设计际情况和当地的抗震等级进行合理设计,进而保障高层建筑在满足基本的建筑设计要求和抗震性能要求下在满足基本的建筑设计要求和抗震性能要求下,使得经济效益和功能作用最大化益和功能作用最大化。
参考文献:
中图分类号:TU97文献标识码: A
前言
近年来,我国建筑行业快速发展,高层建筑以其空间优势得到了较好的发展,是标志着城市经济迅速发展的里程碑。然而由于高层建筑结构复杂,且施工量大等原因,要求工程设计人员在结构设计中应准确把握设计要点,确保高层建筑结构的安全性,以及投入使用的稳定性。
一、 高层建筑结构设计要点
(一)选用适当的计算简图:结构计算是在计算简图的基础上进行的,计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生,所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点,但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
(二)正确分析计算结果:在结构设计中普遍采用计算机技术,但是由于目前软件种类繁多,不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时,由于结构实际情况与程序不相符合,或人工输入有误。或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果,因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析,慎重校核,做出合理判断。
(三)选择合理的结构方案
一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案,即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确,传力简捷,必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析,并与建筑、电、水、暖等专业充分协商,在此基础上进行结构选型,确定结构方案,必要时应进行多方案比较,择优选用,考虑各结构体系的合理性、适用性和经济性。
1、框架结构。框架结构一般用于多层及小高层结构,最大高度范围60.0m 以下(6 度设防)。框架结构的特点是,具有较大的室内空间,使用方便,但内凸的框架柱直接影响到房间的实际使用面积及家具布置。
2、框架剪力墙结构。剪力墙结构因其即能承担垂直荷载又能抵抗水平力作用,所以在高层建筑中得以广泛使用。剪力墙体系属刚性结构,其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度均比较高,有一定的延性,传力均匀、直接,抗倒塌能力强,整体性好,能见高度大于框架,是一种良好的结构体系。
3、框架-核心筒结构:以内部设置混凝土筒体,周圈设置框架,来作为抗侧力体系并承担竖向荷载的结构。(筒体其实是剪力墙的一种特殊形式)
4、筒中筒结构:以内部外部设置双重混凝土筒体,来作为抗侧力体系并承担竖向荷载的结构。 板柱-剪力墙结构:以混凝土柱和楼板(即无梁楼盖体系)组成的框架及剪力墙共同工作来作为抗侧力体系并承担竖向荷载的结构。
5、部分框支剪力墙结构:剪力墙结构的一种。其中部分剪力墙不落地,通过转换梁(也叫框支梁)把荷载传至框支柱(框架柱的一种特殊形式)。
(四)采取相应的构造措施:结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉原则”,注意构件的延性性能;加强薄弱部位;注意钢筋的锚固长度,尤其是钢筋的执行段锚固长度;考虑温度应力的影响。此外,还要注意按对称、均匀、规整原则考虑平面和立面的布置;综合考虑抗震的多道防线;尽量避免薄弱层的出现;正常使用极限状态的验算都需要概念设计做指导。
(五)地基与基础设计
高层建筑结构中基础更是极其重要的一部分,在高层项目的整个工程造价中,基础占有很大一部分,结构设计师对地基与基础设计都特别重视,高层建筑设计不同于多层建筑。其基础设计应根据工程地质条件、上部结构类型与载荷分布、相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析,先要对施工场地的地质情况和地下水水位进行了勘探,从而得出相关的数据,同时还要对高层上部结构的类型和施工条件、使用功能等进行综合的考虑,同时还要考虑到施工时对周围的建筑安全性的影响,这样才能有效的保证建筑物建成后发生倾斜或沉降。
(六)高层建筑结构平面及立面形式的选择
在结构设计时要选择合理的平面布局和结构形式,尽可能达到建筑物的三心合一,因此在设计时对平面和立面形式进行选择是十分关键的。作为高层建筑,更适宜规则、简单的对称形态。同时如果平面布置极不对称,有过多的内凹、外凸等复杂形式都会加大震害。因此在高层结构的设计中,要保证结构的抗震设计中,结构体系的选择、布置、构造措施比软件的计算结果都要精确,这样将保证结构具有良好的抗震性,从而保证结构的安全性。
(七)高层的连梁设计
在内力和位移计算时,其构件可采用弹性刚度,在处理连梁超筋或截面控制超过剪压比的首要方法是选好刚度折减系数。当连梁刚度折减后,部分楼层的连梁仍然不满足要求时,可采用内调幅,调幅不宜超过20%。
(八)提高结构重要部位的延性
结构延性是指结构吸收地震能量后的变形能力。结构延性设计是高层结构概念设计的一项重要内容。结构主要靠延性来抵抗地震作用产生的非弹性变形。在结构竖向,对于体形较简单的、刚度沿高度均匀分布的高层建筑,应着重提高底层构件的延性;对于大底盘高层建筑,应着重提高主楼与裙房顶面相衔接的楼层中构件的延性;对于不规则立面的高层建筑,应着重加强体形突变处楼层构件的延性。在结构平面位置上,应该着重提高房屋周边转角处、平面突变处和复杂平面各翼相接处构件的延性。
(九)充分考虑结构抗震性能
当前国内外抗震设计的发展趋势,是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计,结构弹塑性分析成为抗震设计的必要组成部分。在需要抗震设防的高层建筑中,尽可能不采用纯框架体系,可以采用框架一剪力墙、剪力墙或筒体结构体系,要根据我国的具体条件进一步总结对高层建筑的刚度要求,以便能够更经济合理地布置剪力墙和筒体等抗侧力构件。
筒体体系:凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系称为筒体体系,包括筒体-框架、单筒体、多束筒、筒中筒等多种形式。筒体是一种空间受力结构,分为空腹筒和实腹筒两种类型。筒体体系具有很高的刚度和强度,各构件受力比较合理,抗震、抗风能力很强,往往应用于大空间、大跨度或超高层建筑。
二、高层建筑结构方案设计中应注意的问题
(一)考虑受力性能
对于一个建筑物的最初的设计,设计师考虑更多的是它的空间组成特点,而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的,由于建筑物是由一些大而重的构件所组成,因此结构必须能将它本身的重量传至地面,结构的荷载总是向下作用于地面的,而结构设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系,所以,在建筑设计的方案阶段,就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。
(二)提倡概念设计
概念设计通常是指不经数值计算,特别是在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题时,结合整体结构体系以及分体系间的结构破坏机理、力学关系、试验现象以及工程经验等所获得的基本设计原则与设计思想,从整体的角度来确定建筑结构的总体布置以及抗震细部措施的宏观控制。采用概念性近似估算方法,可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择。所得方案一般概念清晰、定性正确,防止后期设计阶段出现不必要的繁琐运算,具有经济可靠的优点。
结语
对于高层结构设计的要点要进行深入的分析研究,重视结构计算的准确性的同时,还应结合结构方案的具体实况,对结构方案做出科学合理的选择。工程设计人员应坚持具体情况具体分析,并不断开拓思路,汲取新的技术理念,融入到实际设计中,确保高层建筑结构设计的安全、实用与美观。
参考文献
[1]宗光国.高层建筑结构设计要点分析[J].科技创新与应用,2013,(8).
