高層建筑結(jié)構(gòu)特征范文
時(shí)間:2023-12-15 17:29:04
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篇1
關(guān)鍵詞:高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);選型分析;功能;建筑質(zhì)量;分析
中圖分類號(hào):[TU208.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
在進(jìn)行建筑工程的施工設(shè)計(jì)中,高層建筑工程施工項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),與一般的地層建筑施工項(xiàng)目和多層建筑施工項(xiàng)目,在建筑工程項(xiàng)目的施工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,沒有太大的區(qū)別。但是,在進(jìn)行高層建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)中,要將常規(guī)的啊建筑工程項(xiàng)目豎向或者是水平結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)情況,轉(zhuǎn)化為高層建筑的豎向或者是水平方向的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),首先需要將常規(guī)建筑工程的豎向結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成為較大的建筑柱體以及墻體、井筒,其次,在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向力作用下傾覆力矩以及變形剪力作用的設(shè)計(jì)中,要比常規(guī)建筑的的作用力大很多??傊?,進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及選型過程中,與低層建筑工程相比,對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及選型要求更加嚴(yán)格,只有在保證高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選型質(zhì)量基礎(chǔ)上,才能實(shí)現(xiàn)對于高層建筑工程項(xiàng)目的施工設(shè)計(jì)以及安全質(zhì)量等進(jìn)行保證。
1、高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)類型分析
1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)選型的影響因素
高層建筑是一個(gè)個(gè)單體, 它的可統(tǒng)計(jì)性差, 影響因素多, 影響因素之間的相互作用大, 從信息角度看,它的不確定及不確知的信息多,同時(shí)其綜合性也很強(qiáng),表現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)方案不僅僅取決于力學(xué)分析,而是應(yīng)該綜合考慮到環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、安全、適用等多種因素。對于千差萬別的建筑方案,除了對建筑美學(xué)等的考慮外,影響高層建筑結(jié)構(gòu)選型的主要因素可歸納為:
(1) 環(huán)境條件。主要包括設(shè)防烈度、場地條件、基本風(fēng)壓等。
(2)建筑方案特征。主要包括方案建筑的高度、高寬比、長寬比以及建筑體型,其中建筑體型包括平面體型和立體體型。平面體型是由平面規(guī)則性、平面對稱性、平面質(zhì)量和剛度偏心等組成, 立體體型是由結(jié)構(gòu)高寬比、立面收進(jìn)體型、塔樓和層間剛度等組成。
(3)建筑使用功能要求。高層建筑的使用功能大體上可分為住宅、辦公樓、旅館和綜合樓等。某種功能的建筑可能只有某幾種結(jié)構(gòu)型式和它相匹配。比如高層住宅, 由于其使用空間較小, 分隔墻體較多,且各層的平面布置基本相同,因此這種功能的建筑就比較適合采用剪力墻或框架剪力墻結(jié)構(gòu)。
(4)施工工期要求。高層建筑由于投資巨大, 結(jié)構(gòu)施工周期的縮短, 可以使整個(gè)建筑更早地投入使用,取得經(jīng)營收入,同時(shí)還可以縮短貸款建設(shè)的還貸時(shí)間,從而減少還貸利息。
(5)材料供應(yīng)狀況。
(6)設(shè)計(jì)、施工水平。
(7)結(jié)構(gòu)抗災(zāi)水平和可維護(hù)性。
1.2 高層建筑的結(jié)構(gòu)類型分析
眾所周知, 與低矮建筑不同, 在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵控制因素,如何在滿足相關(guān)要求的前提下選擇更好的抗側(cè)力體系成了結(jié)構(gòu)工程師們追求的重大目標(biāo)。另外, 高層建筑的層數(shù)多、自重大; 同時(shí),巨大的結(jié)構(gòu)水平荷載又在豎向構(gòu)件中引起較大的軸力、彎矩、水平剪力。為使豎向構(gòu)件的結(jié)構(gòu)面積不致過大,要求結(jié)構(gòu)材料具有較高的抗壓、抗彎和抗剪強(qiáng)度。當(dāng)高層建筑處于地震區(qū)時(shí),對結(jié)構(gòu)材料還會(huì)有延性的要求。
高層建筑工程中,比較常見的結(jié)構(gòu)體系類型主要有框架建筑結(jié)構(gòu)體系以及剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架剪力墻的建筑結(jié)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)體系等。在實(shí)際施工建設(shè)應(yīng)用中,不同的建筑結(jié)構(gòu)體系具有不同的特征優(yōu)勢,在建筑施工中的具體應(yīng)用也會(huì)有不同。而從高層建筑工程的施工使用材料上來講,高層建筑結(jié)構(gòu)類型主要有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土兩種,其中,鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)類型,它的特點(diǎn)是強(qiáng)度高,并且韌性大,在建筑施工應(yīng)用中容易加工操作。對于高層建筑結(jié)構(gòu)工程來講,鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑,它的結(jié)構(gòu)斷面小、并且自重輕,抗震效果也比較好,在高層建筑施工應(yīng)用中,鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工工期也相對比較短,施工操作方便。但是,由于鋼結(jié)構(gòu)類型的特征優(yōu)勢,以及在建筑結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用越來越多,導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)材料的造價(jià)成本也隨之增高,從而對于建筑工程的整體施工成本有很大的影響。此外,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于自身的特征優(yōu)勢,在建筑施工中的應(yīng)用也比較廣泛。結(jié)合這兩種不同結(jié)構(gòu)類型各自的特征優(yōu)勢,在高層建筑結(jié)構(gòu)施工中,經(jīng)常會(huì)將鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種類型,進(jìn)行混合施工應(yīng)用,以突出各自的應(yīng)用優(yōu)勢,并進(jìn)行互補(bǔ),保證建筑工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
2、高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
根據(jù)上述高層建筑的結(jié)構(gòu)特征、結(jié)構(gòu)類型以及在實(shí)際施工中的應(yīng)用情況,在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)注意從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮分析。首先,是高層建筑結(jié)構(gòu)的水平荷載對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的決定性影響作用。進(jìn)行建筑工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,都需要對于建筑結(jié)構(gòu)所承受的垂直荷載、水平荷載以及抗震能力等進(jìn)行計(jì)算分析,并進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用。對于高層建筑工程來講,在進(jìn)行建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,雖然需要對于建筑結(jié)構(gòu)的垂直荷載情況進(jìn)行分析考慮,但是,對于整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)來講,產(chǎn)生決定性影響作用的荷載作用力,主要是來自于水平方向上的荷載承重作用,這也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)分析考慮的因素,主要是由于高層建筑的樓層高度影響作用。
其次,在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,還需要對于建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向作用力影響下的側(cè)向位移進(jìn)行分析考慮。對于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來講,側(cè)向位移情況是進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要控制指標(biāo)因素。在高層建筑工程中,隨著建筑樓層的增加,水平荷載作用影響下,建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向作用力也會(huì)增加,從而對于高層建筑結(jié)構(gòu)影響形成的側(cè)向位移變化就比較大,因此,對于高層建筑結(jié)構(gòu)的影響作用就比較明顯。為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量,保證建筑工程的結(jié)構(gòu)安全,在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,需要對于建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)更高,以能夠承受側(cè)向荷載變化影響。
最后,在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,還需要結(jié)合高層建筑的樓層結(jié)構(gòu)高度情況,滿足建筑結(jié)構(gòu)對于延性的要求標(biāo)準(zhǔn),使建筑結(jié)構(gòu)的柔性設(shè)計(jì)更加合理,以保證在地震作用下,建筑結(jié)構(gòu)的承載作用,保證建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和安全。
3、高層建筑的結(jié)構(gòu)選型分析
在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的選型應(yīng)用過程中,應(yīng)注意從建筑結(jié)構(gòu)體系類型與建筑工程施工之間的相互關(guān)系,以及建筑結(jié)構(gòu)的抗震要求等方面,對于高層建筑的結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行分析。首先,在建筑工程施工過程中,不同的建筑施工工藝,對于建筑工程的施工材料消耗使用以及建筑勞動(dòng)力使用情況、建筑施工工期、建筑施工成本造價(jià)等都有不同的影響作用。而對于建筑工程來講,建筑工程的結(jié)構(gòu)類型不同,施工中具體的工藝流程也會(huì)有不同,因此,在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)類型的選型應(yīng)用中,應(yīng)注意結(jié)合建筑施工的具體要求情況,選擇合適的結(jié)構(gòu)體系類型進(jìn)行施工應(yīng)用。其次,建筑工程的結(jié)構(gòu)抗震要求也是進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)類型的施工選擇應(yīng)用中,需要進(jìn)行分析考慮的重要因素,在建筑結(jié)構(gòu)類型選擇中,應(yīng)注意結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)抗震選擇原則進(jìn)行選型應(yīng)用。
篇2
關(guān)鍵詞:高層建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);對策
1高層建筑結(jié)構(gòu)的特征
高層建筑結(jié)構(gòu)不但承受較大的垂直方向的荷載,同時(shí)也承受較大的水平方向的荷載,如風(fēng)荷載和地震作用。一般情況下,低層建筑結(jié)構(gòu)受到水平方向上的影響比較小,然而在高層建筑中,水平荷載作用則往往比較大,外界地震的作用和外界風(fēng)產(chǎn)生的水平方向的荷載的影響是主要的影響因素。隨著建筑物高度的增加,高層建筑的位移增加較快,但是高層建筑過大的側(cè)移不但影響人的舒適度,同時(shí)使得建筑物的使用受到影響,并且容易損壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件?;诖耍谠O(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí),首先控制側(cè)移在規(guī)定的范圍之內(nèi),所以,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心是抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則
2.1選擇合理的結(jié)構(gòu)方案。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案必須滿足安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求,并且要滿足結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系的要求。結(jié)構(gòu)體系的要求是受力明確,傳力簡單。在相同的結(jié)構(gòu)單元當(dāng)中,應(yīng)該選擇相同結(jié)構(gòu)體系,如果高層建筑處于地震區(qū),那么盡量選用平面和豎向規(guī)則的結(jié)構(gòu)方案。另外,應(yīng)在綜合考慮地理?xiàng)l件,工程使用需求,施工條件,材料等因素的基礎(chǔ)上,并和建筑包括水,暖,電等各個(gè)專業(yè)的相協(xié)調(diào)的情況下,選擇合理的結(jié)構(gòu),從而確定結(jié)構(gòu)的方案。
