浅论高层建筑结构设计问题

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  摘要:随着社会发展中,城市发展的不断加快,使得城市能用土地不断的减少,在这种背景之下,城市发展中高层建筑已成为城市发展的主流,是城市建设过程中的主要方式。随着高层建筑在城市建设中的比例逐步增大,建筑结构设计方面的变化也在不断的增加,成为当前建筑的难点与重点。在社会发展的过程中,各种先进技术不断的应用在当前城市建设过程中,使得建筑结构出现了新的变化,高层建筑结构体系也逐步的呈现出多样化。面对如此形势,如何实现高层建筑结构设计是建筑设计的首要问题。
  关键词:高层建筑;结构;设计;探讨
  随着社会的不断发展,高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大,在各种技术的不断冲击之下,建筑结构在设计的过程中出现的问题也在不断的增加和变化中,很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。随着建筑结构的设计与功能方式愈来愈复杂,各种高层建筑的数量不断的增多和建筑体系的多样化,高层建筑中其结构设计已成为设计工作中的重点与难点。如何合理的利用建筑结构设计过程中的各种问题,提高设计质量是当前建筑设计的前提关键。
  1、高层建筑结构设计方面的原则
  1.1 选用适当的计算简结构计算式在计算简图的基础上进行的,在计算的过程在计算方案和计算方法的选择是尤为重要的,是保证结构设计安全和质量的前提基础。计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生,因此在设计的过程中首选要选择合理的设计见图来进行其安全保证计算。计算简图还应有相应的构造措施来保证。是利用先进的计算技术和管理技术对高层建筑结构进行探究与思考。
  1.2 选择合适的基础方案: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。基础设计应有详尽的地质勘察报告,对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下,同一结构单元不宜用两种不同的类型。
  1.3 合理选择构方案:一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案,也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确,传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系,地震区应力求平面和竖向规则。
  1.4 正确分析计算结果:在结构设计中普遍采用计算机技术,但是由于目前软件种类繁多,不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时,由于结构实际情况与程序不相符合,或人工输入有误,或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果,因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析,慎重校核,做出合理判断。
  1.5 采取相应的构造措施:结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”,注意构件的延性性能;加强薄弱部位;注意钢筋的锚固长度,尤其是钢筋的执行段锚固长度;考虑温度应力的影响力。
  2、高層建筑结构设计的特点
  2.1 轴向变形不容忽视:高层建筑中,竖向载荷很大,能在柱中引起较大的轴向变形,对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大;此外还会对预测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。
  2.2 结构延性是重要设计指标:相对于底层建筑而言,高层建筑的结构更柔和一些,在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑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。
  2.3 水平荷载成为决定因素:一方面,因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑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构件中引起的轴力,是与楼房高度的两次方成正比;另一方面,对某一定高度楼房来说,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变化。
  3、高层建筑结构的相关问题分析
  3.1 结构的超高问题:在抗震规范和高规范中,对结构的总高度有着严格的限制,尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为A级高度以为,增加了B级高度,处理措施与设计方法都有较大改变。在实际工程设计中,出现过由于结构类型的变更而忽略该问题,导致施工图审查时未予通过,必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况,对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
  3.2 短肢剪力墙的设置问题:在新规范中,对墙肢截面高厚比为5~8的墙定义为短肢剪力墙,且根据实验数据和实际经验,对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制,因此,在高层建筑设计中,结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙,以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
  3.3 嵌固端的设置问题:由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此,在这个问题上,结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面,如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
  3.4 结构的规则性问题:新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等,而且,新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此,结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意,以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
  4、结语
  近年来,随着我国社会经济的不断发展,我国城市建设也在不断地变化,各种高层建筑成为城市建筑中的主要因素和主流。为了能够在城市建设的过程中合理的利用各种有限的资源,高层建筑成为城市发展的主要因素,但是从高层建筑发展中的各种设计手法和手段来看,在当前的建筑设计中各种问题和缺陷还是不断出现。在高层建筑结构设计中,结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确和计算方式的正确是影响架构建设过程中各种方案因素的前提,通过选择各种有效的设计手法结合当前实际情况对键鼠结构设计中存在的各种问题进行分析与解决,是实现高层建筑合理有序发展的其他和基础。
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