[2]王作荣.谈高层建筑结构设计的要点[J].企业科技与发展,2010,(16).
[3]杨俊.高层建筑结构设计中的要点分析[J].江西建材,2014,(13).
中图分类号:TU97文献标识码: A 文章编号:
随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化, 城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要, 促使高层建筑得以快速发展。高层建筑结构设计给工程设计人员提出了更高的要求, 作为一个庞大复杂的系统,高层建筑的结构设计,一方面要满足包括抗震,抗风等在内的安全性能的要求,另一方面,也要满足高层建筑结构的科学性和合理性。
一、高层建筑结构设计的意义及依据
1.概念设计的意义
高层建筑能做到结构功能与外部条件一致,充分展现先进的设计,发挥结构的功能并取得与经济性的协调,更好地解决构造处理,用概念设计来判断计算设计的合理性。
2.概念设计的依据
高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质,设计和构造处理原则,计算程序的力学模型和功能,吸取或不断积累的实践经验。
二、高层建筑结构设计的原则
1. 选择合理的高层建筑结构计算简图
在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算,如果选择不合理的计算简图,那么就比较容易造成由于结构安发生的事故,基于此,高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时,计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中,其结构节点不单是钢节点或者饺节点,保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。
2. 选择合理的高层建筑结构基础设计
按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。综合分析高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况,考虑施工条件,相邻的建筑物的影响等各个因素,在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥,必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告,如果缺失,那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下,相同结构单元应该采用相同的类型。
3. 选择合理的高层建筑结构方案
合理的结构设计方案必须满足经济性的要求,并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确,传力简单。在相同的结构单元当中,应该选择相同结构体系,如果高层建筑处于地震区,那么应力需要平面和竖向的规则。在进行了地理条件,工程设计需求,施工条件,材料等的综合分析的基础上,并和建筑包括水,暖,电等各个专业的相协调的情况下,选择合理的结构,从而确定结构的方案。
4. 对计算结果进行准确的分析
随着科技的不断进步,计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。当前市场上存在着形形的计算软件,采用不同的软件得到的结果可能不同,所以,建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下,选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符,所以进行计算机辅助设计的时候,出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题,基于此,结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后,应该进行校核,进行合理判断,得出准确结果。
5. 高层建筑的结构设计要采用相应构造措
施高层建筑结构设计的原则是强剪切力弱弯变,强压力弱拉力,强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则,加强薄弱部位,对钢筋的执行段锚固长度给予重视,并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。
三、高层建筑结构设计问题分析
1. 高层建筑结构受力性能
对于一个建筑物的最初的方案设计,建筑师考虑更多的是它的空间组成特点,而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的,由于建筑物是由一些大而重的构件所组成,因此结构必须能将它本身的重量传至地面,结构的荷载总是向下作用于地面的,而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系,所以,在建筑设计的方案阶段,就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。
2. 高层建筑结构设计中的扭转问题
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心,在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点,即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一,在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏,应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局,尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下,高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简面形式。在某些情况下,由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制,高层建筑不可能全部采用简面形式,当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时,应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内,同时,在结构平面布置时,应尽可能使结构处于对称状态。
3. 高层建筑结构存在着超高的问题
基于高层建筑抗震的要求,我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定,针对高层建筑的超高问题,在新规范中不但把原来限制的高度规定为A级高度,并且增加了B 级高度,使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中,对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略,在施工审图时将不予通过,应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下,整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。
4. 高层建筑结构设计短肢剪力墙设置
我国建筑新规范中,短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在5~8 的墙,按照实际经验以及数据,高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用限制。所以,在高层建筑的结构设计中,必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。
5. 高层建筑结构设计嵌固端的设置
一般情况下,高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此,结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计;综合分析嵌固端上层和下层的刚度比,并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的;高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置,综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。
6. 高层建筑结构的规则性
在关于高层建筑的新规范中,对于高层建筑结构的规则性做出了很多限制,比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比,平面规则性等等,并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。”因此,为了避免后期施工设计阶段的改动,高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的限制条件。
结束语:
随着高层建筑进一步的发展,高层结构的设计越发重要起来,结构设计是一项集结构分析,数学优化方法以及计算机技术于一体的综合性技术工作,是一项对国家建设有重大意义的工作,同时,亦是一门实用性很强的工作。为了革新高层建筑,体现其魅力,追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。
参考文献:
[1]何俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨[J].价值工程,2010.2:214.