2.2選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖 在計(jì)算簡圖基礎(chǔ)上進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算,如果選擇不合理的計(jì)算簡圖,就比較容易造成由于結(jié)構(gòu)不安全或造成不必要的浪費(fèi)。基于此,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全合理保證的前提是合理的計(jì)算簡圖的選擇。同時(shí),在設(shè)計(jì)中應(yīng)該采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施,保證計(jì)算簡圖的誤差在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi),確保結(jié)構(gòu)的安全。
2.3選擇合理的高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 按照高層建筑地質(zhì)條件進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的選擇。綜合分析高層建筑上部的結(jié)構(gòu)類型與荷載分布情況,考慮施工條件,相鄰的建筑物的影響等各個(gè)因素,在此基礎(chǔ)上選擇科學(xué)合理的基礎(chǔ)方案。基礎(chǔ)方案的選擇應(yīng)該使得地基的潛力得到最大程度的發(fā)揮,必要的時(shí)候要求進(jìn)行地基變形的檢驗(yàn)。高層建筑設(shè)計(jì)要有詳細(xì)的地質(zhì)勘查報(bào)告,如果缺失,那么應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場勘查并參考相鄰建筑物的有關(guān)資料。一般情況下,相同結(jié)構(gòu)單元應(yīng)該采用相同的類型。
2.4對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的分析 隨著科技的不斷進(jìn)步,計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中。當(dāng)前市場上存在著形形的計(jì)算軟件,采用不同的軟件得到的結(jié)果可能不同,所以,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在全面了解的軟件使用的范圍和條件的前提下,選擇合適的軟件進(jìn)行計(jì)算,對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)應(yīng)采用兩種以上的不同的結(jié)構(gòu)軟件計(jì)算,并進(jìn)行對比分析,按最不利的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.5高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要采用相應(yīng)構(gòu)造措施。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則是強(qiáng)剪弱彎,強(qiáng)柱弱梁。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中把握上述原則,加強(qiáng)薄弱部位,對鋼筋的執(zhí)行段錨固長度給予重視,并且要重點(diǎn)考慮構(gòu)件延性的性能和溫度應(yīng)力對構(gòu)件的影響。
3高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選型
3.1建筑的結(jié)構(gòu)在抵抗來自于水平方向和豎直方向的荷載時(shí)構(gòu)件的組成形式和傳力的路徑就是高層建筑的結(jié)構(gòu)體系。通過包括墻,柱等的豎向構(gòu)件和樓蓋等水平構(gòu)件將豎向荷載傳遞到基礎(chǔ),利用抗側(cè)力體系將水平荷載傳遞到基礎(chǔ)。
3.2根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)的材料將高層建筑的結(jié)構(gòu)體系分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系,鋼結(jié)構(gòu)體系,鋼–混凝土混合結(jié)構(gòu)體系以及鋼–混凝土組合結(jié)構(gòu)體系。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系被廣泛的應(yīng)用在各類的工程結(jié)構(gòu)中,具有混凝土和鋼筋兩種材料的協(xié)同受力性能特征,造價(jià)低廉,耐久耐火,成本低,整體性能優(yōu)良,但存在著自重大,延性差,施工慢等缺點(diǎn);鋼結(jié)構(gòu)體系的強(qiáng)度高,抗震性能比較好,施工方便,跨度大,用途多,但是存在著費(fèi)用高,防火性能差,施工復(fù)雜等不足;鋼–混凝土混合結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋混凝土構(gòu)件和鋼構(gòu)件的長處,不但增加了鋼構(gòu)件的材料強(qiáng)度,同時(shí)具有較高的抗震性能,成本低廉,然而這兩種材料構(gòu)件的連接技術(shù)還存在著不足;鋼–混凝土組合結(jié)構(gòu)具有承載能力高,抗震性能強(qiáng),比鋼結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)良的耐火性,施工速度快,但是存在著節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造比較復(fù)雜的缺點(diǎn),一般被用于小偏心受壓構(gòu)件。
3.3根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可以將高層建筑結(jié)構(gòu)分為框架結(jié)構(gòu)體系,剪力墻結(jié)構(gòu)體系,框架–剪力墻結(jié)構(gòu)等體系。利用柱,梁等結(jié)構(gòu)體系作為高層建筑豎向承重的結(jié)構(gòu),并且承受水平荷載,這種結(jié)構(gòu)側(cè)向位移大,框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力大,適于60m高度以下的建筑;通過高層建筑的墻體當(dāng)做抵抗側(cè)力和豎向承重的結(jié)構(gòu)體系,就是剪力墻結(jié)構(gòu)體系。這種剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度大,整體性能好,不易受水平力作用發(fā)生變形,適應(yīng)于高層建筑,但是由于剪力墻的間距小,使得平面的布置不靈活,因此,在公共建筑中不宜使用;利用框架和剪力墻組合的而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)形式就是框架–剪力墻結(jié)構(gòu)體系,這種結(jié)構(gòu)形式不但具有實(shí)用性強(qiáng),布局靈活的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)承受水平負(fù)載的能力更高,在高層建筑中被廣泛使用。在框架–剪力墻結(jié)構(gòu)體系中,需要注意考慮剪力墻的位置,設(shè)計(jì)合理的剪力墻的數(shù)量,以及滿足框架的設(shè)計(jì)要求。
4高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析及對策
4.1高層建筑結(jié)構(gòu)存在著超高的問題 基于高層建筑抗震的要求,我國的建筑規(guī)范對高層建筑的結(jié)構(gòu)的高度有嚴(yán)格的規(guī)定,針對高層建筑的超高問題,在新規(guī)范中不但把原來限制的高度規(guī)定為A級(jí)高度,并且增加了B 級(jí)高度,使得高層建筑結(jié)構(gòu)處理設(shè)計(jì)方法和措施都有了改進(jìn)。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,對于建筑結(jié)構(gòu)類型的改變對高層超高問題的忽略,在施工審圖時(shí)將不予通過,應(yīng)該重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或者進(jìn)行專家會(huì)議的論證等。在這種情況下,整個(gè)建筑工程的造價(jià)和工期都會(huì)受到極大的影響。
4.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)短肢剪力墻設(shè)置 我國建筑新規(guī)范中,短肢剪力墻是指墻肢的截面厚度不大于300mm,且高度和厚度比在5~8 的墻,按照實(shí)際經(jīng)驗(yàn)以及數(shù)據(jù),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中增加了對短肢剪力墻的使用限制。所以,在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,必須盡可能的減少或者避免使用短肢剪力墻。
4.3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)嵌固端的設(shè)置 一般情況下,高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設(shè)置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此,結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮嵌固端設(shè)置會(huì)可能帶來的問題??紤]嵌固端的樓板的設(shè)計(jì);綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比,并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級(jí)是一致的;高層建筑的整體計(jì)算時(shí)充分考慮嵌固端的設(shè)置,綜合分析嵌固端位置和高層建筑結(jié)構(gòu)抗震縫隙設(shè)置的協(xié)調(diào)。
4.4高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性 在關(guān)于高層建筑的新規(guī)范中,對于高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性做出了很多限制,比如規(guī)定了結(jié)構(gòu)嵌固端上層和下層的剛度比,平面規(guī)則性等等,并且硬性規(guī)定了 “高層建筑不能采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案?!币虼?,為了避免后期施工設(shè)計(jì)階段的改動(dòng),高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵循規(guī)范的限制條件。
結(jié)束語:
高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)工作,對于建筑的設(shè)計(jì)有著非常重要的作用和意義。隨著我國高層建筑的不斷發(fā)展,高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求越來越高,充分了解高層建筑的結(jié)構(gòu)特性和高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則至關(guān)重要。本文分析了高層建筑的結(jié)構(gòu)特性,高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選型問題,并重點(diǎn)分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及對策,可以為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。
參考文獻(xiàn):
篇3
關(guān)鍵詞: 高層建筑 建筑 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 問題措施
中圖分類號(hào):TU97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
一、高層建筑規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)
1.高層建筑總體規(guī)劃設(shè)計(jì)
依據(jù)城市上位規(guī)劃布局要求,高層建筑基地所在區(qū)域一般為城市重要節(jié)點(diǎn)位置。高層建筑因其豎向體量巨大,標(biāo)識(shí)性強(qiáng),所處區(qū)位特殊,總體規(guī)劃設(shè)計(jì)階段需要認(rèn)真推敲高層建筑與周邊建筑的關(guān)系:高層建筑應(yīng)減少對其周邊城市道路交通影響,高層建筑應(yīng)減少對周邊建筑的日照影響,高層建筑應(yīng)與周邊建筑共同構(gòu)成的良好的城市空間。高層建筑總體規(guī)劃設(shè)計(jì)目標(biāo)是要將其作為創(chuàng)造特征明顯的城市空間界面和城市天際線的重要組成部分。
高層建筑功能較復(fù)雜,至少由兩種及以上使用功能組成,因此高層建筑總平面布局時(shí)應(yīng)結(jié)合基地周邊道路環(huán)境合理設(shè)置不同功能的人流、車流交通流線,盡量避免相互交叉。高層建筑人流、車流的設(shè)計(jì)引導(dǎo)更不應(yīng)該影響地塊周邊的現(xiàn)狀交通狀況。同時(shí),高層建筑總平面布局應(yīng)充分考慮消防疏散,解決好大量人流集散問題。
2.高層建筑建筑單體設(shè)計(jì)
高層建筑單體設(shè)計(jì)應(yīng)考慮城市街道尺度和城市空間界面、城市天際線的相關(guān)要求。具體來講,在城市街道尺度方面,高層建筑裙房部分設(shè)計(jì)應(yīng)采用符合人體尺度的建筑語言,采用富有質(zhì)感的建筑材料,以增強(qiáng)高層建筑的親和力,從而弱化高層建筑高大體量帶給城市街道的壓迫感,使高層建筑與周邊環(huán)境相融合。高層建筑主體宜采用簡潔的線條和建筑語言,營造挺拔的高層建筑主體形態(tài),加強(qiáng)其作為城市空間節(jié)點(diǎn)的特征。同時(shí)簡潔的線條和建筑語匯有利于高層建筑結(jié)構(gòu)、節(jié)能等方面的設(shè)計(jì)。
高層建筑因其豎向體量巨大,垂直交通需求量大,由垂直交通帶來的能耗巨大,因此,高層建筑單體設(shè)計(jì)還應(yīng)充分考慮各項(xiàng)綠色建筑措施的應(yīng)用。目前,雨水收集、中水回用、太陽能、風(fēng)能轉(zhuǎn)化設(shè)施、屋頂綠化、垂直綠化、通風(fēng)表皮等綠色建筑措施在許多高層建筑實(shí)踐中已經(jīng)運(yùn)用。綠色建筑措施的巧妙運(yùn)用同時(shí)也豐富了高層建筑的外立面造型。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1. 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則
科學(xué)合理進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上,要考慮到建筑結(jié)構(gòu)的體系與形式兩個(gè)因素對于設(shè)計(jì)的滿足與否,且要做到資金與施工資源的利用率的最大化,來做出最為合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。傳力的簡單與受力上的明確,表明了建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本要求!在建筑結(jié)構(gòu)單元相同時(shí),務(wù)必要選取相同的建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。且在選取最佳建筑結(jié)構(gòu)的方案時(shí),要更加考慮到施工的材料"條件"設(shè)計(jì)需求與施工的地理?xiàng)l件等因素的綜合分析。
