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摘要:随着国民经济的发展,城市化进程在不断加快,高层建筑已成为城市中一道靓丽的风景,高层建筑的关键在于其结构设计的好坏。直接关系着整个建筑的美观、质量等关键因素,而目前高层建筑结构设计中仍然存在一些问题需要我们解决,本文主要就高层建筑结构设计的内容、存在的问题及应对措施进行了分析研究。
关键词:高层建筑;结构设计;措施;要点
中图分类号:TU208文献标识码: A
引言
目前,我国的建筑工程规模不断发展壮大,建筑工程设计的质量和安全得到越来越多人的重视,加强我国的建筑工程设计的研究和管理,是促进我国整体建筑行业健康发展,避免因建筑结构的设计问题而导致发生建筑生产事故的前提,是当前的建筑工程中建筑结构设计的首要任务。结构设计人员在总结以往的设计经验中也应该主动探索建筑工程的建筑结构的创新设计,确保能够做到建筑结构的设计质量,对我国的建筑业的发展具有重要的经济效益和现实意义的。
一、高层建筑结构设计的特点
1、重视对待轴向变形
高层建筑中,由于竖向负荷较大的原因,可能会引起在柱中较大程度上的变形,从而对连续梁、弯矩产生比较大的影响,该影响包括两个方面:一方面是,会增大端支座负弯矩的数值或者是增大跨中正弯矩的数值,另一方面是,减小连续梁中间支座的负弯矩值。除了这两方面的影响外,还会影响预测构件的侧移和剪力,以及影响构件的下料长度,对于对构件的侧移和剪力的影响,将其和构件竖向变形相比较,就会得出较为不安全的结果;对于对预测构件下料长度的影响,可以采取根据计算轴向变形数值,然后针对性的对下料长度进行调整分配。
2、重要的高层建筑结构设计指标是结构延性
高层建筑和低层建筑的区别之一就是:在建筑结构方面,高层建筑的结构较柔和,同时也就保障在地震作用下高层建筑的变形更大。为了避免高层建筑在遭受较大冲击后,在进入高层建筑塑性变形阶段的前提下,高层建筑仍可以具有较强的变形能力,也就是避免高层建筑的倒塌,需要在高层建筑结构设计时采取恰当合理的措施,达到保障高层建筑结构具有应对较大冲击的延性。
3、高层建筑结构设计的决定性因素是水平荷载
首先,对于大多数的高层建筑楼房来说,竖向荷载基本上是定值,而水平荷载,比如地震作用和风负载,荷载值随着高层建筑结构动力特性的不同而发生较大程度上的浮动变化;其次,由于高层建筑楼房自身的重量和楼面引起的弯矩和轴力的数值,与建筑物的高度的一次方成正比,而水平荷载产生的倾覆力矩和引起的轴力与建筑物高度的二次方成正比。
二、高层建筑基础设计中注意事项
1、在高层建筑基础设计的注意事项
首先,高层建筑基础要足够的耐久,因为高层建筑基础处于地下位置,经常受潮或者是受到地下水的浸渍,所以这就要求高层建筑的基础采用的材料具有耐久性能高的特点,比如加大钢筋混凝土基础中的钢筋保护层;其次,高层建筑的基础要满足承载力,冲切等,如为筏板基础,要注意基础的厚度,合适的厚度才能保证安全的承接高层建筑上层结构传来的荷载,并且最大程度均匀的再传到高层建筑的地基上;最后,高层建筑基础方案要综合性的加以考虑,不仅要考虑高层建筑的整体高度以及相邻建筑的影响,而且还要考虑高层建筑受到冲击后是否可以达到变形稳定的要求,达到合理、经济的施工条件。
2、高层建筑结构设计中的共振问题
共振发生的条件是,建筑物的自震周期和发生地震场所的特征周期相同或比较接近,所以可以采取针对性估计建筑物发生地震场所的特征周期,然后增大高层建筑物的自震周期和建筑物发生地震场所的特征周期的差距,来达到避免发生共振的效果。
3、高层建筑结构设计中的水平移动问题
高层建筑结构设计中水平位移不应停留在仅满足于高层建筑规程的要求,还要注意对周期和地震,房屋高度不小于150米的高层混凝土建筑结构应满足风震舒适度要求等因素的综合性考虑。比如地震力的大小与结构刚度直接相关,当结构刚度小,结构并不合理时,由于地震力小则结构位移也小,位移在规范允许范围内,此时并不能认为该结构合理。因为结构周期长、地震力小并不安全。
三、高层建筑结构设计需要攻克的技术要点
1、高层建筑中的抗风结构设计
高层建筑楼由于其具有楼层多,高度高的特点,因此相较其他建筑,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。
2、高层建筑中的防火结构设计
我国相关的法律法规明确指出,高层建筑结构的消防设计必须合理化、科学化,因为高层建筑楼层多、建筑材料易燃、高层结构不利于火势的控制、当火灾发生时难以疏散、难以设计排烟系统等诸多因素,都是高层建筑中的防火结构设计需要攻克的难点。
3、高层建筑中的抗震结构设计