随着社会经济的进步,建筑行业也在快速发展,人们对建筑的结构设计提出了更高的要求。从发展先进的设计理念,加强先进技术的应用,加快新型的高强度轻质、环保建材等几主面进行研究,使建筑结构设计更加安全、适用、可靠和经济是建筑结构设计的发展方向。
1、高层建筑结构设计的原则
1.1 建筑结构设计往往会涉及到一些关键的理念,如:“强柱弱梁”,“强剪弱弯”等,这些设计师需要注意。结构体系是由不同的构件协调组成的,因此各构件都发挥着不同的作用,在整个建筑中有轻重之分。
1.2 在设计过程中的安全架构必须是层层设置,尤其是当灾难发生时的抵抗外力破坏将发挥有效作用。如果只是将抗风险的希望都集中寄托在建筑的某一个结构上,这是非常不稳定的。多肢墙优于单片墙,框架剪力墙好于纯框架好等等,这些都是防御层的设计思路的重要体现。
1.3 需要坚持科学建筑结构的优点互补的原则。结构过于刚性其变形能力差,如果建筑受到巨大的破坏力则,应该要承受的损害更大,常常发生局部破坏,但结构过于限制外力,但往往因为变形过大而难以正常使用。
2、高层建筑结构的特征
高层建筑结构设计专业在各专业中占有更重要的位置, 选择不同的结构体系,将直接关系到建筑立面造型,平面布局,层高,电气管道设置,施工技术要求,投资成本等。其主要特点是:
2.1 设计上的主要因素是水平力。多层和低层建筑结构,经常以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。在高层建筑中,尽管竖向荷载结构的设计上仍然重要的影响,但它在水平荷载起着决定性的作用。因为建筑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, 仅与建筑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所引起的轴力, 是与建筑高度的两次方成正比。另一方面,对目标高度的基础上,垂直载荷基本上是恒定的,作为水平方向的风载荷和地震载荷的作用,它的值随着结构动和动态具有较大的变化。
2.2 抗震设计的要求更高。高层建筑结构抗震设计,除考虑正常使用垂直荷载,风荷载,还必须使结构具有良好的抗震性能,做到轻微的地震无损坏,大地震不倒下。
2.3 减轻高层建筑自重比多层建筑更重要。从地基和桩期的承载能力来考虑,如果地基或桩基情况相同的情况下,减轻房屋自重意味着不增加基础造价和处理措施,可以多建层数,这是在软弱土层有突出的经济效益。地震效应与建筑的重量成正比,以减轻重量,从而改善结构房屋的抗震能力的有效途径。大型高层建筑的重量,不仅作用于结构的地震剪力大,还由于重心高地震作用倾覆力矩大, 对竖向构件产生很大的附加轴力, 从而造成附加弯矩更大。
2.4 轴向变形不能被忽视。使用的框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中, 框架柱的轴压应力下往往大于轴向压应力侧柱,中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时, 此种轴向变形的差异将会达到较大的数值, 其后果相当于连续梁中间支座下陷, 使中间支撑的值减小,跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
2.5 结构设计延展性。相对低层结构,高层结构更灵活,在地震作用下的变形更大。为了使建筑在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,以避免崩溃,是需要采取适当的措施,以确保该结构具有足够的延展性构建。
3、高层建筑结构设计要点
3.1 地基与基础设计
地基与基础设计已经得到结构工程师的重视,这不仅由于该阶段设计过程是好还是坏将直接影响到后期设计工作的进行,也因为整个项目成本的基础决定性因素,因此,在这个阶段,存在的问题也可能会更加严重,甚至造成不可估量的损失。高层建筑应根据整体不错的选择,以满足承载力和变形的建筑容许变形的要求,并可以调整不均匀沉降形成的基础形式。高层建筑宜设置地下室以减小地基的附加应力和沉降量, 有利于满足天然地基的承载力和上部结构的整体稳定性。此外,基础设计应注意本地的规范的重要性。
3.2 建筑结构受力性能
对于初始的建筑设计,建筑师考虑更多的建筑的空间组合,而不是详细地确定其具体的结构。建筑物底面建筑空间的形式在水平方向和垂直方向的稳定性是非常重要的,因为一些建筑物是由又大又重的组合物的组成,因此结构必须能将它本身的重量传至地面,结构的荷载总是向下作用于地面的,而在建筑设计的一个基本要求是要理清所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系,因此在建筑设计阶段的程序,必要对主要承重柱和承重墙的数量和分布的做出整体构想。
3.3 建筑结构设计中的扭转问题
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心,建筑三心尽可能汇于一点,即三心合一,这是是结构设计的要求。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中没有做到三心合一,在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏,要在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局,尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下,高层建筑扭转效果的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振动,使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简面形式。在某些情况下,由于街景与建筑空间的限制,高层建筑不可能全部采用简面形式,当需要采用不规则T形、L形、十字形等比较复杂的平面形式时,应将突出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内,同时,在结构设计布局时,最大可能使建筑状态的结构是对称的。
3.4 房屋高度、高宽超限问题
随着我国社会经济的不断发展,对建筑功能的多样化需求越来越高。再加上城市人口的不断增多、建筑用地日益紧张,高层建筑发展加快。随着结构设计新规范的提出,结构设计人员在工作中经常会遇到新问题,需不断探索与实践。