科學(xué)合理進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。每一個(gè)高層建筑所出的地理環(huán)境與毗鄰建筑的影響都是各不相同的,這就要求在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要做到綜合分析!除此之外,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理與否對于建筑結(jié)構(gòu)的荷載"上部結(jié)構(gòu)類型都有著決定性的重要影響,尤其是在高層建筑的設(shè)計(jì)上更要考慮建筑荷載的分布方面。同時(shí)鄰近建筑的影響也不能忽略,只有對建筑自身因素與外部環(huán)境因素的綜合考量與分析研究才能做出最合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì),從而使建筑物更加實(shí)用"安全。
科學(xué)合理進(jìn)行簡圖設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性是以建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的正確計(jì)算為基礎(chǔ)的結(jié)果,這也就產(chǎn)生了計(jì)算簡圖。計(jì)算簡圖的合理性與否,對于建筑物的整體安全都有著直接性的影響!因此為了加強(qiáng)計(jì)算簡圖對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑物的整體安全的所充分保障,采用對應(yīng)的構(gòu)造措施是十分必要的。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐當(dāng)中,節(jié)點(diǎn)問題的存在就要求極端誤差應(yīng)當(dāng)盡量降低,要把建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖的誤差控制在一定的范圍內(nèi),從而更進(jìn)一步的提升計(jì)算簡圖的精確性,進(jìn)而也是對整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
3.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在問題的應(yīng)對策略
3.1建筑結(jié)構(gòu)中規(guī)范性問題的解決措施
近年來,國家對于建筑施工與居住的安全性問題越來越重視。也相應(yīng)地對于高層建筑的施工與設(shè)計(jì)也作出了更多的要求與規(guī)范。其一是加強(qiáng)對高層建筑施工工程中安全隱患的排查與防控工作。其二是頒布了最新的建筑施工規(guī)范,明確指出高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須采用符合規(guī)范的結(jié)構(gòu)建筑方案,在實(shí)際的高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中,務(wù)必遵照新規(guī)范的要求進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),從而避免施工與居住安全隱患的發(fā)生。
3.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過高問題的解決措施
高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)當(dāng)中往往存在著高度過高的問題,建筑施工單位以為的追求經(jīng)濟(jì)效益的最大化,私自在原本的建筑結(jié)構(gòu)之上增高建筑高度。我國在地理分布上看,處于地震頻發(fā)區(qū)的城市較少,且各地的地址與地貌狀況也不盡相同,這也就對于在實(shí)際高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到地震影響因素!高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對于樓層的過高設(shè)計(jì),對于建筑物本身的抗震性將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,從而造成嚴(yán)重的安全隱患,危害房屋使用者的安全。因此,國家相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對于高層建筑高度的監(jiān)督檢查,在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的審核審查層面要做到詳盡嚴(yán)格,審核通過才能進(jìn)行下一步的建筑施工,避免施工單位在審查通過后私自增加建筑物的高度,這樣既影響了施工的進(jìn)度,也造成了施工資金的過渡浪費(fèi)。
3.3短肢剪力墻設(shè)置的解決措施
依照我國對于建筑行業(yè)的新規(guī)范,對于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新增加了對于短肢剪力墻的使用規(guī)范!規(guī)定指出在使用短肢剪力墻時(shí),要做到合理規(guī)范使用,而且要通過科學(xué)性的調(diào)查研究,進(jìn)行科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3.4嵌固端設(shè)置的解決措施
在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體計(jì)算方面,嵌固端的設(shè)置是一個(gè)重要環(huán)節(jié),要依據(jù)對于造成問題的多方面因素的綜合分析,做到對于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性與嵌固端位置設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì); 另一方面,還要考慮高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中嵌固端樓板的位置。依據(jù)多層面的綜合考量與分析,對嵌固端設(shè)置做出最佳與最優(yōu)設(shè)計(jì),從而避免在高層建筑施工的過程中與使用當(dāng)中出現(xiàn)的安全隱患,保證施工的順利完成與安全使用。
4.結(jié)束語
筆者通過對高層建筑規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題分析和研究,做了相應(yīng)的應(yīng)對措施。通過本文的闡述,我們也了解到在高層建筑設(shè)計(jì)的過程中,設(shè)計(jì)工作者要對于高層建筑規(guī)劃建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特征與相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則做到了解熟知與遵守,做到對于在高層建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中可能出現(xiàn)的各種問題的全方面考慮,且能在設(shè)計(jì)當(dāng)中進(jìn)行有效的避免,從而確保設(shè)計(jì)建筑的安全性與實(shí)用性的前提下,充分提高設(shè)計(jì)的合理性。這對于高層建筑建筑設(shè)計(jì)工作者本身的規(guī)劃建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力有著綜合提高作用,同時(shí)也對于高層建筑設(shè)計(jì)和施工的順利完成以及我國建筑行業(yè)的健康發(fā)展都有著促進(jìn)作用。
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篇4
[關(guān)鍵詞]超高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
[中圖分類號(hào)]F407.9 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158(2013)06-0252-01
前言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步,高層建筑已經(jīng)無法滿足社會(huì)發(fā)展的需求,超高層建筑就逐漸出現(xiàn)在人們的視線中,并且大范圍的擴(kuò)展,在我國的各個(gè)城市的角落,都能看到超高層的建筑。超高層建筑之所以發(fā)展的如此的迅速,有兩個(gè)方面的原因,一是由于城市的發(fā)展的需要,需要超高層建筑作為城市的形象,另一個(gè)最主要的原因,還是由于土地資源的緊張,從而不斷的研究建筑物的高度緩解土地短缺的壓力。因此,本文重點(diǎn)介紹了有關(guān)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)的問題。下面就對超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行具體的分析。
1 超高層建筑與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的區(qū)別分析
首先,在建筑物高度的設(shè)計(jì)上,一般超高層建筑的高度超過100m到幾百米之間,而高層建筑的高度一般在100m之內(nèi)。超高層建筑物的結(jié)構(gòu)類型比高層建筑物的結(jié)構(gòu)類型要多。超高層建筑物的平面形狀一般為方形,而高層建筑物的平面形狀的選擇比較多。超高層建筑物的基礎(chǔ)形式一般為等厚板筏基和箱基,而沒有高層建筑物所用的梁板筏基。超高層建筑物一般不采用復(fù)合地基,而高層建筑基本上采用的是復(fù)合地基。在對超高層建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候如果建筑物超過200m需要滿足在風(fēng)荷作用下的舒適度的相關(guān)要求,而對高層建筑物的設(shè)計(jì)一般不考慮上述的因素。
2 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要考慮的因素分析
在進(jìn)行超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對于結(jié)構(gòu)類型的選擇需要充分的考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件及其對抗震目標(biāo)的設(shè)定等。對于地質(zhì)的條件,在擬建筑基地需要具備能夠采用天然地基的條件,并且具有抗震設(shè)防烈度較低的特點(diǎn)。因此,在建筑結(jié)構(gòu)上,可以優(yōu)先的考慮鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)。如果在地震高發(fā)區(qū)應(yīng)該優(yōu)先考慮鋼結(jié)構(gòu)及其混合結(jié)構(gòu)。對于抗震方面的考慮主要是要確定抗震性能的目標(biāo)。要求超高層建筑物的豎向構(gòu)件承載力需要達(dá)到在中震的時(shí)候能夠不被破壞,在這樣情況下,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)很難達(dá)到抗震的目標(biāo),因此,需要鋼結(jié)構(gòu)或者混合結(jié)構(gòu);另外對于結(jié)構(gòu)類型的選擇上,需要充分的考慮經(jīng)濟(jì)條件。在一般的工程建筑中,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)類型造價(jià)比較低,全鋼的結(jié)構(gòu)類型是最貴的,因此,應(yīng)根據(jù)超高層建筑物的經(jīng)濟(jì)上的條件進(jìn)行合理的選擇?,F(xiàn)在超高層建筑結(jié)構(gòu)多采用鋼筋混凝土柱、鋼筋混凝土核心筒這種混合型的結(jié)構(gòu)。因其這種混合結(jié)構(gòu)與全鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)要便宜,與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剛度要好,因此,被廣泛的應(yīng)用與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。
3 超高層建筑結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
在超高層建筑物,一般有多層地下室,超高層建筑物基礎(chǔ)埋置的深度需要滿足穩(wěn)定性的要求。而對于一些地區(qū)的基巖埋藏較淺的特點(diǎn),無法建構(gòu)多層的地下室,需要設(shè)置嵌巖錨桿進(jìn)而滿足穩(wěn)定性的要求。超高層建筑物的地基基礎(chǔ)的形式需要根據(jù)建筑場地工程地質(zhì)的條件,在滿足其穩(wěn)定性的要求的情況下,還需要滿足其沉降和變形設(shè)計(jì)的要求。當(dāng)超高層建筑物的基底砌置在黏性土層或者海沉積的土層的時(shí)候,而這種土層的地基承載力不能夠滿足變形設(shè)計(jì)的時(shí)候,需要應(yīng)用合理的用樁基方案。當(dāng)超高層建筑物在40層以上的時(shí)候,而基底砌置在厚度較大的卵石層的時(shí)候,這種基底的承載力特征值以及壓縮模量都比較高,因此,需要考慮天然地基的方案。如果基底砌置在中風(fēng)化以及微風(fēng)化基巖上的時(shí)候,都需要采用天然地基的方法。
3.1 天然地基基礎(chǔ)
在卵石層或者微風(fēng)化基巖上的地基都需要天然地基的方法。但是其基礎(chǔ)的形式是不同的,當(dāng)基底是卵石層的時(shí)候,一般采用等厚板筏形的基礎(chǔ)。等厚板筏基在板厚的要求上,應(yīng)該具有非常大的剛度,從而使基底的壓力能夠均勻的分布,從而減小外框以及內(nèi)筒的沉降變形,在設(shè)計(jì)時(shí),等厚板筏基的板厚取外框以及內(nèi)筒之間的跨度應(yīng)該保持在四分之一左右。超高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對于基底砌置在微風(fēng)化的基巖上,這種基巖承載力的特征值是比較高。因此,外框柱應(yīng)該采用立基礎(chǔ),內(nèi)筒應(yīng)該采用條形基礎(chǔ)或者等厚板筏形的基礎(chǔ)。并且,由于微風(fēng)化基巖的剛度非常的大,在荷載作用下沉降以及變形比較微小,因此,在地下室的底板厚應(yīng)該按照構(gòu)造的設(shè)置以及按照巖石裂隙水有關(guān)的水浮力進(jìn)行計(jì)算。在基巖上獨(dú)立柱的基礎(chǔ),通常情況下,為了使施工不破壞基巖達(dá)到整體性的效果,一般采用人工挖孔樁的方式進(jìn)行開挖。
3.2 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
