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摘要:作为城市发展的重要标志,近年来,城市高层建筑的数量在增多,层高在增加,建筑物的结构也在变化,不仅会影响到侧移的刚度,更会影响到承载力、材料用量等。本文主要分析当前影响我国高层建筑结构设计的因素。
关键词:高层建筑;结构设计;影响因素
中图分类号:TU208文献标识码: A
引言
结构体系的选择主要是受高层建筑的层数、高度及功能的影响,在高层建筑结构设计的过程中,关键是要控制好高层建筑物的水平力,尤其是在地震频发的地区,更要加强对高层建筑水平力的控制,选型是关键。
一、高层建筑结构设计的特点
1、抗震设计的主要因素
随着国力的增长,我国抗震设计的要求在不断的提高。高层建筑混凝土构件应根据抗震设防分类、烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算和构造措施要求。
结构抗震性能设计应分析结构方案的特殊性、选适宜的结构抗震性能目标,并采取满足预期的抗震性能目标的措施。
结构抗震性能目标应综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等各项因素选定。
2、侧向位移是重要控制指标
高层建筑结构设计中,随着建筑高度的变高,侧移变形会快速增加,当然这是在水平荷载下结构的分析,这是的结构一定要保持足够的刚度及抵抗侧向力,结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在規范规定的范围内。如侧向位移会产生主体结构构件出现较大裂缝,甚至损坏现象。
3、承载力是基础要素
与低层、多层建筑相比,高层建筑需要更严格的承载力。假使地基或桩基情况不发生改变,高层建筑设计也应该减轻自身的重量。如在高层建筑的抗风设计中,应保证结构有足够承载力,必须具有足够的刚度;控制在风荷载作用下的位移值,保证有良好的居住和工作条件;外墙、窗玻璃、女儿墙及其他围护和装饰构件,必须有足够的承载力,并与主体结构有可靠的连接,防止房屋在风荷载作用下发生部分损坏的可能。例如,建筑物质量过大会导致期重心在地震中发生倾覆力,会导致建筑物结构的抗震能力减弱。
4、水平位移限值和舒适度的要求
正常使用条件下,结构的水平位移应按规范规定的风荷载、地震作用利用弹性方法进行计算。按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比应符合相应的规范要求。
楼盖结构应具有适宜的舒适度。楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz,竖向振动加速度峰值不应超过规范的相应限值。高层建筑结构罕遇地震作用下的薄弱层弹性变形验算也要满足要求。
二、高层建筑的设计原则
1、选用适当的计算简图
结构简图的选择要符合实际施工要求,因为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的发生,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。
2、选择合适的基础方案
高层建筑对地基的要求更为严格,所以选择合适的基础方案显得尤为重要。基础设计应有详尽的地质勘察报告,对一些缺少地质勘察报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。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,选择经济合理的基础方案,设计时宜最大限度地发挥地基的潜力,必要时应进行地基变形验算。
3、合理选择结构方案
合适的结构方案不仅要满足建筑使用的科学性、安全性与美观性的要求,还要考虑到经济性能、施工的便利性与复杂性。施工方案的确定是与当地社会实际紧密联系的,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。
4、正确分析计算结果
在结构设计中的数据采集与计算会产生误差,而由于计算机的使用,不同设计软件也会出现不同的计算结果。这就要求工程师系统的分析计算误差,找出在计算中不严谨的地方,尤其注意数据现场采集的严谨性与输入的准确性,避免因为人工误差和软件本身缺陷而造成的计算失误。
三、高层建筑结构设计的影响因素
1、地基与基础设计
地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面,不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行,同时,也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素,因此,在这一阶段,所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。地方性的“地基基础设计规范“能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确,所以,在进行地基基础设计时,一定要对地方规范进行深入地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。
