高层建筑结构设计的要点探析

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  【摘 要】 高层建筑结构设计不同于低层建筑,由于它结构的特殊性,在结构体系选择上面就要特别注意,因为它会导致建筑平面、施工技术、施工周期等的差异。当前,在的高层建筑结构设计中,还存在诸多问题,高难度、高技术、高风险都需要大量技术工作人员去解决。因此,我们要对高层建筑结构设计的要点进行具体分析,并在设计中重点关注这些方面。
  【关键词】 高层建筑;結构设计;要点
  引言:
  最近几年来,我国城市的高层民用建筑得到了快速的发展,但是仍然存在着大量的问题。随着我国高层民用建筑结构设计理论的不断发展,我们要严格遵守高层建筑设计的原则和理念,并挑选最佳的建筑结构体系,为我国建设更好的高层建筑,促进我国建筑业的发展做出贡献。
  一、高层建筑结构的设计特点
  1、结构的延性是重要的结构设计标准,与较低矮的楼房相比,高层结构的柔度大一些,当发生地震时会发生较大的变形,为了使结构在塑性阶段具有更强的变形能力,不会倒塌,必须要在结构上采取相应的措施,使结构具有较高的延性。
  2、侧移已经成为控制的指标,与较低矮的楼房相对比,结构的侧移已经成为影响高层结构设计的关键因素。由于高度的变化,水平荷载使结构的水平侧移迅速增加,所以结构的侧移必须在控制在一定的范围之内。
  3、不能忽略轴向变形,在高层建筑设计中,竖向荷载非常之大,能够使受压柱发生较大的轴向变形,从而使连续梁的弯矩发生不同的变化,使连续梁中部支座处的受拉弯矩变小,梁端支座处的和跨中的受拉弯矩增大,还会影响预制构件的下料长度,需要对下料长度进行调整,还会对构件的侧移和剪力产生影响,会产生不安全的结果。
  4、最为重要的因素是水平荷载,楼房因为自重和楼面使用荷载在竖向构件产生的轴向应力和弯矩与高度成正比。水平荷载对结构产生的倾覆力矩和轴向应力与高度的二次方成正比。竖向荷载基本上数值的大小不会变化,而水平荷载的数值则变化范围很大。
  二、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,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、高层建筑结构选择时碰到的问题
  结构选择时要考虑规则性,之前的建筑相关文献中已经有这方面的相关规定,进来的文献条例更加详细地指明了这个特性,坚决杜绝偏离规则性的设计方案实施。由于楼层的增高,造成建筑的地基负载压力变大,于是导致了建筑的安全性能,建筑的力学分析等都发生相应的变化。所以,在高层建筑结构设计时,要考虑这些因素的协调。
  3、高层建筑结构设计短肢剪力墙问题
  短肢剪力墙是指墙肢截面的高度和厚度比为5-8的墙,按照实际经验以及数据表明:短枝剪力墙会影响高层建筑的结构安全。而且,我国建筑新规范对高层建筑结构设计,增加了短肢剪力墙的使用限制。因此在高层建筑的结构设计时要尽量少用或不用短肢剪力墙。
  三、高层建筑结构的设计要点
  在进行高层建筑结构设计时,要选用质量较好,柔韧性强的建筑材料,并且要求所选用材料自身重量较轻,这样可以减轻建筑整体本身的重量。选用合适的立体结构模型以减少建筑的风力受力面积,选用流线型的外观来减少建筑的风压系数。除此之外。我们还应注重高层建筑结构的设计要点,这些要点主要包括以下几个方面:
  1、考虑水平荷载因素
  一方面,因为楼自重和楼面荷载在竖向构建中所引起的轴力和弯矩,仅与房屋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,是与房屋高度的二次方成正比的。另一方面,对一定高度的房屋来讲,竖向荷载基本上是定值,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有较大幅度的变化。
  2、选用合适的计算简图
  在结构设计中所有的结构计算分析是在计算简图上展开的,计算简图的选择对结构的计算结果、施工方案的选择以及建筑物的结构安全有着很大的影响。理论计算与实际操作总会存在一定的误差,但是误差应该在允许范围内,不能超过最大的限度。在实际结构中,各个部位的节点不可能是纯粹的某一类节点,所以应该将这些差异充分考虑在内,进行设计。
  3、合理的控制侧移
  合理的控制结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键。随着房屋高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形会迅速增大,因此结构的水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
  4、构造措施要合理选择,保证结构延性
  合理的构造措施能够在很大程度上提高结构强度。相对于较低楼房而言,高层建筑结构会更柔一些,在地震作用下的变形也会更大一些,为了使结构在进入塑形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。因此选择构造措施应该充分考虑结构设计方案,通过对构件的延伸性能、薄弱部位、钢筋锚固等等来选择相应的构造措施。
  5、优化消防结构设计高层建筑消防结构设计
  为有效保证建筑居民的健康生命财产安全,其中设计理念主要为防,同时辅以消防应急应对,共同对建筑结构的消防结构形成一定的防护性:第一,设计合适的防火间距,设计间距应该根据相关规范要求,对建筑物之间距离进行精确计算。同时对防火结构设计要根据具体的地形条件进行设计,因地制官,同时提高防火措施实施的灵活性;第二,对建筑结构安全疏散通道进行设计,有效解决火灾发生时人员无法疏散问题,一般高层建筑的疏散通道为垂直结构,但电梯会在火灾发生时断电不能进行人群疏散,不利于疏散人群因此在设计时,应该设计多条疏散通道,保证有一定的防烟区,根据具体的地形条件,设计合理的避难场所;第三,分隔式进行设计,可有效控制烟雾以及火势蔓延,在建筑结构的设计中,应设计防火墙、防火门以及排烟设备,争取有效的疏散路线,并有效降低建筑遭受破坏程度。
  四、结束语
  总之,高层建筑有效的减轻了住房压力,随着高层建筑进一步的发展,满足高层建筑的形式、材料、力学分析模型都将日趋复杂且多元化。对建筑结构中出现的问题进行分析研究,提出科学的切实可行的解决措施对其进行有效防治,可有效保证工程质量、生命健康以及财产安全。
  参考文献:
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