對于超高層建筑物樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),主要考慮樁基底承受的壓力比較大,從而要求單樁豎向能夠承載很高的壓力。因此,我們在對超高層建筑物的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的時(shí)候一般采用大直徑鉆孔灌注樁以及采用大直徑人工挖孔擴(kuò)底灌注樁。對于選擇樁端持力層上,最主要的是應(yīng)該充分的考慮層厚較大以及密實(shí)的卵石層或者微風(fēng)化基巖,從而減少樁端的沉降和變形。在對超高層建筑物樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要的原則是,應(yīng)該集中布于柱下及墻下。如果在進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的時(shí)候采用的是端承樁或者摩擦端承樁,因?yàn)閱螛敦Q向的承載力特征值比較高,因此,需要的樁數(shù)比較少,可以布于柱下以及墻下。如果對樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)采用的是端承摩擦樁或者摩擦樁,因?yàn)閱螛敦Q向承載力的特征值比較低,因此需要整個(gè)基底都采用滿布樁才能夠滿足其穩(wěn)定性和不變形的要求。對于上述所探討了不同的布樁形式,樁承臺(tái)板的厚度上是不同的,滿布樁于柱下以及墻下承臺(tái)厚度需要沖切進(jìn)行確定。并且超高層建筑物的地下室底板的厚度可以小于外框和以及筒承臺(tái)的厚度。對于滿布樁承臺(tái)的厚度需要和天然地基基礎(chǔ)的等厚板筏基的要求一樣,承臺(tái)板應(yīng)該具有很大的剛度,從而以便基底承臺(tái)樁能夠承受相當(dāng)大的壓力。由此可見,一般承臺(tái)板的厚度并不是由沖切所決定的。有關(guān)滿布樁等厚板承臺(tái)內(nèi)力方面的計(jì)算,可以根據(jù)單樁豎向的承載力及其平均反力進(jìn)行計(jì)算,這樣計(jì)算出來的結(jié)果比較符合工程受力的實(shí)際情況。另外,對于鉆孔灌注成孔的方法,在以往,一般采用的反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行施工,但是現(xiàn)在對于樁長一般采用的是旋挖鉆機(jī),其施工的速度比較快,尤其是樁端沉渣厚度很小,進(jìn)而能夠確保鉆孔樁的施工質(zhì)量。這種鉆機(jī)在實(shí)際的工程實(shí)施中,凡是有條件的都應(yīng)該優(yōu)先采用這種鉆機(jī)。
4 結(jié)束語
本文對超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)方面的研究與探討,通過了解超高層建筑與高層建筑在實(shí)際的設(shè)計(jì)中的區(qū)別,從而能夠更加的清楚在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該針對于高程建筑設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)。通過分析在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的需要考慮的因素,進(jìn)一步了解了超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該把握哪些重點(diǎn)的問題。并且具體的分析了超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì),全面了解其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。通過本文的分析,能夠?yàn)槿蘸蟮某邔咏ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一些理論性的參考價(jià)值,進(jìn)一步促進(jìn)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠更加的科學(xué)和合理。
參考文獻(xiàn)
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篇5
【關(guān)鍵詞】抗震理念;高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)用
引言
一、抗震理念設(shè)計(jì)的理論概述
(一)抗震理念設(shè)計(jì)的概念
抗震理念設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想,進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)總體布置,并確定細(xì)部構(gòu)造的過程,概念設(shè)計(jì)指的是在不經(jīng)過計(jì)算的基礎(chǔ)上,由工程師基于設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)和施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì),并對當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)概念進(jìn)行評估,從而評估出符合抗震需求的設(shè)計(jì)方案。它包括分析、綜合和評價(jià)三個(gè)步驟。
(二)抗震理念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程,人們對地震時(shí)的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)存在局限,再加上材料性能和施工安裝的變易性、模擬地震波的模糊性等因素的影響,進(jìn)一步增加了高層建筑結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性,因此,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該重視抗震概念設(shè)計(jì)。在依據(jù)數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上增加實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)元素,有時(shí)甚至比分析計(jì)算更重要,抗震設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用,可以很好地滿足能居民對建筑物安全性能的實(shí)際需要。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震概念設(shè)計(jì)的利用必須引起高層建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)師的廣泛重視,使其嚴(yán)格遵守抗震概念設(shè)計(jì)中的相關(guān)規(guī)定,擺脫傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中只重視計(jì)算結(jié)果的誤區(qū),按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算原則,再結(jié)合地區(qū)的抗震規(guī)范,最終保證高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能,保障居民的人身財(cái)產(chǎn)安全。
(三)抗震理念設(shè)計(jì)的基本原則
1、結(jié)構(gòu)的整體性
在高層建筑結(jié)構(gòu)中,樓蓋的整體性對高層建筑結(jié)構(gòu)的整體性作用非常重要,相當(dāng)于水平隔板,具有聚集和傳遞慣性力至各個(gè)豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)的作用,因此,這些子結(jié)構(gòu)必須具備很強(qiáng)的抗震能力。當(dāng)豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)分布不均勻、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜以及抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)的水平變形特征存在差異時(shí),整個(gè)高層建筑就依靠樓蓋使抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)同工作。
2、結(jié)構(gòu)的簡單性
結(jié)構(gòu)的簡單性指的是結(jié)構(gòu)在地震作用下具有明確、直接的傳力途徑。在高層建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定“結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該有明確的計(jì)算簡圖與合理的地震作用傳遞途徑”,只有結(jié)構(gòu)簡單,才能對結(jié)構(gòu)的位移、內(nèi)力以及模型進(jìn)行準(zhǔn)確分析,把握高層建筑抗震的薄弱環(huán)節(jié),及時(shí)采取相應(yīng)的措施,避免其出現(xiàn)。
3、結(jié)構(gòu)的剛度
在地震作用下,結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力大小是雙向的,確定結(jié)構(gòu)的剛度,然后合理的布置結(jié)構(gòu),能夠抵抗任意方向上的地震作用。通常狀況下,地結(jié)構(gòu)沿著平面上兩個(gè)主軸方向都應(yīng)該具有足夠的剛度與抗震能力,不僅僅要控制結(jié)構(gòu)變形,還要盡可能降低地震作用對高層建筑結(jié)構(gòu)的沖擊。避免結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形時(shí)產(chǎn)生重力二階效應(yīng),導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失衡而被破壞,進(jìn)而導(dǎo)致高層建筑的抗震性大打折扣。
4、結(jié)構(gòu)的規(guī)則性與均勻性
高層建筑的豎向和立面的剖面布置應(yīng)該規(guī)則,結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的變化應(yīng)該均勻,以免傳力途徑、側(cè)向剛度以及抗側(cè)力結(jié)構(gòu)承載力的突變,防止結(jié)構(gòu)在豎向上的某一樓或少數(shù)樓層之間出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。
二、抗震理念在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
(一)抗震理念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)體系上的應(yīng)用
高層建筑抗震結(jié)構(gòu)體系是抗震概念設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,抗震概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)體系上的應(yīng)用,應(yīng)依據(jù)高層建筑物的高度以及抗震等級(jí)選擇合適的抗側(cè)力體系,通過概念近似計(jì)算,確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的可行性以及主要構(gòu)件的基本尺寸。為了保證建筑抗震概念設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與安全性,應(yīng)該注意以下三個(gè)方面:其一,選擇建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí),對部分結(jié)構(gòu)或者部分構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整體建筑結(jié)構(gòu)體系喪失對抗震能力或者重力荷載的承載能力堅(jiān)持抗震設(shè)計(jì)原則中的贅余度功能和內(nèi)力重分配功能;其二,選擇建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí),不僅應(yīng)該要求建筑體系的受力明確、傳力合理以及傳力路線,還應(yīng)有合理的地震作用傳遞途徑和明確的計(jì)算簡圖,符合不間斷的抗震分析;其三,鑒于結(jié)構(gòu)體系的變形能力取決于組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和連接的延性水平,延性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo),提高延性水平,可以通過采用豎向和水平向混凝土構(gòu)件來實(shí)現(xiàn),增強(qiáng)對砌體結(jié)構(gòu)的約束,即使地震中,配筋砌體開裂也不會(huì)倒塌或散落,保證高層建筑不至于喪失的重力荷載能力。
(二)抗震理念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的應(yīng)用
高層建筑抗震的實(shí)現(xiàn)需要各個(gè)構(gòu)件的支撐,因此,抗震結(jié)構(gòu)體系中的各個(gè)構(gòu)件都必須具有一定的剛度與強(qiáng)度,并且還應(yīng)該具有可靠的連接性。高層建筑的結(jié)構(gòu)體系是一個(gè)多層次超靜定結(jié)構(gòu),因此其抗震結(jié)構(gòu)也應(yīng)該設(shè)置多道抗震防線,這樣在地震作用下,即使一部分構(gòu)件先被破壞,剩余的構(gòu)件依然具備支撐的作用,形成獨(dú)立的抗震結(jié)構(gòu),承受地震力與豎向荷載。因此,合理地預(yù)見高層建筑結(jié)構(gòu)先屈服或者破壞的位置,適當(dāng)調(diào)整構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系,形成多道抗震防線,實(shí)現(xiàn)對高層建筑結(jié)構(gòu)體系的合理控制,是結(jié)構(gòu)抗震耗能的有效措施之一,更是建筑抗震結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。
總結(jié)
高層建筑具有層數(shù)多、體量大、工期長等特點(diǎn),因此,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜,抗震理念的應(yīng)用更是加大了設(shè)計(jì)的難度,作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成部分,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)合理科學(xué),可以有效提高高層建筑的抗震性。因此,相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該熟練掌握設(shè)計(jì)的相關(guān)概念和知識(shí),靈活運(yùn)用抗震概念設(shè)計(jì),全面考慮各項(xiàng)因素,保證高層建筑工程的質(zhì)量和安全系數(shù),盡量為我國設(shè)計(jì)出更多的精品建筑。
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篇6
【關(guān)鍵詞】高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);創(chuàng)新
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅是現(xiàn)代高層建筑發(fā)揮其重要城市功能的重要保障,還是保證高層建筑安全性和牢固性,甚至于傳遞設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念和美學(xué)思想的重要設(shè)計(jì)。高層建筑由于其特殊性,對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性具有特別高的要求,在當(dāng)前我國高層建筑建設(shè)迅速發(fā)展時(shí)期,對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新進(jìn)行研究,具有重要的實(shí)踐指導(dǎo)意義。
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述
