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【摘 要】 随着城市化进程的加快,城市规划中对空间规划有了一定的需求,高层建筑结构已越来越成为城市建筑的重点,在结构设置过程中,高层建筑结构因较多层建筑会给施工带来较多的复杂性,因此在设计中要综合多方面的因素进行考虑,从而保证高层建筑物的结构设计稳定,以免留下设计中的安全隐患,从而保证高层建筑的安全性。
【关键词】 高层建筑;结构设计;问题
随着社会技术的不断发展和进步,高层建筑的设计理念和设计技术也在不断地更新,对其设计风格也进行了积极的探索和改变,这都将推动现代高层建筑的迅速发展。高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作,是建造建筑物的基础工,结构设计的优劣对建筑物的安全性、经济性、实用性有着重要的意义。因此工程技术人员要结合专业知识、施工技术要求、地质情况、开发商设计要求等,合理设计建筑物高度和建筑结构。
一、概述
高层建筑是社会生产的发展和人类物质生活需要的产物,是现代社会工业化、商业化和城市化的必然结果。科学技术的进步、经济的发展则为高层建筑的发展提供了坚实的物质基础。
改革开放以来,我国高层建筑如雨后春笋迅速发展。据资料统一,建设部系统国有建筑企业逐年竣工10层以上建筑,从1984年的263万㎡,猛增至1995年的1841万㎡;1995年竣工面积为1993年的2.12倍。见下表:
二、高层建筑结构设计特点
1、水平荷载成为决定性因素
高层建筑自身重量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,与建筑物高度成正比关系;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,是与建筑物高度的二次方成正比;此外,对某一定高度建筑物而言,竖向荷载大体上是定值,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而有较大幅度的变化。
2、轴向变形不容忽视
高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果。
3、侧移成为控制指标
与较低楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
4、结构延性是重要设计指标
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。
三、高层建筑结构设计原则
1、选择正确的计算简图
结构计算是在计算简图的基础上开展的,计算简图选着不当会导致结构安全的事故频繁发生,故选择正确的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应该有相应的构造措施来保证其在实际应用中的适用性。如实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点或刚结点,但与计算简图的误差必须在设计允许误差范围之内。
2、选择正确的基础方案
基础设计应根据实际工程地质条件,对上层结构类型和载荷分布,邻近建筑物影响和施工条件等等多方面因素进行综合分析,选择经济、合理的基础方案,在设计时要最大限度地发挥地基的潜力,必要时应该进行地基的变形验算。基础设计应该出具详尽的地质勘察报告,对某些缺少地质报告的建筑也应该进行现场查看以及参考邻近建筑资料。一般情况下,同一结构单元不能用两种不同的类型的基础方案。
3、正确选择结构方案
一个正确的结构方案,总的来说就是一个切实可行的结构形式及结构体系。结构体系应做到受力明确,传力简单。在同一结构单元内不宜选着不同结构体系混用,位于地震区单元应充分考虑平面和竖向规则。具体说来就是必须对工程的设计、原材料供给、周边地理环境、现有施工条件等具体情况进行综合分析,并与建筑方、电、水、暖等供应商等方面充分协商,在此基础上进行结构方案设计,确定正确的结构方案,必要时要进行多方案比较。
4、正确分析计算结果
现在结构设计中普遍采取计算机技术,但是由于目前计算软件种类繁多,不同软件又往往导致计算结果不尽相同。因此要求设计师应对计算软件的适用条件进行全面的了解。在利用计算机进行辅助设计时,由于结构实际情况和设计程序不相符合,或者由于人工输入错误又或者软件本身存在缺陷均会导致错误的计算结果,因此要求结构工程师在拿到计算机计算结果时应结合实际情况认真分析,做出正确判断。
5、采取正确的构造措施
做结构设计时始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉的原则”,同时注意构件的延性性能,增强薄弱部位受力性,注意钢筋的锚固长度、力度,特别是钢筋的执行段锚固长度;充分考虑温度应力的影响力。
四、高层建筑结构设计问题
1、抗震结構设计问题
对于高层建筑来说,在对其结构设计的过程中最为重要也是最难实施的环节就是其抗震结构的设计,因为高层建筑特点,使得其在地震发生过程中可能会存在很多不确定的因素,而在目前建筑结构设计的过程中,也没有对当地震发生时如何有效的进行避震以及其可能带来的破坏性进行足够的考虑。而如果在设计的过程中没有对高层建筑的相关抗震数据较为精确的分析,且不能够根据地震发生原理为依据进行相应的设计,则很有可能由于高层建筑抗震性能的不足而存在一定的安全隐患,从而对人们的生命财产安全造成严重的威胁。
2、抗风结构设计问题