2、高层建筑结构平面及立面形式的选择
在高层建筑结构设计中,为了避免扭转问题的发生,所以在设计时要做到建筑的几何形心、刚度中心、结构重心尽可能汇于一点,这样可以有效的减少结构发生扭转的可能。如若在结构设计中没有做到三心合一,由此就会产生扭转问题。扭转问题就是结构在水平荷载作用下发生的扭转振动效应。扭转振动效应在风载等水平荷载载荷情况下会对结构产生危害,在结构设计时要选择合理的结构形式和平面布局,从而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,更适宜简单、规则的对称形态,而过于复杂的平面形式则不适宜。同时如果平面布置不对称,有过多的外凸、内凹等复杂形式都容易造成震害。因此在高层结构的设计中,为了保证结构的安全性,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。
3、提高结构重要部位的延性
在结构竖向,对于刚度沿高度均匀分布的、体形较简单的高层建筑,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、平面突变处以及复杂平面各翼相接处构件的延性。
4、抗震设计
在高层建筑遇到地震作用时,抗震结构都会部分进入到塑性状态,为了有效的满足大震作用下结构的功能要求,有必要进行研究和计算结构的弹塑性变形能力。根据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重新的设计与准备,使结构弹塑性分析成为抗震设计的必要组成部分。我国现行抗震要求高层建筑物必须要能够有效的抗震,要用时程分析法计算弹性方法,以有效的应对地震的冲击。在进行抗震分析与设计的过程中,要考虑高度因素,因为高度往往是决定其抗震能力的关键,还要考虑其建筑设计的结构问题。只有都考虑全面了,才可以有效的提高其抗震能力,使高层建筑能够可持续发展。
结束语
总之,高层建筑是国家经济发展与技术水平的一个证明,但是也要加强对高层建筑设计的控制,要与城市的发展保持步调一致,同时还要与城市自身的发展情况相结合,做好协调,不仅满足城市经济发展的需求,更满足城市人文发展的要求。
参考文献
[1]徐涛.对高层建筑结构设计的分析[J].建材技术与应用,2010(03).
[2]胡胜利.高层建筑结构设计问题探讨[J].建设科技,2010(02).
[3]韩鹏勃.高层建筑结构设计的技术要点分析[J].建材与装饰(中旬),2012(4):119-120.
[4]柳郁.对小高层建筑结构设计若干问题的探讨[J].建筑知识:学术刊,2013(B01):57-58.
[5]万永霞.高层建筑结构设计探讨[J].科技创新与应用,2013(3):203-203.
关键词:高层建筑;结构设计;影响因素
中图分类号:TU208文献标识码: A
引言
结构体系的选择主要是受高层建筑的层数、高度及功能的影响,在高层建筑结构设计的过程中,关键是要控制好高层建筑物的水平力,尤其是在地震频发的地区,更要加强对高层建筑水平力的控制,选型是关键。
一、高层建筑结构设计的特点
1、抗震设计的主要因素
随着国力的增长,我国抗震设计的要求在不断的提高。高层建筑混凝土构件应根据抗震设防分类、烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算和构造措施要求。
结构抗震性能设计应分析结构方案的特殊性、选适宜的结构抗震性能目标,并采取满足预期的抗震性能目标的措施。
结构抗震性能目标应综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等各项因素选定。
2、侧向位移是重要控制指标
高层建筑结构设计中,随着建筑高度的变高,侧移变形会快速增加,当然这是在水平荷载下结构的分析,这是的结构一定要保持足够的刚度及抵抗侧向力,结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在規范规定的范围内。如侧向位移会产生主体结构构件出现较大裂缝,甚至损坏现象。
3、承载力是基础要素
与低层、多层建筑相比,高层建筑需要更严格的承载力。假使地基或桩基情况不发生改变,高层建筑设计也应该减轻自身的重量。如在高层建筑的抗风设计中,应保证结构有足够承载力,必须具有足够的刚度;控制在风荷载作用下的位移值,保证有良好的居住和工作条件;外墙、窗玻璃、女儿墙及其他围护和装饰构件,必须有足够的承载力,并与主体结构有可靠的连接,防止房屋在风荷载作用下发生部分损坏的可能。例如,建筑物质量过大会导致期重心在地震中发生倾覆力,会导致建筑物结构的抗震能力减弱。
4、水平位移限值和舒适度的要求
正常使用条件下,结构的水平位移应按规范规定的风荷载、地震作用利用弹性方法进行计算。按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比应符合相应的规范要求。
楼盖结构应具有适宜的舒适度。楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz,竖向振动加速度峰值不应超过规范的相应限值。高层建筑结构罕遇地震作用下的薄弱层弹性变形验算也要满足要求。