城市的建設(shè)是人類現(xiàn)代文明的重要表現(xiàn),高層建筑作為城市發(fā)展建筑成熟階段的產(chǎn)物,更是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)的重要代表。當(dāng)前,高層建筑的功能和建筑結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新,現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展也要求高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從單一的性能要求為主轉(zhuǎn)向?yàn)橄蚬?jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和安全為主的綜合性指標(biāo)。尤其是現(xiàn)代城市建設(shè)對高層建筑提出了新的要求,高層建筑如何在到達(dá)基本的性能要求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對形式美觀、節(jié)能環(huán)保和使用安全等方面的發(fā)展,是當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新需要解決的重要問題。因此,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代高層建筑發(fā)展的基礎(chǔ),通過設(shè)計(jì)師與建筑師的合作,促進(jìn)現(xiàn)代高層建筑的創(chuàng)新發(fā)展。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析
1、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)
抗震性能是對現(xiàn)代高層建筑的重要要求,是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。當(dāng)前我國高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的難點(diǎn)主要表現(xiàn)在:高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜,對地震與建筑結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系和后果難以預(yù)測;高層建筑的設(shè)計(jì)人員對建筑所在地區(qū)地震的特征沒有全面的認(rèn)識(shí)和了解,抗震設(shè)計(jì)方案缺乏靈活性;高層建筑的抗震等級(jí)計(jì)算不精確,對抗震結(jié)構(gòu)的綜合因素考慮不足;我國高層建筑的發(fā)展尚處于初級(jí)階段,對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)不足。
2、高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)
高層建筑由于其高度超出一般性的建筑,風(fēng)力對其安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響也隨著高層建筑的高度而增加。當(dāng)高層建筑周圍的出現(xiàn)風(fēng)力的變化或者空氣的流動(dòng)效應(yīng)時(shí),會(huì)對高層建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生靜力或者動(dòng)力的作用,特別在遇到較大的風(fēng)力等天氣變化時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)力,對高層建筑的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的荷載,危害較大。高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計(jì)不合格,會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力破壞高層建筑的結(jié)構(gòu)或者是導(dǎo)致高層建筑的墻體出現(xiàn)破裂甚至損壞,因此,抗風(fēng)設(shè)計(jì)是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)之一。
3、高層建筑結(jié)構(gòu)消防安全設(shè)計(jì)
近年來,高層建筑的消防安全設(shè)計(jì)日益受到社會(huì)的普遍關(guān)注,當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)消防設(shè)計(jì)存在的主要問題包括高層建筑使用的材料種類較多,一些易燃性的材料造成消防安全隱患;高層建筑的空間限制,導(dǎo)致高層建筑在面對火災(zāi)等危害時(shí)的疏散問題難以解決,疏散時(shí)間長;高層建筑頂端的風(fēng)力較大,一旦起火容易迅速的蔓延;高層建筑的消防設(shè)備和排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)較難,發(fā)生火災(zāi)時(shí)難以進(jìn)行地面撲救和及時(shí)的排煙,造成很大安全隱患。
三、現(xiàn)代高層建筑設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新研究
1、高層建筑的平面結(jié)構(gòu)形狀和結(jié)構(gòu)布置
高層建筑的結(jié)構(gòu)平面形狀和布置選擇,需要遵循以下幾點(diǎn):建筑結(jié)構(gòu)平面遵循簡單、對稱和平面的原則,減少由于不規(guī)則所帶來的扭曲變形問題;選擇板式的平面結(jié)構(gòu)時(shí),因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的寬度較小、長度較大,短邊方向產(chǎn)生的抗側(cè)移剛度不足,長度較大導(dǎo)致建筑在受到風(fēng)力或者地震等荷載的作用下,容易產(chǎn)生樓板翹曲或者結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題;選擇塔式的平面結(jié)構(gòu)時(shí),建筑的長寬基本一致,可選擇的形式有圓形、多邊形、三角形和井字形等。塔式結(jié)構(gòu)長寬兩個(gè)方向的抗側(cè)移剛度大體一致,建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)較小,是高層和超高層建筑采用較多的平面形狀。
2、高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新
高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)可以通過基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、減震設(shè)計(jì)等措施進(jìn)行?;A(chǔ)設(shè)計(jì)既是上文所述的地下室埋深的設(shè)計(jì),此外還包含有對基礎(chǔ)形式的選擇,常見的基礎(chǔ)形式包含有柱下獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、鋼筋混凝土筏形基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)等,需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。減震系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是用來吸收高層建筑所受到的風(fēng)力荷載,其時(shí)要措施是,在高層建筑的頂端非承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),采用梁柱、樓板、耗能支撐或者剪力墻等結(jié)構(gòu),減少風(fēng)力對建筑物產(chǎn)生的荷載;采用阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力的吸收,較為典型的為臺(tái)北101高層建筑所采用的阻尼設(shè)計(jì),減震效果較好。
3、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)創(chuàng)新
高層建筑的抗震設(shè)計(jì)需要做好以下四點(diǎn):一是優(yōu)化抗側(cè)力構(gòu)建設(shè)計(jì),抗側(cè)力構(gòu)件是保證高層建筑受到地震作用時(shí)平面對稱狀態(tài)的關(guān)鍵,因此,根據(jù)高層建筑所處地區(qū)的地震特性,對抗側(cè)力構(gòu)建設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)范,通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)等設(shè)計(jì)抗側(cè)力構(gòu)建的位置,以實(shí)現(xiàn)較好的承載力分布體系,加強(qiáng)對高層建筑垂直方向的的抗側(cè)力設(shè)計(jì),提高構(gòu)建剛性強(qiáng)度,保證承載體系的穩(wěn)定性和連續(xù)性。二是進(jìn)行地基的抗震優(yōu)化,地基沉降是地震時(shí)對高層建筑產(chǎn)生巨大破壞的關(guān)鍵原因,做好地基的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì),需要增加基礎(chǔ)的埋深設(shè)計(jì)和形式選擇設(shè)計(jì),注意基礎(chǔ)與建筑上部結(jié)構(gòu)的重心一直和關(guān)聯(lián)性,對平面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)行分割設(shè)計(jì)解決上部建筑物由于結(jié)構(gòu)形狀所帶來的差異性。三是剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì),主要通過對剪力墻的剛度進(jìn)行加強(qiáng)以滿足對建筑水平方向位移的有效控制。四是建筑結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì),一般通過簡單化設(shè)計(jì)和對稱設(shè)計(jì),保證其剛性和穩(wěn)定性,利用扶墻的的優(yōu)化設(shè)計(jì),加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)底部的防震等級(jí),達(dá)到一級(jí)或者二級(jí)防震的要求。
4、高層建筑結(jié)構(gòu)消防設(shè)計(jì)創(chuàng)新
高層建筑消防是保證業(yè)主生命和財(cái)產(chǎn)安全的重要措施,是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮的問題。創(chuàng)新高層建筑的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),需要通過控制防火結(jié)構(gòu)件的距離、加強(qiáng)消防疏散設(shè)計(jì)和增加消防分隔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。首先,是控制防火結(jié)構(gòu)間距,建筑由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和火災(zāi)承載能力的不同,需要對防火結(jié)構(gòu)間距進(jìn)行實(shí)際的計(jì)算,此外,還要減少可燃材料的使用和優(yōu)化排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)防火性能的提高。其次,優(yōu)化對高層建筑疏散系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。人員疏散一直以來是高層建筑防火設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問題,因?yàn)槠涑蚀怪睜顟B(tài)的疏散系統(tǒng)導(dǎo)致疏散時(shí)間過長,煙霧向上流動(dòng)的問題也對疏散造成很大的困難。對其進(jìn)行優(yōu)化,可以選擇設(shè)計(jì)雙向的疏散體系,加強(qiáng)防煙區(qū)和避難層或避難室的設(shè)計(jì)。最后,加強(qiáng)對分隔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),良好的分隔結(jié)構(gòu)可以有效的抑制火災(zāi)的蔓延,為疏散逃生提供必要的時(shí)間。分隔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以通過改善樓板的垂直設(shè)計(jì)、單位墻的水平設(shè)計(jì)優(yōu)化和分隔層的設(shè)計(jì)來有效的實(shí)現(xiàn)。
四、總 結(jié)
綜上所述,高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)而復(fù)雜的工作,需要解決高層建筑所帶來的各個(gè)方面的問題。這就要求高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者不僅需要具備扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí),還要具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度,不斷的對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化,充分發(fā)揮高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對高層建筑發(fā)展的促進(jìn)作用,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代城市建設(shè)的快速、健康發(fā)展。
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關(guān)鍵詞:高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);影響因素
中圖分類號(hào):TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
1.設(shè)計(jì)理論水平對高層建筑結(jié)構(gòu)選型的影響
新結(jié)構(gòu)與新材料的不斷運(yùn)用與實(shí)踐,人們逐漸更深入地認(rèn)識(shí)了客觀物質(zhì)世界的內(nèi)在矛盾,運(yùn)動(dòng)規(guī)律并上升為理論而發(fā)展了結(jié)構(gòu)理論,從而提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算手段的改進(jìn),又反過來為解決復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)選問題提供了有利條件,故設(shè)計(jì)理論水平對建筑結(jié)構(gòu)選型的影響主要從計(jì)算手段的改進(jìn)與設(shè)計(jì)理論的發(fā)展兩方面分析。
2.建筑結(jié)構(gòu)材料對高層建筑結(jié)構(gòu)選型的影響