选择恰当的基础方案与结构方案
一方面,建筑的基础设计应充分考虑地质条件,对高层建筑的上部结构类型、负荷分布、施工条件以及对相邻建筑的影响等因素综合分析,并从中获得恰当的基础方案。在设计过程中,尽量发挥地基潜力,并做好地基的变形验算工作。在基础结构设计中,应出具详细的地质勘察报告,如果没有地质报告的建筑,应做好现场观察,并参考类似的建筑资料。一般情况下,同一个结构单元不能采用不同的类型。另一方面,一个合理化的结构设计,必须配备经济合理的结构方案,其中包括结构体系与结构形式等。结构体系中明确受力与传力情况,而地震区则遵循平面与竖向原则。总之,基础方案与结构方案作为高层建筑设计的重要内容,必须综合分析工程的各项设计要求、地理环境、材料供应以及施工条件等因素,做好电工、水暖、建筑等各专业的协调,并在此基础上完善结构选型,最终确定结构方案。
高层建筑结构的受力分析
对于高层建筑的最初设计方案,设计人员应充分考虑空间组合特点,而不是直接确定具体结构。建筑物的地面对整个建筑物空间的竖向与水平稳定性至关重要。由于高层建筑物主要由大且重的构件组成,结构设计需将自身重量传递到地面。由于结构的负载力始终向下作用在地表面,而高层建筑结构设计的基本要求就是明确建筑的向下作用力和地基承载力的关系。因此,在开始设计高层建筑结构方案时,必须对建筑的主要承重墙、承重柱的数量及分布进行总体规划。在高层建筑中,应确保竖向与水平的结构体系设计符合相同原理,但是随着建筑高度的增加,竖向结构体系变成设计的主要控制因素,主要由于:一是较大的垂直负载力对较大的桩体、墙体、井筒等提出了更高要求;二是高层建筑的侧向力产生了更多的倾覆力矩及剪切变形。与竖向负载力相比,侧向负载对高层建筑物的反映并不是以线性增加,而是随着建筑层数的增高而加大。因此,在高层建筑中,除了基本的抗剪力之外,还要考虑到抵抗变形和整体抗弯因素,同时认识到高层建筑的结构受力情况与低层建筑有所差异,在设计中区别对待。
提高建筑结构的关键部位延性
为了提高高层建筑的抗倒塌能力,应注重提高建筑构件的延性。但是在实际高层建筑工程中,很难完全确保延性的提升。当前最经济可行的方法就是提供建筑中关键构件的延性。在建筑的竖向结构中,如果高层建筑的底盘大,则应提高主楼和裙房顶面的衔接,以提升楼层构件延性;如果高层建筑的体形简单、刚度均匀分布,那么可重点加强建筑底层构件的延性;对于不规则的立面建筑,注重提高体形突变处的楼层构件延性。在结构的平面结构中,应注重提高建筑平面突出、转交位置,以及复杂平面的翼向连接处延性;对建筑的偏心结构来说,对于建筑拥有多道抗震防线的抗侧力构件,则要做好第一道抗震防线构件的延性处理,同时注重加强建筑周围,尤其在刚度较弱位置的构件延性。
位移的限值问题
在高层建筑结构设计的计算结果中,侧移是重要的衡量指标,可直接反映建筑结构的整体刚度,根据侧移的情况来看,可判断结构刚度的大小。结构刚度的过大或者过小,都需要设计人员重新考虑结构的选型。对于高层建筑来说,其顶点位移的限值不仅决定了数值大小,同时也与振动频率相关。一般情况下,人对建筑的振动频率大小较敏感,但是对振动幅度却很难感应到。因此,只要保证结构的摆动频率不影响人们的舒适度即可;同时应注意避免由于结构的变形过大而产生损坏,采取适当的位移,限值应保持在规定标准范围内,特殊情况下适当放松指标。
另外,由于计算方法、计算程序的不同,如果同一个结构采取不同的程序计算,那么层间位移的数值也会有所区别。其中主要原因可能是采用的软件差别,不同的软件对高层建筑的“层间位移”概念定义不同,有些是指楼层发生转动后的最大角点位移;有些是指建筑的型心位移;对于规则性的建筑来说,角点位移能更准确地反映出结构楼层位移状况,这也是结构设计人员应加强注意的问题。
计算简图和计算结果分析
一方面,高层建筑结构计算主要建立在简图计算的基础上。如果简图计算的不合理,则可能给结构安全造成威胁。因此,选择恰当的计算简图,是确保高层建筑结构安全的重要因素之一。计算简图需通过结构保障,计算简图的误差应控制在一定范围内;另一方面,加强对计算结果的科学分析。在当前高层建筑结构设计中,已经普遍应用计算机技术,但是相关计算软件还有待开发,不同软件会造成计算结果的差异。因此,设计人员在计算中还应发挥主导作用,全面掌握各种技术条件。在利用计算机进行辅助设计时,如果发现某一程序与结构的实际情况不相符,或者出现数据输入错误等问题,就需要设计人员及时分析并校核,作出合理判断,解决存在的问题,尽量减少误差。
高层建筑的抗震分析
在我国高层建筑的抗震分析与设计中,通常考三方面问题的影响作用:一是建筑物的高度问题,尤其对超高限建筑物,更要抱有谨慎态度;二是材料的选择与结构体系问题;三是轴压比和短柱的问题,往往为了控制高层建筑的轴压比,造成柱的截面过大,而此时柱的纵向钢筋确实构造配筋,影响了建筑的抗震力。
可见,高层建筑物除了承受基本的垂直荷载力之外,更重要的是承担侧向风荷载力与地震冲击力。实际上,高层建筑的结构抗侧力,随着楼层的不断增加而产生变化,所以在建筑的各层之间,极易出现薄弱层面,也就是侧面变形和应力的集中处,需要在结构设计中加强注意。在高层建筑的结构设计中,应尽量避免相邻层之间的刚度偏心距变化。例如,以我国当前的建筑抗震设计规范来看,对建筑物的抗震提出了三大标准、两阶段的设计方法。其中,第一阶段的设计,参考第一标准的地震参数,计算出高层建筑结构在弹性作用下,产生的地震效应和构件截面大小;第二阶段的设计,参考第三标准的地震参数,核算建筑结构的薄弱层,或者算薄弱层面的侧向位移与转觉
角,确保设计值小于规定值。
由上可见,随着我国社会经济生活的不断发展,高层建筑的发展也日新月异。因此,结构设计人员应不断学习并提高自身素质,充分掌握力学知识、力学规律及结构受力的变形规律等,并注重吸收其他建筑的震害教训与经验,加强对结构实验成果的深入研究,与工程实践相结合,精心做好出理念先进、技术先进、经济合理及安全可靠的高层建筑结构设计工作。
参考文献:
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随着我国城市化建设脚步不断加快,城市人口增加,规模变大,导致城市中用地越来越紧张,所以高层建筑的建设越来越站建筑中的主要地位,建筑行业的不断发展,人们对建筑质量的要求也会越来越高。尤其高层建筑,高度不同于一般建筑,所以结构设计方面的要求也比较高,结构合理是保证高层建筑质量合理的关键性因素。所以,在高层建筑设计中,不仅要保证美观,是要在保障结构合理的基础上在追求外观美。所以,要明确结构设计的要点。
