高层建筑结构设计探究

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  【摘 要】 随着城市化进程的加快,我国高层建筑工程逐渐增多,其建筑结构处于不断的变化中,而且越来越复杂,同时建筑类型和功能也开始向复杂化方向发展,这就给高层建筑结构工程的设计工作带来了较大的难度。本文针对高层建筑结构展开讨论,分析了其结构设计的要点问题,希望可供相关参考。
  【关键词】 高层建筑;结构设计;要点
  前言:
  随着我国现代化建设的日益深入,建筑行业的发展也在蒸蒸日上,在数量上越来越多的情况下,如何控制好质量的问题成为建筑行业甚为关注的问题。作为高层建筑施工中的重点工作,结构设计对整个建筑质量有着直接性的影响。如何控制好其设计质量、其主要内容和涉及到的要点有哪些,下文笔者将结合自己多年来对高层建筑结构设计经验对这些问题做相关探讨。
  一、高层建筑物结构设计重点注意的问题
  (1)重点加强结构延展性设计
  由于高层建筑物高度较高,地震发生时更容易受到影响,可能出现变形、倒塌等问题,因此,结构设计方面必须加强其结构柔和度,在设计过程中需要着重对结构实施特别的工艺和方法,使结构能够发挥良好的延展性、弹性功能,这样才能有效克服地震灾害后的变形等问题。
  (2)积极重视轴向变形问题
  由于高层建筑物是在竖直方向较大,因此其所承受的竖向载荷也较大,这难免会对连续梁弯矩带来巨大负担,容易造成柱中轴向变形类似问题,可能引发跨中正弯矩与端支座负弯矩值上升,同时,也可能对侧移、构建剪力等带来不良后果,引发诸多结構不安全的问题,特别是预计的下料长度要参照轴向变形的数值范围来科学加以计算、变化和调整。
  (3)科学设计水平力
  对于高度较高、楼层数较多的高层建筑,必须将水平力设计纳入特殊考虑范围,虽然这类建筑的竖向载荷力与结构密切相关,然而,水平载荷的影响却也是不可忽视的,甚至可以说是这种影响是决定性的,这是因为水平载荷能够对结构带来某种倾覆力矩与轴向力,而且相对已经确定下来、静态的竖向载荷,水平载荷则会根据建筑物结构的变化而变化,可见水平力设计的重要性。
  二、当代高层建筑结构类型
  (1)剪力墙结构体系
  在剪力墙结构中,一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙组成竖向承重结构,剪力墙不仅仅需要承受重力荷载作用,还在承受诸多水平荷载的作用,如风、地震等水平荷载作用。剪力墙结构和框架结构相比,测向刚度大、侧移小,该结构属于刚性结构体系。从理论角度来说,剪力墙结构可以用来建造上百层的民用建筑,然而从技术经济层面来说,地震区的剪力墙一般是控制在一定层数和高度下。这种结构的缺点是间距较小,一般在3米到6米之间,因而建筑平面的布置较为死板,缺乏灵活性,使得使用受到一定的限制。
  (2)框架结构体系
  框架结构是利用梁和柱组成的纵横两个方向的框架形成的结构体系,他同时承受竖向荷载和水平荷载,其优点是建筑平面布置灵活,可形成较大建筑空间,建筑立面处理也比较方便,主要缺点是侧向刚度小,层数较多时会产生侧向位移,易引起非结构构件破坏,影响使用,在非地震区,框架结构一般不超过15层。
  (3)筒体结构体系
  筒体结构由框架-剪力墙结构与全剪力墙结构综合演变和发展来。筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。其特点是剪力墙集中而获得较大的自由分割空间,多用于写字楼建筑。
  三、高层建筑结构设计要点
  (1)做好基础设计工作
  必须严格根据高层建筑所在地的地质状况来科学优选基础设计,必须加强对高层建筑上端结构特点、荷载分布等加以分析,也要顾及周围建筑物的分布、布局特点进行实地考察与分析,在做出综合、全面、细致的分析后,最终优选出最合适的基础设计方案,这其中要明确的重点项目为:要从地基的承受力、承重潜能等方面出发,确保地基这些方面的能力得到彻底发挥,而且也要做好地基变形的检查、测算。
  (2)做好结构方案的选择