新的結(jié)構(gòu)材料促使傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式發(fā)生變革,新的結(jié)構(gòu)型式產(chǎn)生,從而不可避免地給結(jié)構(gòu)選型問題帶來深刻影響眾所周知。在傳統(tǒng)的建筑材料中,鋼材符合輕質(zhì)又高強(qiáng)的條件,在國外高層建筑中很多采用鋼結(jié)構(gòu)體系,鑒于我國國情和條件,絕大部分高層建筑都采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)體系,且一般都采用普通鋼筋砼,混凝土及鋼材的強(qiáng)度等級(jí)不高,建筑物的自重一般平均在12~17kN/m2據(jù)統(tǒng)計(jì),在我國已建成的高層建筑中,自重小于12kN/m2的只占22%,而大于14kN/m2的占46%。總的來說,自重偏大,給設(shè)計(jì)、施工、材料運(yùn)輸、結(jié)構(gòu)抗震性能及結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)帶來較多不利影響。因此,在考慮了材料的供應(yīng)狀況的前提條件下優(yōu)先選用能減輕建筑物自重的結(jié)構(gòu)材料是很有必要的。
3.高層建筑的結(jié)構(gòu)體系
設(shè)計(jì)師如果想要對建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì),就必須全面了解其體系的構(gòu)成。就我國目前高層建筑的結(jié)構(gòu)體系來看,主要包括以下幾個(gè)方面:1)剪力墻體系。剪力墻主要是指承受風(fēng)荷載或地震作用所產(chǎn)生的水平剪力的墻體。而剪力墻體系主要是受力主體結(jié)構(gòu)全部都是由平面剪力墻的構(gòu)件組成的一種體系。其不僅能夠承擔(dān)結(jié)構(gòu)中水平構(gòu)件所產(chǎn)生的豎向荷載,而且還能夠承擔(dān)外部因素所引起的振動(dòng)作用,比如地震作用以及風(fēng)力等。剪力墻本身具有較高的強(qiáng)度和剛度,同時(shí)具有一定的延性,是一種不錯(cuò)的結(jié)構(gòu)體系。2)框架—剪力墻體系。由于剪力墻本身具有較好的強(qiáng)度和剛度,因此,在框架體系的強(qiáng)度和剛度達(dá)不到建筑使用需求的時(shí)候,往往會(huì)采取安裝剪力墻的方法來代替部分框架,二者所形成的體系就是框架—剪力墻體系。其中,框架所承受的主要是垂直荷載的力量,剪力墻所承受的是水平剪力。剪力墻的設(shè)置不僅能夠在很大程度上增強(qiáng)建筑的側(cè)向剛度,使其水平位移變小,而且還能夠使框架所受的力實(shí)現(xiàn)均勻分布。3)筒體體系。筒體結(jié)構(gòu)體系由框架—剪力墻結(jié)構(gòu)與全剪力墻結(jié)構(gòu)綜合演變和發(fā)展而來的。筒體結(jié)構(gòu)體系是將剪力墻或密柱框架集中到建筑的內(nèi)部和而形成的空間封閉式的筒體。其特點(diǎn)是剪力墻集中而獲得較大的自由分割空間,目前在高層建筑中被廣泛應(yīng)用。
4.高層建筑的結(jié)構(gòu)分析
4.1高層建筑結(jié)構(gòu)分析的基本假定
在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)分析基本假定的時(shí)候,結(jié)構(gòu)分析人員通過采用彈性假定的方法來進(jìn)行。目前,彈性的計(jì)算方法已經(jīng)成為了工程上最為實(shí)用的結(jié)構(gòu)分析方法。通常情況下,建筑結(jié)構(gòu)在垂直荷載和風(fēng)力的影響下,會(huì)處于一個(gè)彈性工作階段,在這種條件下,這種彈性假定是基本符合現(xiàn)實(shí)情況的。但是如果遭受到地震和強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用的時(shí)候,建筑就會(huì)根據(jù)實(shí)際情況產(chǎn)生不同程度的位移,進(jìn)入到彈塑性的工作階段。此時(shí)工作人員如果按照彈性方法對內(nèi)力和位移情況進(jìn)行計(jì)算,那么其結(jié)果必然不能夠充分反映結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài),因此,必須要采用彈塑性動(dòng)力的分析方法進(jìn)行分析。此外,剛性樓板假定也是高層建筑結(jié)構(gòu)分析基本假定的內(nèi)容之一。我國目前有很多隨著當(dāng)今建筑結(jié)構(gòu)的不斷改革和創(chuàng)新,剪力墻成為了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可缺少的重要形式。因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度比較大、側(cè)移能力較小、良好的抗震效果相對而言比較良好。剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑的設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來越普遍,人們對剪力墻結(jié)構(gòu)的要求隨之越高。在原來的剪力墻基礎(chǔ)上,我們可以結(jié)合框架結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)和弊端,從而設(shè)計(jì)出一套靈活的剪力墻結(jié)構(gòu)體系,提高當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平,具體問題具體分析,最大程度上提高和優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平。
4.2高層建筑結(jié)構(gòu)靜力分析方法
剪力墻的受力特性與變形狀態(tài)一般都是由它的開洞情況造成的。一般剪力墻中,它的墻肢截面高度都是厚度的8倍。短肢剪力墻的截面高度是厚度的6.5倍左右。剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法可以利用平面有限單元法。此方法具有精準(zhǔn)性和高效性,適用于多種多樣的剪力墻。它的一些弊端也是顯而易見的,比如特殊開洞墻、框支墻的過渡層的設(shè)計(jì)情況相當(dāng)復(fù)雜,容易出差錯(cuò)等。
5建筑結(jié)構(gòu)工程特征
合理利用土地資源、空間和節(jié)約施工成本以及保證施工的質(zhì)量,是高層建筑施工過程中的主要目的。所以具備良好的空間工作性能成為高層建筑設(shè)計(jì)的必然要求,我們可以利用剪力墻結(jié)構(gòu)的雙向布置,設(shè)計(jì)出完整的結(jié)構(gòu)空間。結(jié)構(gòu)體系的主要作用是提高建筑物抗震性能,完善設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),從而保證剪力墻在應(yīng)用過程中的最佳質(zhì)量。梁、板、柱、墻和基礎(chǔ)等構(gòu)成了建筑形體的力學(xué)構(gòu)件和體系。其實(shí)每個(gè)部位的建筑都是相輔相成的,形成一個(gè)整體的結(jié)構(gòu),才能定制出一套合理的工程施工方案。所以不同建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及體系的尺寸和構(gòu)成比例都需要合理科學(xué)地設(shè)計(jì)。另一方面,結(jié)構(gòu)區(qū)別于機(jī)械,它不存在零件,它的構(gòu)件具有固定性和整體性,構(gòu)件劃分也可以是人為的,比如房間或樓層等部分的劃分,就比較具有隨意性和不確定性,達(dá)到零件化的效果具有一定的挑戰(zhàn)性,也很難達(dá)到部件的規(guī)范性和全面性。為了滿足現(xiàn)代復(fù)雜多變的建筑結(jié)構(gòu)的要求,需要定制一套新的高層建筑施工方案。
6解決高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的扭轉(zhuǎn)問題
在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候,要保證建筑結(jié)構(gòu)的幾何形狀的中心、整體剛度的中心、整體結(jié)構(gòu)的重心都匯合在一點(diǎn),保證這三個(gè)中心在同一點(diǎn)上,只有這樣才能保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合要求。但是在實(shí)際的高層建筑設(shè)計(jì)中,往往不能完全保證三個(gè)中心在同一點(diǎn)上,這就造成了高層建筑的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。如果高層建筑的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn),那么一旦水平載荷發(fā)生變化,將會(huì)對整體建筑造成極大的危害,使高層建筑喪失安全性和穩(wěn)定性。因此,我們必須解決好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題。
要想解決高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題,就要使每層樓的水平作用力平均分布,減少結(jié)構(gòu)因?yàn)榕まD(zhuǎn)而產(chǎn)生的振動(dòng),應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下,由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制,高層建筑不可能全部采用簡面形式,當(dāng)需要采用不規(guī)則l形、t形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí),應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi),同時(shí),在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí),應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期問題包含兩方面:①合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期;②控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯(cuò)開場地的特征周期。通過以上的分析,我們明確了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)和設(shè)計(jì)要點(diǎn),明確了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性和與一般建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的區(qū)別,對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程有了較深的了解,便于日后搞好高層建筑設(shè)計(jì)工作。
7結(jié)束語
隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展,人們對建筑質(zhì)量的要求也會(huì)越來越高。為了能夠?qū)⑷藗兊囊蟪浞譂M足,建筑結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì),這樣,不僅能夠有效解決目前市場上土地價(jià)格上漲給工程造價(jià)帶來的影響,有效降低了開發(fā)商的成本,而且還能夠在確保建筑整體質(zhì)量達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,使建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足客戶的諸多需求。同時(shí),還在很大程度上實(shí)現(xiàn)了房屋外形美觀,結(jié)構(gòu)實(shí)用、舒適的目標(biāo)。最重要的是實(shí)現(xiàn)了開發(fā)商們?nèi)〉米畲蠼?jīng)濟(jì)效益的目的。
參考文獻(xiàn):
篇8
關(guān)鍵詞:高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn) 剛度抗震
Abstract: our high-rise building emerge in a large amount, due to the high building layout and the complex three-dimensional, give a high building structural design challenge. This paper, combined with the practice experience, in the design of a high-rise building several important issues, to better guide high-rise building design.
Keywords: designing high-rise seismic torsional rigidity
中圖分類號(hào):TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):
我國高層建筑大量涌現(xiàn),由于高層建筑平面布置和立體面的復(fù)雜,給高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對高層建筑設(shè)計(jì)中幾個(gè)值得重視的問題進(jìn)行了研究。
一、宏觀上控制結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和延性
結(jié)構(gòu)在受力進(jìn)塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力,為避免倒塌,尤其是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中,一方面要保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度。另一方面,要保證結(jié)構(gòu)具有一定的延性,強(qiáng)度要從電算的位移剛度等進(jìn)行控制,而延性則主要從以下幾個(gè)方面控制,以防結(jié)構(gòu)的脆性破壞。
1. 1構(gòu)件截面抗震承載力調(diào)整
水平地震作用與重力荷載效應(yīng)組合對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面抗震承載力須根據(jù)受力狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整放大提高,以達(dá)到結(jié)構(gòu)的柔性破壞。
1. 2豎向構(gòu)件軸壓比控制
高層建筑豎向構(gòu)件在重力荷載、水平荷載共同作用下的軸壓比控制是保證高層建筑結(jié)構(gòu)延性和安全度的重要措施之一,其表達(dá)式如下:
軸壓比=總組合軸壓力設(shè)計(jì)值/(混凝土抗壓設(shè)計(jì)值X構(gòu)件截面積)。
軸壓比的高低直接體現(xiàn)構(gòu)件延性的優(yōu)劣,軸壓比較低的構(gòu)件延性較好,反之延性較差。因此。地震作用效應(yīng)組合下的豎向構(gòu)件軸壓比必須滿足規(guī)范限值。
1. 3結(jié)構(gòu)構(gòu)件剪壓比控制
其表達(dá)式為:板剪壓比=組合設(shè)計(jì)剪力/(混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度X構(gòu)件腹凈面積)。
高層建筑各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件在重力荷載、水平荷載共同作用下的剪壓比控制是保證高層建筑結(jié)構(gòu)延性、安全度的又一重要措施。
1. 4結(jié)構(gòu)構(gòu)件合適含鋼率選擇