1.高层建筑结构工程特点
高层建筑结构由于建筑高度特殊性导致建筑受力较特殊,所以有其独特的结构特点。高层建筑的开发可以节约土地资源,但是高层建筑的结构设计却比一般建筑要难,不仅要保证结构整体性,还要保证抗震能力。梁、板、柱、墙和基础等是构成建筑形体的力学构件和体系。所以,在结构设计中要保证它们的整体协调性,正确对构件进行选择,才是保证整个建筑质量的重要环节。
2.高层建筑结构体系
2.1框架结构体系
框架结构体系是高层建筑结构体系中的一种。它是由梁、柱构件通过节点连接构成承载结构。框架结构的特点是体系在平面的布置中比较灵活,但是其占用的空间比较大,需要较大的空间来安排。近年来,由于建筑层数的增加,建筑高度不断变高,导致框架结构所承受的弯矩和剪力也随之而增加,所以,在结构的配料上就要进行相关的改进,配料的增加导致结构自身重量增加,占用的空间更大,所以,在空间处理上会出现一系列的问题,在成本造价方面也会不经济。导致使用受限。
2.2剪力墙体系
剪力墙体系是另外一种结构体系。一般用于钢筋混凝土结构中,由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。在承受水平力的作用时,剪力墙相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。它与框架结构相比,它的特点就是刚度比较好,不易变形,空间整体性好,在钢材的使用上比较节省,成本方面比较经济,空间处理也比较容易,在抗震设计上,由于不易变形,所以能够较好地满足抗震要求。
2.3框架-剪力墙体系
框架剪力墙体系是一种综合性较强的体系结构。此种体系是把框架和剪力墙两种结构组合在一起形成的体系。房屋的竖向荷载分别由框架和剪力墙共同承担,而水平作用主要由抗侧刚度较大的剪力墙承担。框架剪力墙结构体系拥有两种结构的优点,在空间布置中,比较灵活,而且使用方便,在抗震设计上,刚度大抗震能力较强,所以这种结构在高层建筑中得到广泛的应用,能够很好的保障高层建筑的稳定性与抗震能力。
2.4筒体体系
将剪力墙在平面内围合成箱形,形成一个竖向布置的空间整体受力的框筒,这就是所谓的筒体体系。近年来由于高层建筑的高度不断的创新,建筑结构设计受到前所未有的挑战。上诉三种结构由于结构自身特点,当层数超过一定限度后,就会导致结构要求的增强,承载力,抗震能力要求更高,所以,筒体结构体系的应用越来越受到重视,它可以较好地满足高层建筑在各种受力下的要求。具有很好的抗震能力,而且较其他结构来说,经济合理,成本较低。
3.高层建筑结构设计要点
3.1防止截面钢筋超配
要保障结构的合理性就要保证结构构件质量合格。高层建筑的设计要点中,抗震能力的设计比较重要,要使高层建筑在遭遇强烈地震时具有很强的抗倒塌能力,最理想的办法是使结构中所有的构件都具有很高的延性。要提高构件的延性,适宜性比较困难的工程,在实际工程中很难完全做到这一点,但是保证构件的延性是保证高层建筑抗震能力的基础,所以,在设计中,可以根据不同类型不同高度的高层建筑进行不同的构件延性的提高。要使结构能进入弹塑性状态,并能通过结构的塑性变形吸收地震能量、抗御更高烈度的地震,就必须做到“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件”,才能使结构在进入弹塑性状态后形成合理的延性较大的屈服机制。构件的承载力大小受到配筋的影响,所以配筋的用量要适当。
3.2保证高层建筑的整体稳定性
高层建筑由于高度大,所以受风荷载的影响比较大,要保证其整体稳定性是关键。在地震发生时,如果整体稳定性差,整个建筑都可能发生倒塌。所以在设计时,要进行对整个建筑进行抗倾覆稳定性验算,使地震作用下的倾覆力矩与相应的重力荷载在基础与地基交界面上的合力作用点,不应超出力矩作用方向抗倾覆构件基础边长的 1/4。其次,建筑的高宽比也是影响建筑稳定性的因素,加大建筑物下部几层的宽度,使其满足规范高宽比的限值,从而保证上部结构的稳定。此外,稳定的基础是最重要的,要保证基础的埋设深度达到要求,埋设的深度要根据建筑高度进行相关的计算,要保证计算准确无误。每一个环节都很重要,都要严格要求,才会保障整个建筑的质量。
3.3剪力墙设计
剪力墙的合理设计也是保证整体结构合理的关键。规范规定,剪力墙在端部应设置暗柱、端柱等边缘构件。这些边缘构件的作用相当于砖混结构的约束柱,当结构的刚度较小,地震作用下层间位移和顶点位移较大时,边缘构件所起的作用也就越大,此时暗柱的截面和配筋就应加大。所以,在剪力墙设计中要注意,要根据结构要求进行尺寸与配筋的选择,不能随意进行配筋。
3.4地下室的设计
地下室对于高层建筑来说,虽不外露,但是在结构中却承担着重要责任。一般情况下,地下室外墙所承受的主要荷载为结构自重、地面活载、侧向土压力等。由于地下室有其独特的环境,结构也就不同于外部,在进行设计的时候,要综合考虑各个因素的影响,权衡成本,在保证结构合理的基础上还要保证经济。地下室结构设计中,外墙的设计比较关键。地下室外墙的受力状况与上部结构类型及平面布置有很大关系。所以在设计时,要仔细考虑分析受力特点,结合上部结构类型,以及平面布置特点,对外墙结构综合设计。例如,当上部结构为框架结构时,上部填充砌体及±0.00 楼板对地下室外墙顶端的约束程度很小,此时可假定墙体顶端为铰接。当上部结构为钢筋混凝土剪力墙结构时,剪力墙及±0.00 楼板对地下室外墙顶部的约束程度很大,此时可假定墙壁顶端为固接。这些专业性较强的结构知识都要有所考虑,所以设计者要有综合性的知识,保证结构的每一部分的合理性。
4.结语
总而言之,高层建筑是未来建筑的发展主要趋势,为了保证人民生命财产安全,保证高层建筑质量,就要保证结构设计合理规范,它是直接影响高层建筑的质量因素。为此就要求相关结构设计工作人员以及监管人员在过程中发挥作用,严格要求,对过程中出现的问题要及时总结并采取有效对策进行解决,保证结构的合理性,稳固性,保障高层建筑质量合格,达到国际化标准,为高层建筑行业的长远发展打好基础。
参考文献:
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
中图分类号:[TU208.3]文献标识码:A 文章编号:
随着高层建筑在我国的迅速发展,城市人口逐渐增加,土地资源越来越少,势必会使建筑往高空延伸,建筑类型与功能的愈来愈复杂,结构体系的更加多样化,高层建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。因此,结构工程师在高层设计中如何把握设计要点,直接影响到整体结构的安全性、经济性及合理性。