由于高层建筑的高度特点,使得其抗风性能也是非常重要的一个环节。当对建筑结构设计的过程中,也应当对抗风设计的有效性进行考虑。通常来说,由于高层建筑自身高度很高,作为建筑物自身则同外界风之间存在一种阻隔以及扰动作用,这就使得建筑物周围的风会在一定作用之下对建筑产生一种类似于振动的效果,并使其承受相当的荷载力,从而使建筑的自身安全受到威胁,严重的还会使建筑主体结构被破坏、墙体断裂等现象的出现。
【关键词】 高层建筑;结构设计;问题
随着社会技术的不断发展和进步,高层建筑的设计理念和设计技术也在不断地更新,对其设计风格也进行了积极的探索和改变,这都将推动现代高层建筑的迅速发展。高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作,是建造建筑物的基础工,结构设计的优劣对建筑物的安全性、经济性、实用性有着重要的意义。因此工程技术人员要结合专业知识、施工技术要求、地质情况、开发商设计要求等,合理设计建筑物高度和建筑结构。
一、概述
高层建筑是社会生产的发展和人类物质生活需要的产物,是现代社会工业化、商业化和城市化的必然结果。科学技术的进步、经济的发展则为高层建筑的发展提供了坚实的物质基础。
改革开放以来,我国高层建筑如雨后春笋迅速发展。据资料统一,建设部系统国有建筑企业逐年竣工10层以上建筑,从1984年的263万㎡,猛增至1995年的1841万㎡;1995年竣工面积为1993年的2.12倍。见下表:
二、高层建筑结构设计特点
1、水平荷载成为决定性因素
高层建筑自身重量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,与建筑物高度成正比关系;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,是与建筑物高度的二次方成正比;此外,对某一定高度建筑物而言,竖向荷载大体上是定值,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而有较大幅度的变化。
2、轴向变形不容忽视
高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果。
3、侧移成为控制指标
与较低楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
4、结构延性是重要设计指标
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。
三、高层建筑结构设计原则
1、选择正确的计算简图
结构计算是在计算简图的基础上开展的,计算简图选着不当会导致结构安全的事故频繁发生,故选择正确的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应该有相应的构造措施来保证其在实际应用中的适用性。如实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点或刚结点,但与计算简图的误差必须在设计允许误差范围之内。
2、选择正确的基础方案
基础设计应根据实际工程地质条件,对上层结构类型和载荷分布,邻近建筑物影响和施工条件等等多方面因素进行综合分析,选择经济、合理的基础方案,在设计时要最大限度地发挥地基的潜力,必要时应该进行地基的变形验算。基础设计应该出具详尽的地质勘察报告,对某些缺少地质报告的建筑也应该进行现场查看以及参考邻近建筑资料。一般情况下,同一结构单元不能用两种不同的类型的基础方案。
3、正确选择结构方案
一个正确的结构方案,总的来说就是一个切实可行的结构形式及结构体系。结构体系应做到受力明确,传力简单。在同一结构单元内不宜选着不同结构体系混用,位于地震区单元应充分考虑平面和竖向规则。具体说来就是必须对工程的设计、原材料供给、周边地理环境、现有施工条件等具体情况进行综合分析,并与建筑方、电、水、暖等供应商等方面充分协商,在此基础上进行结构方案设计,确定正确的结构方案,必要时要进行多方案比较。
4、正确分析计算结果
现在结构设计中普遍采取计算机技术,但是由于目前计算软件种类繁多,不同软件又往往导致计算结果不尽相同。因此要求设计师应对计算软件的适用条件进行全面的了解。在利用计算机进行辅助设计时,由于结构实际情况和设计程序不相符合,或者由于人工输入错误又或者软件本身存在缺陷均会导致错误的计算结果,因此要求结构工程师在拿到计算机计算结果时应结合实际情况认真分析,做出正确判断。
5、采取正确的构造措施
做结构设计时始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉的原则”,同时注意构件的延性性能,增强薄弱部位受力性,注意钢筋的锚固长度、力度,特别是钢筋的执行段锚固长度;充分考虑温度应力的影响力。
四、高层建筑结构设计问题
1、抗震结構设计问题
对于高层建筑来说,在对其结构设计的过程中最为重要也是最难实施的环节就是其抗震结构的设计,因为高层建筑特点,使得其在地震发生过程中可能会存在很多不确定的因素,而在目前建筑结构设计的过程中,也没有对当地震发生时如何有效的进行避震以及其可能带来的破坏性进行足够的考虑。而如果在设计的过程中没有对高层建筑的相关抗震数据较为精确的分析,且不能够根据地震发生原理为依据进行相应的设计,则很有可能由于高层建筑抗震性能的不足而存在一定的安全隐患,从而对人们的生命财产安全造成严重的威胁。
2、抗风结构设计问题
由于高层建筑的高度特点,使得其抗风性能也是非常重要的一个环节。当对建筑结构设计的过程中,也应当对抗风设计的有效性进行考虑。通常来说,由于高层建筑自身高度很高,作为建筑物自身则同外界风之间存在一种阻隔以及扰动作用,这就使得建筑物周围的风会在一定作用之下对建筑产生一种类似于振动的效果,并使其承受相当的荷载力,从而使建筑的自身安全受到威胁,严重的还会使建筑主体结构被破坏、墙体断裂等现象的出现。