首先,合理布置抗侧力构件。在高层建筑设计过程中,保证水平方向的对称能够有效地降低建筑在地震过程中被破坏的几率,通过设计过程中对抗侧力构件位置的改变能够在水平方向上形成应力分布系统,同时加强竖直方向上的侧力构件结构性能能够很好地形成一套應力分布体系,进而提高结构的连续性和稳定性,有效提高抗震能力。其次,增加地基抗震能力。地震过程中,高层结构的地基容易遭到破坏,可以通过基础施工中增加桩基埋深,增加桩基和上部结构的联动性来增加基础的抗震能力。再次,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。最后,进行高层结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。另外,可以将相应的柱子、楼板进行一体化设计,有效加强整体结构的连续性和刚度,增强建筑物的抗震能力。
4、减少输入地震能量
对于现代建筑结构来说,对抗震性能提出较高要求,需要将变形能力控制在预期的地震作用之下,更好地满足变形要求。因此,在进行抗震结构设计过程中,除了关注构件承载力以外,还需要控制结构在地震作用下的层间位移极限值或者位移延性比,同时通过构件变形、结构位移等参数关系,确定最终的构件变形值。当前,国内外已经在建筑抗震结构设计方面做出诸多努力,并取得一定成果。但是由于对地震破坏的原因难以掌握,因此在建筑抗震结构设计方面仍存在一些问题有待改进,是今后继续努力发展的方向。只有树立先进的设计观念,遵循相关规范与质量标准,提高设计的科学性、合理性,必将在抗震结构性能方面取得一定进展。
结束语
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。高层建筑结构设计工程师们应该根据实际情况对结构设计方案做出相应的修改,这样才会设计出科学合理的结构方案,为高层建筑的质量奠定坚实的基础。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
[1]梁书梅,魏亚峰.浅谈高层建筑结构分析与设计[J].科技信息(科学教研),2009(22).
[2]刘蕾.高层建筑结构设计技术分析[J].黑龙江科技信息,2013.
[3]田亚珍.高层建筑结构设计研究[J].建筑和知识:学术刊,2013(B01):53-53.
[4]马宝芹,臧建.论高层建筑结构分析与设计特点[J].科技致富向导,2011(06).
[5]焦维,秦艳.高层建筑结构设计的问题探讨[J].科技致富向导,2011(27).
关键词:高层建筑;结构设计;措施;要点
中图分类号:TU208文献标识码: A
引言
目前,我国的建筑工程规模不断发展壮大,建筑工程设计的质量和安全得到越来越多人的重视,加强我国的建筑工程设计的研究和管理,是促进我国整体建筑行业健康发展,避免因建筑结构的设计问题而导致发生建筑生产事故的前提,是当前的建筑工程中建筑结构设计的首要任务。结构设计人员在总结以往的设计经验中也应该主动探索建筑工程的建筑结构的创新设计,确保能够做到建筑结构的设计质量,对我国的建筑业的发展具有重要的经济效益和现实意义的。
一、高层建筑结构设计的特点
1、重视对待轴向变形
高层建筑中,由于竖向负荷较大的原因,可能会引起在柱中较大程度上的变形,从而对连续梁、弯矩产生比较大的影响,该影响包括两个方面:一方面是,会增大端支座负弯矩的数值或者是增大跨中正弯矩的数值,另一方面是,减小连续梁中间支座的负弯矩值。除了这两方面的影响外,还会影响预测构件的侧移和剪力,以及影响构件的下料长度,对于对构件的侧移和剪力的影响,将其和构件竖向变形相比较,就会得出较为不安全的结果;对于对预测构件下料长度的影响,可以采取根据计算轴向变形数值,然后针对性的对下料长度进行调整分配。
2、重要的高层建筑结构设计指标是结构延性
高层建筑和低层建筑的区别之一就是:在建筑结构方面,高层建筑的结构较柔和,同时也就保障在地震作用下高层建筑的变形更大。为了避免高层建筑在遭受较大冲击后,在进入高层建筑塑性变形阶段的前提下,高层建筑仍可以具有较强的变形能力,也就是避免高层建筑的倒塌,需要在高层建筑结构设计时采取恰当合理的措施,达到保障高层建筑结构具有应对较大冲击的延性。
3、高层建筑结构设计的决定性因素是水平荷载
首先,对于大多数的高层建筑楼房来说,竖向荷载基本上是定值,而水平荷载,比如地震作用和风负载,荷载值随着高层建筑结构动力特性的不同而发生较大程度上的浮动变化;其次,由于高层建筑楼房自身的重量和楼面引起的弯矩和轴力的数值,与建筑物的高度的一次方成正比,而水平荷载产生的倾覆力矩和引起的轴力与建筑物高度的二次方成正比。