1 概念设计
概念设计是指一般不经过数值计算,根据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想,分析结构破坏机理以及日常工程实际所积累的经验,从整体角度来确定结构的总体布置和对抗震细部的宏观控制。同时,也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。其主要内容如下:
1.1 结构规则性
新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等,而且,新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此,结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意,结构设计人员对整个结构模型要有宏观的把握,进行结构布置时使刚心与质心尽量重合,减小因偏心而引起的扭转。
结构竖向布置应使体型规则、均匀,结构的刚度及承载力和传力途径没有太大的变化,避免有较大的外挑或内收,避免侧向刚度和承载力的突变而形成薄弱层。
结构延性
相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,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,有抗震设防的建筑结构设计,除要考虑正常使用的竖向荷载、风荷载以外还必须使结构具有良好的抗震性能,即实现小震不坏,中震可修,大震不倒的三水准设计。建筑结构是否具有耐震能力,是由承载力和变形能力两者共同决定的。一个结构或构件的延性用延性系数 表达,一般用其最大允许变形 p 与屈服变形 y 的比值表示,其表达式为。
钢筋混凝土是一种弹塑性材料,其结构具有塑性变形能力,当地震作用下结构达到屈服以后,利用结构塑性变形来吸收能量,增加结构的延性,不仅能减弱地震反应,而且提高了结构抗御强烈地震的能力。我们设计中所谓的强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件及强锚固,强结构底部等都是保证结构延性的具体手段。即高层结构破坏时,尽量发生吸收能量较大,塑性变形能力较强的破坏形式。把轴压比控制在一个合理的范围内,既能保证结构的延性,也能节约成本。
2 结构选型
高层结构常见的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构和筒体结构等。
2.1框架结构
框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构,即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。
但是框架结构的抗侧刚度较小,在风荷载或水平地震荷载作用下,结构的整移和层间位移都较大。随着建筑高度的增加,框架结构的经济性和安全性均存在不合理的问题,因此在使用层数上受到了限制。
2.2剪力墙结构
剪力墙结构中,墙是一平面构件,它承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外,还承担竖向压力:在轴力,弯矩,剪力的复合状态下工作,其受水平力作用下似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除需满足刚度强度要求外,还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求:墙肢必须能防止墙体发生脆性剪切破坏,因此注意尽量将剪力墙设计成延性弯曲型。
设计剪力墙时,应根据各型墙体的特点,不同的受力特征,墙体内力分布状态并结合其破坏形态,合理地考虑设计配筋和构造措施。
2.3框架一剪力培结构
当框架结构的强度和抗侧刚度满足不了要求时,往往需要在适当的位置布置一些剪力墙,通过剪力墙和框架柱共同抵抗水平荷载的作用,这种结构称为框架一剪力墙结构。这种结构既具有框架结构布置灵活、使用方便的特点,又有较大的刚度和较强的延性。
2.4筒体结构
简体结构主要包括单简体筒体一框架、筒中筒、多束筒等形式,能满足更多层数的要求,常见用于超高层结构中。简体结构具有很大的刚度和强度,受力合理,在平面布置及满足功能使用上有明显的优势。随着建筑往更多层数方向发展,这种结构形式的应用会越来越广泛。
3 埋深及嵌固端
高层建筑基础要求具有一定的埋置深度。其目的是为了保证结构的整体稳定性,减弱震害。在确定基础埋深时,应综合考虑建筑物的高度、体型、地基土以及设防烈度等因素。基础埋深一般从室外地坪算至基础底面或承台底面。《高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3-2002 ) 》(以下简称《高规》)规定基础埋深需满足以下2条规定:①天然地基或复合地基可取房屋高度的1/15;②桩基础可取房屋高度的1/18。
正确选定结构嵌固端是结构计算模式中的一个重要假定,它关系到结构某些构件内力分配的正确性、影响结构产生位移的真实性以及结构局部的经济性。当高层建筑设有地下室时,若地下室全埋于土中,地基土对地下室有明显的约束作用,则可将地下室顶板作为上部结构的嵌固端;若地下室半埋于土中或是开敞式地下室,则需计算地下室结构的侧向刚度是否大于或等于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍,当满足此条件时,则可将地下室顶板作为嵌固端。当高层建筑不设有地下室时,可将基础面作为上部结构的嵌固端,并须在纵横2个方向设基
础梁加以连接。
4 主要设计指标
在结构整体性能设计中,应对以下主要设计指标加以控制。
4.1 位移比
位移比是判断结构平面是否规则的重要依据。《高规》规定:在考虑偶然偏心影响地震作用下,A级高度高层建筑的位移比不宜大于1.2,不应大于1.5; B级高度高层建筑、混合结构、复杂高层结构的位移比不宜大于1.2,不应大于1.4。
4.2周期比
周期比为以结构扭转为主的第一自振周期T1与以平动为主的第一自振周期T1之比。限制周期比是为了控制结构的抗扭刚度不能太弱。可通过调整抗侧力结构的布置,减弱内筒的刚度,增加结构周圈构件的刚度等措施来增加结构的抗扭刚度。搞瓣规定:A级高度高层建筑的周期比不应大于0.9;B级高度高层建筑、混合结构、复杂高层结构的位移比不应大于0.85。
4.3刚度比