二、高层建筑的设计原则
1、选用适当的计算简图
结构简图的选择要符合实际施工要求,因为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的发生,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。
2、选择合适的基础方案
高层建筑对地基的要求更为严格,所以选择合适的基础方案显得尤为重要。基础设计应有详尽的地质勘察报告,对一些缺少地质勘察报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。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,选择经济合理的基础方案,设计时宜最大限度地发挥地基的潜力,必要时应进行地基变形验算。
3、合理选择结构方案
合适的结构方案不仅要满足建筑使用的科学性、安全性与美观性的要求,还要考虑到经济性能、施工的便利性与复杂性。施工方案的确定是与当地社会实际紧密联系的,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。
4、正确分析计算结果
在结构设计中的数据采集与计算会产生误差,而由于计算机的使用,不同设计软件也会出现不同的计算结果。这就要求工程师系统的分析计算误差,找出在计算中不严谨的地方,尤其注意数据现场采集的严谨性与输入的准确性,避免因为人工误差和软件本身缺陷而造成的计算失误。
三、高层建筑结构设计的影响因素
1、地基与基础设计
地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面,不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行,同时,也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素,因此,在这一阶段,所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。地方性的“地基基础设计规范“能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确,所以,在进行地基基础设计时,一定要对地方规范进行深入地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。
2、高层建筑结构平面及立面形式的选择
在高层建筑结构设计中,为了避免扭转问题的发生,所以在设计时要做到建筑的几何形心、刚度中心、结构重心尽可能汇于一点,这样可以有效的减少结构发生扭转的可能。如若在结构设计中没有做到三心合一,由此就会产生扭转问题。扭转问题就是结构在水平荷载作用下发生的扭转振动效应。扭转振动效应在风载等水平荷载载荷情况下会对结构产生危害,在结构设计时要选择合理的结构形式和平面布局,从而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,更适宜简单、规则的对称形态,而过于复杂的平面形式则不适宜。同时如果平面布置不对称,有过多的外凸、内凹等复杂形式都容易造成震害。因此在高层结构的设计中,为了保证结构的安全性,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。
3、提高结构重要部位的延性
在结构竖向,对于刚度沿高度均匀分布的、体形较简单的高层建筑,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、平面突变处以及复杂平面各翼相接处构件的延性。
4、抗震设计
在高层建筑遇到地震作用时,抗震结构都会部分进入到塑性状态,为了有效的满足大震作用下结构的功能要求,有必要进行研究和计算结构的弹塑性变形能力。根据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重新的设计与准备,使结构弹塑性分析成为抗震设计的必要组成部分。我国现行抗震要求高层建筑物必须要能够有效的抗震,要用时程分析法计算弹性方法,以有效的应对地震的冲击。在进行抗震分析与设计的过程中,要考虑高度因素,因为高度往往是决定其抗震能力的关键,还要考虑其建筑设计的结构问题。只有都考虑全面了,才可以有效的提高其抗震能力,使高层建筑能够可持续发展。
结束语
总之,高层建筑是国家经济发展与技术水平的一个证明,但是也要加强对高层建筑设计的控制,要与城市的发展保持步调一致,同时还要与城市自身的发展情况相结合,做好协调,不仅满足城市经济发展的需求,更满足城市人文发展的要求。
参考文献
[1]徐涛.对高层建筑结构设计的分析[J].建材技术与应用,2010(03).
[2]胡胜利.高层建筑结构设计问题探讨[J].建设科技,2010(02).
[3]韩鹏勃.高层建筑结构设计的技术要点分析[J].建材与装饰(中旬),2012(4):119-120.
[4]柳郁.对小高层建筑结构设计若干问题的探讨[J].建筑知识:学术刊,2013(B01):57-58.
[5]万永霞.高层建筑结构设计探讨[J].科技创新与应用,2013(3):203-203.