  结构方案的选择与使用直接关系到建筑物的结构质量,一个科学的结构方案具有以下方面特征:第一,能够达到高层建筑设计的结构形式、结构体系的规定标准;第二,方案的经济性、科学性、能够以最小的成本收获最优设计方案,能够明确各部分的受力情况,各部分之间力量传递相对简明,只有这样才能达到科学的设计标准。要确保在同一个结构中,使用同样的结构系统。
  (3)建筑主梁的设计
  在现代高层建筑结构设计中,主梁的设计是非常重要的。主梁作为建筑物的构件及支撑骨架,是保证建筑物稳定性与安全性的关键,因此建筑主梁一般不存在问题。主要的问题多出现在主梁处有次梁的设计方案中,因此必须要在有次梁处增加箍筋。通过在主梁有次梁处的两侧增加箍筋,以提高主梁及次梁的抗压、抗剪及抗震能力,从而提升建筑物的稳定性及安全性。
  (4)结构的刚度问题
  在对高层建筑刚度设计时,由于设计人员理念的不同,所以在设计上也存在一定的差异,这就导致结构在设计过程中存在着较大的经济指标差异。高层建筑的抗震性能受其抗侧移刚度影响较大,在土地较好岩基埋深较浅的地区,基础多以桩基为主,这样整体建筑的持力层就会落在微化的岩层当中,地基具有较好的稳定性和强度,这种情况下在对抗需刚度进行设计时就可以稍微低一些,其控制标准可以以结构极限变形能力为主。在进行结构刚度设计时,确保其在符合变形限值的情况下,结构刚度尽可能设计得要小,这样对于抗震性和减少共振的发生具有极其重要的作用。
  (5)承重墙结构的设计
  现代房屋多属矩形平面,其横向刚度往往要小于纵向刚度,这就要求必须要有足够的横墙,才能有效保证高层建筑结构的抗震性能。从地震灾害可知,房屋墙体一般都是剪切破坏。因此,在进行高层建筑设计时,必须要提高建筑的抗剪强度,以提升房屋横墙的抗震能力。以提高建筑的抗剪强度,就要求提高材料的强度等级,并相应增加横墙的轴压力,因此需要将横墙尽量成为承重与隔断相结合的墙体。当房屋建设中的房间比较大时,设有沿进深方向的梁应支撑在纵墙上,以使纵墙承重。同时,建筑楼板应沿纵向搁置,因此形成横墙承重,再加上纵墙因存在轴压力而增加其抗剪能力。   (6)抗震及连梁问题
  在进行高层建筑抗震设计的过程之中,一般情况下,高层建筑不使用单纯的框架结构体系,而是会选取框架一剪力墙、剪力墙、筒体结构等来实现对自身结构的加固,提高其抗震性能。这以上方法可以有效地提高对地震的抵抗效果,从而提高建筑结构的经济性。在框架-剪力墙结构中,设计人员可以降低连梁的刚度,折减刚度系数。如果在折减之后,建筑结构仍然无法满足设计的需要和设计要求,设计人员可以适当内调幅连梁,然而在实际调幅的过程中,还要保证调幅力度应低于20个百分点。
  (7)剪力墙的设计
  对建筑结构设計的最后一个相关问题那就是建筑结构的剪力墙的设计。通过对建筑结构的分析,我们就可以清楚的知道剪力墙的设计在建筑结构中的重要作用,所以对剪力墙的设计也是建筑结构设计中极其重要的问题。而要做到对建筑结构剪力墙的设计的合理科学应该从以下方面入手:首先,由于我国的建筑结构中的柱、短肢剪力墙和一般普通的建筑结构的剪力墙的所承载的特性不同,所以对在对剪力墙构造和设计时也应该做到有所不同。其次,要认识到不管什么的建筑结构剪力墙,在设计时应该都根据建筑工程结构的具体的设计和具体要求从构造标准出发而进行设计。最后,应该注意的是,在对剪力墙的基本设计时应该做到增大受力以及增强结构抗震等级以及增大承载能力的原则而进行灵活的设计和运用。建筑结构设计人员也只有通过上述设计标准要求,才能够真正的设计出符合我国的现代化建筑结构所需要的剪力墙。
  四、结语
  总而言之,高层建筑的结构设计是一项有着重大意义的工作,其不仅关乎着国家建筑行业的发展和国民享用的建筑的质量,而且考验着我国建筑行业专业设计人员的素质和水平。这就需要结构设计人员需要不断的强化自身技术水平的提升,具有高度的责任心,加强自身实践经验的积累,将一切影响结构设计的因素纳入考虑范围,控制不良问题出现的概率,确保高层建筑各项性能都能达到相关规范的要求,确保其具有良好的安全性和稳定性。
  参考文献:
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