刚度比指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值,调整该值主要为了控制高层结构的竖向规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层。《高规》规定:高层建筑结构其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻3层侧向刚度平均值的80%。
4.4 刚重比
刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定的重要指标,是影响重力二阶效应的主要参数。通过对结构刚重比进行控制,可使高层建筑满足稳定性要求。
4.5 轴压比
轴压比指针对柱(墙)考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱(墙)的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值。它是影响墙柱抗震性能的主要因素之一,是保证竖向构件具有良好延性和耗能能力的主要指标。
5 总结
结构工程师在进行高层建筑结构设计时,应对建筑有总体的概念把握,对结构设计中的难点、关键部分要着重优化设计。面对经济性与安全性这一对矛盾,通过合理的结构优化来达到双赢,既能很好地满足安全性的要求,也能达到经济性的要求。
中图分类号:[TU208.3]文献标识码:A文章编号:
一、高层建筑结构受力特点
从本质上看,高层建筑为竖向悬臂结构。水平荷载让结构发生弯矩,而垂直荷载让结构发生的轴向力与建筑物的高度基本上是线型关系。从受力的特性来讲,垂直荷载方向是固定的,只会随着建筑物的增高而产生梁的加大,但是水平荷载能够来源于每一个方向。当是均布荷载的时候,弯矩和建筑物高度所体现出的线型关系是二次方的变化;从侧移特性来讲,竖向荷载产生的侧移相对较小,水平荷载当是均布荷载的时候,侧移高度体现出的关系是四次方变化。例如,在所有条件相同时,在风荷载作用下,建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比,而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比,地震的作用效应更加明显。在高层建筑中,问题不仅仅是抗剪,而更重要的是整体抗弯和抵抗变形。
二、正确选择合理结构体系
由于高层建筑中抗水平力成为设计的主要矛盾,因此采用何种抗侧力结构是结构设计的关键性问题。根据抗侧力结构的不同,钢筋混凝土结构可分为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构等几种结构体系,这些体系的受力特点、抵抗水平力的能力,特别是抗震性能等有所不同,因此具有不同的适用范围。
(一)框架结构体系 由梁、柱、基础构成平面框架,它是主要承重结构,各平面框架再由梁联系起来,形成空间结构体系。框架结构的优点是建筑平面布置灵活。外墙采用非承重构件,可使立面设计灵活多变。但是框架结构本身刚度不大,抗侧力能力差,水平荷载作用下会产生较大的位移,地震荷载作用下较易破坏。不高于15层宜采用框架结构,可以达到比较好的经济平衡点。 (二)剪力墙结构体系 剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。墙体同时作为维护及房间分隔构件。剪力墙间距一般为3―8m,现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好,刚度大,在水平荷载作用下侧向变形小,承载力要求容易满足,适于建造较高的高层建筑。而且其抗震性能良好,在历次的地震中,都表现了很好的抗震性能,震害较少发生,程度也很轻微。但是剪力墙结构间距不能太大,平面布置不灵活,而且不宜开过大的洞口,自重往往也较大,不是很能满足公共建筑的使用要求,而且其成本也较大。
(三)框架―剪力墙结构体系 框架―剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件,框架和剪力墙协同工作的体系。在框架一剪力墙结构中,由于剪力墙刚度大,剪力墙承担大部分水平力(有时可以达到80%~90%),是抗侧力的主体,整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载,提供较大的使用空间,同时承担少部分水平力。由于有了剪力墙,其体系比框架结构体系的刚度和承载力都大大提高了,在地震作用下层间变形减小,因而也就减小了非结构构件(隔墙和外墙)的损坏。这样无论在非地震区还是地震区,都可以用来建造较高的高层建筑。还可以把中间部分的剪力墙形成简体结构,布置在内部,外部柱子的布置就可以十分灵活;内筒采用滑模施工,的框架柱断面小、开间大、跨度大,很适合现在的建筑设计要求。
(四)筒中简结构体系 筒中筒结构体系由一个或多个简体为主抵抗水平力。通常简体结构基本形式有三种:实腹筒、框筒及桁架筒。筒体结构最主要的特点就是它的空间受力性能。不论哪一种简体,在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬壁构件,它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力,并具有良好的抗扭刚度。简中筒结构是一种抵抗较大水平力的有效结构体系,但是由于它需要密柱深梁,当采用钢筋混凝土结构时,可能延性不好,而且造价昂贵。 除了上述的几种结构体系外,还有其他一些结构体系,如薄壳、膜结构、网架等。随着时代的进步,会涌现出越来越多更好的结构体系。这就需要不断学习,从各方面考虑运用经济合理的手段到达目标。
三、选择结构类型注意要点
(一)结构的规则性 新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等,而且,新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此,结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意,以避免后期施工图设计阶段工作的被动。 (二)结构的超高在抗震规范与高规中。对结构的总高度都有严格的限制,尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外,增加了B级高度的建筑,因此。必须对结构的该项控制因素严格注意,一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。 (三)嵌固端的设置