二、高层建筑基础设计中注意事项
1、在高层建筑基础设计的注意事项
首先,高层建筑基础要足够的耐久,因为高层建筑基础处于地下位置,经常受潮或者是受到地下水的浸渍,所以这就要求高层建筑的基础采用的材料具有耐久性能高的特点,比如加大钢筋混凝土基础中的钢筋保护层;其次,高层建筑的基础要满足承载力,冲切等,如为筏板基础,要注意基础的厚度,合适的厚度才能保证安全的承接高层建筑上层结构传来的荷载,并且最大程度均匀的再传到高层建筑的地基上;最后,高层建筑基础方案要综合性的加以考虑,不仅要考虑高层建筑的整体高度以及相邻建筑的影响,而且还要考虑高层建筑受到冲击后是否可以达到变形稳定的要求,达到合理、经济的施工条件。
2、高层建筑结构设计中的共振问题
共振发生的条件是,建筑物的自震周期和发生地震场所的特征周期相同或比较接近,所以可以采取针对性估计建筑物发生地震场所的特征周期,然后增大高层建筑物的自震周期和建筑物发生地震场所的特征周期的差距,来达到避免发生共振的效果。
3、高层建筑结构设计中的水平移动问题
高层建筑结构设计中水平位移不应停留在仅满足于高层建筑规程的要求,还要注意对周期和地震,房屋高度不小于150米的高层混凝土建筑结构应满足风震舒适度要求等因素的综合性考虑。比如地震力的大小与结构刚度直接相关,当结构刚度小,结构并不合理时,由于地震力小则结构位移也小,位移在规范允许范围内,此时并不能认为该结构合理。因为结构周期长、地震力小并不安全。
三、高层建筑结构设计需要攻克的技术要点
1、高层建筑中的抗风结构设计
高层建筑楼由于其具有楼层多,高度高的特点,因此相较其他建筑,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。
2、高层建筑中的防火结构设计
我国相关的法律法规明确指出,高层建筑结构的消防设计必须合理化、科学化,因为高层建筑楼层多、建筑材料易燃、高层结构不利于火势的控制、当火灾发生时难以疏散、难以设计排烟系统等诸多因素,都是高层建筑中的防火结构设计需要攻克的难点。
3、高层建筑中的抗震结构设计
首先,合理布置抗侧力构件。在高层建筑设计过程中,保证水平方向的对称能够有效地降低建筑在地震过程中被破坏的几率,通过设计过程中对抗侧力构件位置的改变能够在水平方向上形成应力分布系统,同时加强竖直方向上的侧力构件结构性能能够很好地形成一套應力分布体系,进而提高结构的连续性和稳定性,有效提高抗震能力。其次,增加地基抗震能力。地震过程中,高层结构的地基容易遭到破坏,可以通过基础施工中增加桩基埋深,增加桩基和上部结构的联动性来增加基础的抗震能力。再次,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。最后,进行高层结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。另外,可以将相应的柱子、楼板进行一体化设计,有效加强整体结构的连续性和刚度,增强建筑物的抗震能力。
4、减少输入地震能量
对于现代建筑结构来说,对抗震性能提出较高要求,需要将变形能力控制在预期的地震作用之下,更好地满足变形要求。因此,在进行抗震结构设计过程中,除了关注构件承载力以外,还需要控制结构在地震作用下的层间位移极限值或者位移延性比,同时通过构件变形、结构位移等参数关系,确定最终的构件变形值。当前,国内外已经在建筑抗震结构设计方面做出诸多努力,并取得一定成果。但是由于对地震破坏的原因难以掌握,因此在建筑抗震结构设计方面仍存在一些问题有待改进,是今后继续努力发展的方向。只有树立先进的设计观念,遵循相关规范与质量标准,提高设计的科学性、合理性,必将在抗震结构性能方面取得一定进展。
结束语
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。高层建筑结构设计工程师们应该根据实际情况对结构设计方案做出相应的修改,这样才会设计出科学合理的结构方案,为高层建筑的质量奠定坚实的基础。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
[1]梁书梅,魏亚峰.浅谈高层建筑结构分析与设计[J].科技信息(科学教研),2009(22).
[2]刘蕾.高层建筑结构设计技术分析[J].黑龙江科技信息,2013.
[3]田亚珍.高层建筑结构设计研究[J].建筑和知识:学术刊,2013(B01):53-53.
[4]马宝芹,臧建.论高层建筑结构分析与设计特点[J].科技致富向导,2011(06).
[5]焦维,秦艳.高层建筑结构设计的问题探讨[J].科技致富向导,2011(27).