高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸及其混凝土強(qiáng)度等級(jí)合適確定后,構(gòu)件配置的各種受力鋼筋和非受力構(gòu)造鋼筋具有合適的含鋼率,是控制高層建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及裂縫,使之能正常工作的另一個(gè)極其重要的設(shè)計(jì)原則和手段,合適含鋼率的配置是現(xiàn)澆鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)本身應(yīng)有的特性的體現(xiàn)。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn),即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中未做到三心合一,在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞,應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局,盡可能地使建筑物做到三心合一。
在某些情況下,由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制,高層建筑不可能全部采用簡面形式,當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí),應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi),同時(shí),在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí),應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。
建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期問題包含兩方面:①合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期;②控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯(cuò)開場地的特征周期。
2.1結(jié)構(gòu)自振周期
高層建筑的自振周期(T1)宜在下列范圍內(nèi):
框架結(jié)構(gòu):T1=(0.1~0.15)N
框-剪、框筒結(jié)構(gòu):T1=(0.08~0.12)N
剪力墻、筒中筒結(jié)構(gòu):T1=(0.04~0.10)N
N為結(jié)構(gòu)層數(shù)。
結(jié)構(gòu)的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi):
第二周期:T2=(1/3~1/5)T1;第三周期:T3=(1/5~1/7)T1。
如果周期偏離上述數(shù)值太遠(yuǎn),應(yīng)當(dāng)考慮本工程剛度是否合適,必要時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)截面尺寸。如果結(jié)構(gòu)截面尺寸和布置正常,無特殊情況而計(jì)算周期相差太遠(yuǎn),應(yīng)檢查輸入數(shù)據(jù)有無錯(cuò)誤。從實(shí)例的計(jì)算結(jié)果看,其自振周期計(jì)算值接近估算值的下限,可考慮調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度,適當(dāng)增大結(jié)構(gòu)的自振周期。
2.2共振問題
當(dāng)建筑場地發(fā)生地震時(shí),如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近,建筑物和場地就會(huì)發(fā)生共振。因此在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)針對預(yù)估的建筑場地特征周期,通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的層數(shù),選擇合適的結(jié)構(gòu)類別和結(jié)構(gòu)體系,擴(kuò)大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別,避免共振的發(fā)生。
2.3水平位移特征
水平位移滿足高層規(guī)程的要求,并不能說明該結(jié)構(gòu)是合理的設(shè)計(jì)。同時(shí)還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí),地震力的大小與結(jié)構(gòu)剛度直接相關(guān),當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度小,結(jié)構(gòu)并不合理時(shí),由于地震力小則結(jié)構(gòu)位移也小,位移在規(guī)范允許范圍內(nèi),此時(shí)并不能認(rèn)為該結(jié)構(gòu)合理。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)周期長、地震力小并不安全;其次,位移曲線應(yīng)連續(xù)變化,除沿豎向發(fā)生剛度突變外,不應(yīng)有明顯的拐點(diǎn)或折點(diǎn)。一般情況下剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎曲型;框架結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為剪切型;框-剪結(jié)構(gòu)和框-筒結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)為彎剪型。
三、結(jié)構(gòu)剛度
高層建筑的抗側(cè)剛度對結(jié)構(gòu)的抗震性能有很大的影響,應(yīng)設(shè)計(jì)得剛些還是柔些,不同的設(shè)計(jì)人員有不同的看法,因此各結(jié)構(gòu)物的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相差較大。如深圳等沿海地區(qū)的高層建筑大多數(shù)都設(shè)計(jì)得比較剛,特別是高層住宅,主要表現(xiàn)在剪力墻較多,而且墻普遍較厚,有些建筑只有十幾層,墻厚達(dá)500-600mm左右,比較浪費(fèi),計(jì)算的最大相對側(cè)移值只有1/3000-1/5000,甚至更小。在土質(zhì)較好,基巖埋深也普遍較淺的地區(qū),高層建筑大多采用樁基,持力層多落在中、微風(fēng)化巖,地基的特征周期值較小,所以高層建筑的抗側(cè)剛度一般可以設(shè)計(jì)得柔些,以結(jié)構(gòu)的極限變形能力作為控制值。在滿足變形限值的前提下,結(jié)構(gòu)剛度盡可能設(shè)計(jì)得小些,這樣,既降低了地震作用,也使場地土與建筑物發(fā)生共振的可能性減小,而且又達(dá)到了經(jīng)濟(jì)目的。
四、高寬比限值
《高規(guī)》中對高層建筑的結(jié)構(gòu)高寬比H/B進(jìn)行限值的目的是為了保證結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和不傾覆。一般而言,隨著建筑物高度的增加,傾覆力矩也將迅速增大,高寬比大的結(jié)構(gòu)其安全性和經(jīng)濟(jì)性較差,所以高寬比限值原則上是需要的。
但目前高寬比限值中考慮的因素過于簡單。首先,結(jié)構(gòu)的抗傾覆性與基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)寬度及基礎(chǔ)形式等有很大的關(guān)系。基礎(chǔ)埋得越深、基礎(chǔ)寬度越大、結(jié)構(gòu)抗傾覆能力就越好,高寬比就可以越大一些;有樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)上抗傾覆能力比天然地基的抗傾覆能力好,所以高寬比也可以大些。其次,上部結(jié)構(gòu)的剛度分布不同,結(jié)構(gòu)的整體性也不同,若上部結(jié)構(gòu)通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能保證結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度,以使結(jié)構(gòu)在地震作用下和風(fēng)振下都不會(huì)有過大的動(dòng)力反應(yīng),高寬比也可以大些。
五、關(guān)于抗震構(gòu)造措施
新的《高規(guī)》較“89規(guī)范”增加了有關(guān)短肢剪力墻的規(guī)定,但有些條文在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí),尚不盡完善,且規(guī)程對短肢剪力墻的縱向鋼筋配筋率要求偏高。短肢剪力墻原來系用于高層點(diǎn)式筒體的結(jié)構(gòu),近年來大量應(yīng)用于10~16層的小高層商住樓,對這種高度一般不超過50m的建筑,是否應(yīng)當(dāng)采取如此嚴(yán)格的構(gòu)造措施,是值得商榷的。
例如,《高規(guī)》第7.1.2條第2款規(guī)定“筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%”,相比于框剪結(jié)構(gòu)中的框架而言,短肢墻的抗側(cè)剛度要大的多,這樣勢必增加長墻的數(shù)量,進(jìn)而增大地震作用。
關(guān)于短肢剪力墻抗震等級(jí)的規(guī)定不盡合理,《高規(guī)》第7.1.2條第3款規(guī)定“短肢剪力墻的抗震等級(jí)應(yīng)比本規(guī)程表4.8.2規(guī)定的抗震等級(jí)提高一級(jí)采用”,在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中,既然規(guī)定了一般墻或筒體承受的傾覆力矩大于50%,則筒體或一般墻為主要抗側(cè)力構(gòu)件,應(yīng)提高筒體或一般墻的抗震等級(jí)才合理,就如框-剪結(jié)構(gòu)中的剪力墻抗震等級(jí)高于或等于框架抗震等級(jí)。
《高規(guī)》第7.1.8條規(guī)定,當(dāng)連梁跨高比不小于5時(shí),宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。連梁主要承受水平荷載帶來的剪力和彎矩,容易出現(xiàn)剪切裂縫,其抗剪計(jì)算式與框架梁不一樣(見《高規(guī)》第7.2.24條),箍筋間距要求要嚴(yán)。連梁抗震設(shè)計(jì)時(shí),對配筋率沒有特殊要求,其最小配筋率同非抗震設(shè)計(jì),最大配筋率則通過截面條件來控制。而框架梁則要滿足截面條件及配筋等多項(xiàng)構(gòu)造要求。在設(shè)計(jì)此類連梁時(shí)應(yīng)注意,在計(jì)算時(shí)要設(shè)為非連梁,否則程序?qū)ζ鋭偠炔怀丝紤]樓板作用的增大系數(shù),還要按連梁折減。對跨高比小于5,但對在較大集中荷載作用下(集中荷載對支座截面或節(jié)點(diǎn)邊緣所產(chǎn)生的剪力值占總剪力值的75%以上的情況)的連梁,也應(yīng)按框架梁進(jìn)行抗剪承載力計(jì)算。
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篇9
關(guān)鍵詞:高層建筑;結(jié)構(gòu);抗震;設(shè)計(jì)
現(xiàn)在建設(shè)的很多項(xiàng)目都是高層建筑,而且這些項(xiàng)目建設(shè)的時(shí)候,規(guī)模都很大而且還有一定的高度,在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候,對于抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)很嚴(yán)格。隨著建設(shè)項(xiàng)目的增多,抗震設(shè)計(jì)的方法也在變化,而且設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)越來越精確。在對高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候,先要在建筑的位置研究,勘查環(huán)境,使建筑結(jié)構(gòu)具有抗震性。在保證建筑的抗震性上,要降低作用力這樣才能達(dá)到抗震的目的。
1 影響高層建筑結(jié)構(gòu)抗震效果的因素
1.1 高層建筑自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
高層建筑常用結(jié)構(gòu)類型有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋砼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)整體自重輕、強(qiáng)度高、抗震性能好、施工工期短等特點(diǎn),且截面相對較小,有很好延性,適合柔性方案,其缺點(diǎn)是造價(jià)較高。當(dāng)場地土特征周期較長時(shí)易發(fā)生共振。鋼筋砼結(jié)構(gòu)剛度大、空間整體性能好、造價(jià)相對較低及材料來源也較豐富,較適用承載力大,控制塑性變形的剛性方案結(jié)構(gòu)。不利因素是結(jié)構(gòu)自重大、抵抗塑性變形能力差,施工周期較長。因此高層建筑采取何種形式應(yīng)取決于結(jié)構(gòu)體系和材料特性,同時(shí)取決于場地土類型,避免場地土和建筑發(fā)生共振,而使振害更加加重。
1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)施工材料和過程
建筑中的材料與建筑的抗震性是有一定影響的,在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要保證材料的選擇。當(dāng)建筑的質(zhì)量達(dá)到要求的時(shí)候,及時(shí)發(fā)生了地震,建筑的損害也會(huì)很小。因此在其他條件不變的情況下,要保證建筑的材料應(yīng)該具有抗震性。如果使用的材料質(zhì)量沒有辦法保證,那么在地震的時(shí)候建筑的破損情況嚴(yán)重,一般在高層建筑中使用的材料都是塑料板材還有混凝土板,這些材料對于建筑的抗震是有積極影響的。因此在高層建筑中可以使用這些材料。
要想保證高層建筑的抗震效果,在建筑的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就要保證所有的環(huán)節(jié)都是合理的,通過科學(xué)的設(shè)計(jì)方便建筑的施工也方便建筑的管理。要有人員去檢查建筑的設(shè)計(jì),保證設(shè)計(jì)圖紙以及設(shè)計(jì)內(nèi)容科學(xué),從而讓建筑的抗震效果達(dá)到要求。
1.3 場地選擇
場地選擇對高層建筑至關(guān)重要。地震造成的破壞除地震直接引起結(jié)構(gòu)破壞外還有場地條件原因。當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí),其對高層建筑結(jié)構(gòu)破壞的原因有很多方面,最主要的是地表滑坡、山體崩塌及巖石斷層等導(dǎo)致地表發(fā)生運(yùn)動(dòng),使建筑結(jié)構(gòu)受到破壞,而水災(zāi)和海嘯等地震帶來的次生災(zāi)害也會(huì)破壞建筑物。因此選擇有利抗震建筑場地,是減輕地震災(zāi)害的第一道工序,抗震設(shè)防區(qū)建筑工程應(yīng)選有利地段,應(yīng)避開不利的地段。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.1 選擇有利場地
在對高層建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候,首先要選擇一個(gè)正確的位置,這個(gè)位置地震活動(dòng)少,在設(shè)計(jì)前要在建筑的位置收集資料,包括當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)以及地質(zhì)活動(dòng)等等,然后根據(jù)材料對建筑的抗震性作出合理的判斷。規(guī)劃建筑的位置對建筑的抗震有什么影響,例如地質(zhì)條件穩(wěn)定的位置對建筑的抗震有利,地震頻繁的地區(qū)對建筑的抗震不利。如果建筑的位置經(jīng)常出現(xiàn)地震,那么設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)的時(shí)候,要提出要求,盡量避開這些地方。如果沒有恰當(dāng)?shù)姆绞娇梢员荛_,就要有合理的措施保證建筑的穩(wěn)定。非常危險(xiǎn)的地方最好不要建筑高層。