由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此,在这个问题上,结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面,如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
四、结构计算与分析
(一)结构整体计算的软件选择
中图分类号:TU97 文献标识码:A 文章编号:
我国复杂高层及超高层建筑不断崛起,建筑企业为了提高自身企业在建筑市场中的竞争力,对复杂高层及超高层建筑结构设计也有了更高的要求。复杂高层及超高层建筑结构设计中包含了诸多设计方面及影响因素,在设计施工前要根据高层建筑规范要求及实际情况进行科学合理的设计分析,确保建筑结构设计施工的科学性合理性,从而提高复杂高层及超高层建筑的安全性能,促使建筑企业走向一个新的里程碑。
复杂高层及超高层建筑结构设计中的抗震设计分析
复杂高层及超高层建筑相对于普通建筑而言,具有一定的特殊性,复杂高层及超高层建筑结构较为繁杂,且具有一定的高度,若出现紧急情况或者是地震自然灾害等不易救援,在这种情况下在复杂高层及超高层建筑中进行抗震设计就显得尤为必要。评价一个复杂高层建筑或者是超高层建筑结构抗震设计是否合格,可以从以下两方面进行分析:
1.抗震设计时要保证其为弹性状态
复杂高层建筑及超高层建筑倘若出现地震自然灾害由于其海拔过高必然会影响到周围的建筑物,给城市带来一定高的灾害,对其进行抗震设计是防患于未然的一种措施,在抗震设计中保持其为弹性状态,能够降低地震对建筑物的损坏率。
抗震倒塌设计
在复杂高层建筑及超高层建筑结构抗震设计中,要对建筑所能承受的地震振动侵害的大小,对其最大地震振动进行计算分析,能够在一定程度上降低地震灾害的侵害程度。其次,对于地震结构设计中的延性构件进行合理设计,其非弹性变形的能力不得超过其本身的变形能力,而对于非延性构件,其承受地震自然灾害的抗压力应该大于其本身建筑所能承受的压力,不论是复杂高层建筑结构设计还是超高层建筑结构设计,都要对其构件进行合理的控制,保持抵抗地震自然灾害的弹性。
复杂高层及超高层建筑结构设计要点分析
复杂高层及超高层建筑在建筑施工中相比普通建筑而言,具有一定的难度,其工程量较大,楼层较高,所以在建筑结构设计中要遵循一定的施工要求,准确把握施工要点,这样才能提高施工质量,保证复杂高层建筑及超高层建筑的安全性及稳定性,以下笔者根据诸多建筑企业进行复杂高层及超高层建筑结构设计施工中所总结的建筑结构设计要点:
重视建筑结构概念设计,着眼整体
复杂高层及超高层建筑其施工程序较为繁杂,在对其进行施工设计时,需要全面把握其结构概念,重视复杂高层及超高层建筑结构的概念设计,要做好复杂高层及超高层建筑结构概念设计,首先,应该从建筑的规则性及均匀性着手,在实际施工中要重视建筑施工中的对称性,保证建筑整体的美观;其次,结构设计中需要多个施工人员的配合,所以在建筑结构概念设计中要注重传力途径的建设,要保证施工中有一条清晰直接的通道实现传力,在传力途径建设中主要从结构竖向传力及抗侧立传力两方面出发;再者,在建筑结构设计施工中,要把握好复杂高层及超高层建筑的整体性,它在一定意义上直接体现了建筑企业的施工水平,另外我国提倡节能减排,建筑企业要想适应这一形势,在超高层建筑结构设计施工中就要融入节能减排的理念,在建筑物内部安装节能设备。
合理选择抗侧力结构体系
抗侧力结构设计是复杂高层及超高层建筑结构设计中的重要组成部分,良好的抗侧力结构设计能够提高复杂高层及超高层建筑的安全性能,为用户提供良好的居住或办公环境,因此在建筑结构设计施工中一定要合理选择抗侧力结构体系。选择合理的抗侧力结构需要了解建筑的实际高度进行科学的分析选择,另外在整个结构设计中要尽量使抗侧力结构体系中的各构件紧密连接在一起,保证其内部构件的整体性。结合建筑实际状况对每种抗侧力结构体系进行分析,了解其在建筑结构设计中所发挥的作用,根据复杂高层及超高层建筑的不同特点及当地的地理环境从而选择正确的抗侧力结构设计方法。
注重抗震设计各个环节的把握
抗震设计是复杂高层及超高层建筑结构设计的重中之重,它直接关系着建筑整体的安全性及稳定性,是确保建筑安全的重要环节,因此在复杂高层及超高层建筑结构设计中一定要严格把控抗震设计中的各个环节,提高抗震设计各个环节的合理性与科学性。在抗震设计中对抗震材料的选择是十分重要的,它在一定程度上直接影响了抗震设计的抗震性能,选择抗震材料要根据复杂高层或者是超高层建筑的特点进行购买,针对不同的高度选择抗震性能等级不同的材料。在建筑结构抗震设计施工前,要拟定行之有效的设计方案,确定建筑结构的变形弹性,在抗震施工中对其变形弹性的把控需要符合地震预期要求,另外还需要合理控制地震作用下的层间位移,进行层位位移在一定程度上能够降低地震给建筑带来的侵害。
全面了解所要设计的建筑结构特点才能准确把握结构设计的要点,在抗震设计中要科学对建筑结构的变形及结构位移进行科学的研究分析,精确两者之间的连带关系,从而更好的进行抗震结构设计,提高复杂高层及超高层建筑的安全性能,延长复杂高层及超高层建筑的使用寿命。倘若该建筑处于地震灾害的常发地区,应该进行多方面抗震设计,提高其抗震延性,增强复杂高层及超高层建筑的抗压力,减少因地震灾害而出现建筑倒塌事件的发生。
建筑结构抗震设计的质量及方法从一定意义上来讲直接决定了其抗震能力及效果,在整个建筑结构抗震设计中,设计人员一定要按照高层抗震设计的相关规定,而后再结合超高层及复杂高层建筑所在的具置,周边环境进行分析,从而制定出符合建筑结构施工要求的抗震设计方案,以便后期施工人员抗震结构设计施工的顺利进行。抗震设计对复杂高层及超高层建筑结构设计具有重要的意义,良好的抗震性能能够降低降低地震自然灾害对建筑的侵害,确保建筑的安全,从而保证住户的人身安全。
总结
复杂高层及超高层建筑与普通建筑相比,施工难度大,注意事项较多,所以要做好复杂高层及超高层建筑结构设计,要结合复杂高层建筑或者超高层建筑所在的地理位置及特点进行全方位的结构概念设计,制定科学合理的设计方案,从而保证设计人员顺利进行结构设计施工建设,提高复杂高层及超高层建筑的结构设计水平,从而确保整个建筑的安全质量,为住户或者办公者提供良好的建筑环境。
参考文献:
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