2.2 合理建筑結(jié)構(gòu)體系及參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算分析
建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)據(jù)建筑抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素,經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較確定。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)滿足:(1)應(yīng)具有明確計(jì)算簡圖和合理地震作用傳遞途徑;(2)應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗振能力或?qū)χ亓奢d的承載能力;(3)應(yīng)具備必要抗震承載力,良好變形能力和消耗地震能量能力。
對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的內(nèi)力和變形分析時(shí)采用不少于兩個(gè)不同力學(xué)模型。目前主要有兩種計(jì)算理論:剪摩理論和主拉應(yīng)力理論,它們有各自適用范圍:磚砌體一般采用主拉應(yīng)力理論,而砌塊結(jié)構(gòu)可采用剪摩理論。對計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果應(yīng)經(jīng)分析判斷確認(rèn)其合理、有效后方可用于工程設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)計(jì)算控制主要計(jì)算結(jié)果有結(jié)構(gòu)自振周期、位移、平動(dòng)及扭轉(zhuǎn)系數(shù)、層間剛度比、剪重比、有效質(zhì)量系數(shù)等。
2.3 層間位移限制
在出現(xiàn)地震的時(shí)候,高層建筑中的某些樓層會(huì)有位移,在出現(xiàn)位移的時(shí)候,建筑中的樓層會(huì)有錯(cuò)位,當(dāng)錯(cuò)位超過一定程度的時(shí)候,建筑就會(huì)坍塌。根據(jù)某些研究發(fā)現(xiàn),建筑的樓層出現(xiàn)位移,有建筑的材料有關(guān),此外,還與建筑的結(jié)構(gòu)聯(lián)系。現(xiàn)在建筑的結(jié)構(gòu)有鋼筋混凝土,也有一部分是純鋼結(jié)構(gòu)。但是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對建筑位移的限制要比鋼結(jié)構(gòu)嚴(yán)格,尤其是對于建筑的抗風(fēng)能力?,F(xiàn)在對建筑的抗震設(shè)計(jì)主要是從位移出發(fā),而且還要檢查結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,將各個(gè)部件所能承受的能力都作為設(shè)計(jì)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。這樣才能保證設(shè)計(jì)的高層建筑有強(qiáng)度而且還有承載力。
在控制建筑位移的時(shí)候應(yīng)該從兩個(gè)方面出發(fā),一個(gè)是平面體型;一個(gè)是建筑的里面變化。這樣才能保證建筑的剛度沒有變化,在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的時(shí)候,要講究結(jié)構(gòu)的整體性。建筑結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)件連接要保證有效。在設(shè)計(jì)地基的時(shí)候,也要保證地基有整體性,這樣可以控制建筑發(fā)生位移,還能保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。對于建筑的某些薄弱環(huán)節(jié)要各位的注意,在設(shè)計(jì)的時(shí)候嚴(yán)格要求。建筑的寬度以及高度都要保證在合理的范圍內(nèi),這樣可以使建筑在發(fā)生位移的時(shí)候能夠在一個(gè)可以控制范圍內(nèi)。
2.4 減小地震能量輸入
在設(shè)計(jì)的過程中通常采用的是在位移結(jié)構(gòu)抗震的方法,同時(shí)還要對方案開展定量分析工作,從而使得結(jié)構(gòu)的彈性形變能夠很好的滿足地震作用力下位移的基本要求,在對建筑構(gòu)件的承載力開展驗(yàn)算的同時(shí),還需要對建筑結(jié)構(gòu)受到地震作用之下所產(chǎn)生的位移極限值進(jìn)行有效的控制和調(diào)整,同時(shí)還要按照建筑構(gòu)件構(gòu)造的實(shí)際要求來對構(gòu)件變形值和地震發(fā)生時(shí)候的能量輸入進(jìn)行有效的控制,這樣也就能在很大程度上減弱了地震對高層建筑產(chǎn)生的不利影響。高層建筑在建設(shè)的過程中一定要具備非常強(qiáng)的變形能力,這樣就可以更好的吸收地震過程中所產(chǎn)生的能量,從而減少了地震破壞所產(chǎn)生的影響,在必要的時(shí)候我們還需要采取一定的手段來減少地震能量對結(jié)構(gòu)的不利影響。
結(jié)束語
綜上,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要達(dá)到的總體要求是“小震不壞,中震可修,大震不倒”這一目的,必須進(jìn)行嚴(yán)格的選型、分析和計(jì)算。高層建筑是當(dāng)下建筑發(fā)展的主要趨勢,其抗震設(shè)計(jì)是高層建筑設(shè)計(jì)的重中之重。
參考文獻(xiàn)
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篇10
【關(guān)鍵詞】高層建筑;抗震;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào):[TU208.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步,高層建筑自19世紀(jì)出現(xiàn)后,越來越廣泛地出現(xiàn)在城市人民的生活中,近幾年,包括一些發(fā)展速度較快的城鎮(zhèn),也出現(xiàn)了越來越多的高層建筑。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜、龐大的系統(tǒng),不僅要滿足抗震、抗風(fēng)等安全性能方面的需求,還要滿足自身建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性及合理性。
1.高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
對于高層結(jié)構(gòu)建筑來說,需要承載的不僅是自然界的風(fēng)產(chǎn)生的水平方向的荷載,與此同時(shí)也要承受垂直方向的對自身重量的荷載,在此基礎(chǔ)上,還要求有較強(qiáng)的抗震能力。通常來說,水平方向上的荷載對低層建筑結(jié)構(gòu)的影響是比較小的,但是高層建筑不同,自然界中的風(fēng)和地震等外力對其產(chǎn)生的水平方向的荷載是影響其結(jié)構(gòu)的主要因素。建筑物的高度越高,位移就越快,這種位移不僅對人的舒適度有影響,對建筑物本身的使用也有影響,并對本身的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件也有破壞性的影響。[1]正是因?yàn)檫@樣,在對高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí),必須將側(cè)移控制在規(guī)定的范圍內(nèi),這種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心所在。
2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則
在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,我們主要遵循五個(gè)基本原則。首先,對高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖要做出合理的選擇。計(jì)算簡圖是進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ),一旦選圖不合理,就會(huì)比較容易造成結(jié)構(gòu)安全事故。因此,合理地選擇計(jì)算簡圖是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全保證。與此同時(shí),選用與計(jì)算簡圖相應(yīng)的構(gòu)造方法才能保證建筑物的安全性。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)中,不單鋼節(jié)點(diǎn)和餃節(jié)點(diǎn)屬于其結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn),實(shí)際結(jié)構(gòu)域計(jì)算簡圖的誤差點(diǎn)也是其中之一。
其二,對高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要做出合理的選擇。依據(jù)高層建筑的地質(zhì)條件情況對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇,對高層建筑上部的結(jié)構(gòu)類型和荷載的分布情況、施工條件、相鄰建筑物的影響等各種因素進(jìn)行綜合分析,據(jù)此對基礎(chǔ)方案作出科學(xué)合理的選擇。這種選擇要讓地基的潛力得到最大的發(fā)揮,如有必要的時(shí)候必須對地基變形方面進(jìn)行檢驗(yàn)。地質(zhì)勘查報(bào)告時(shí)高層建筑設(shè)計(jì)中不可或缺的材料之一,如有缺失的情況發(fā)生,就要馬上進(jìn)行現(xiàn)場勘查并將相鄰建筑的相關(guān)資料作為參考,通常想他的結(jié)構(gòu)單元采用的類型都是一樣的。
其三,對高層建筑的結(jié)構(gòu)方案作出合理選擇。滿足經(jīng)濟(jì)性、結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)體系是合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的必備條件之一。結(jié)構(gòu)體系的要求是傳力簡單、受力明確。如果高層建筑位處地震高發(fā)區(qū),應(yīng)力就需要平面和豎向的規(guī)則。在對地理?xiàng)l件、施工條件、工程設(shè)計(jì)需求及材料等進(jìn)行綜合分析之后,要對建筑的水、暖、電等各個(gè)專業(yè)進(jìn)行相互協(xié)調(diào),以此來選擇合理的結(jié)構(gòu),確定結(jié)構(gòu)方案。
其四,準(zhǔn)確分析計(jì)算結(jié)果。在高層建筑的發(fā)展過程中,計(jì)算機(jī)技術(shù)也被廣泛地應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中來。面對形形的計(jì)算機(jī)軟件,采用不同的軟件就可能得到不同的結(jié)果。多以要選擇合適的軟件進(jìn)行計(jì)算,就必須基于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員對軟件的使用范圍及條件有全面性的了解。因建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和計(jì)算機(jī)程序有時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一定的誤差,無法完全相符合,所以在使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)的時(shí)候,要盡可能避免因人工出現(xiàn)的誤差或者軟件本身的缺陷導(dǎo)致的計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。為此,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師通過計(jì)算機(jī)軟件得到結(jié)果之后,應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的校對及合理的判斷,得出準(zhǔn)確性較高的結(jié)果。
最后,采用相應(yīng)的構(gòu)造措施進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基本原則是強(qiáng)剪切力弱彎變,強(qiáng)壓力弱拉力,強(qiáng)柱弱梁。設(shè)計(jì)過程中要注意對上述原則的把我,對薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng),重視鋼筋的執(zhí)行段錨固長度,重點(diǎn)考慮構(gòu)件延性的性能和溫度應(yīng)力的影響[2]。
3.對高層建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行選型
高層建筑的結(jié)構(gòu)體系指的是建筑結(jié)構(gòu)在抵抗來自豎直方向與水平方向的荷載時(shí),構(gòu)件的組成形式及傳力路徑。豎向荷載傳達(dá)到基礎(chǔ)是通過墻、柱等豎向構(gòu)件及樓蓋等水平構(gòu)件,而水平荷載傳遞到基礎(chǔ)利用的是抗側(cè)力體系,鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)體系,鋼結(jié)構(gòu)體系和鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)體系。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系因具有鋼筋及混凝土兩種材料的協(xié)同受力性能的特征,同時(shí)具有造價(jià)低廉,成本低,耐久耐火,整體性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各類工程結(jié)構(gòu)中。但是它也存在著延性差,自重大,施工慢等缺點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)體系具有抗震性能比較好,強(qiáng)度高,施工方便,用途多,跨度大,但是存在著費(fèi)用高,施工復(fù)雜,防火性能差等不足;鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)則結(jié)合了鋼構(gòu)件及鋼筋混凝土構(gòu)件兩者的長處,不僅增強(qiáng)了鋼構(gòu)件的強(qiáng)度,并具有比較優(yōu)秀的抗震能力,成本較低,但是,這兩種材料構(gòu)件在連接技術(shù)上稍顯不足;鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)具有較高的承載力,較強(qiáng)的抗震性、比鋼結(jié)構(gòu)更優(yōu)秀的耐火性,較短的工期,但同時(shí)也存在著節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜的缺點(diǎn)。
高層建筑結(jié)構(gòu)可以根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同分為剪力墻結(jié)構(gòu)體系,框架結(jié)構(gòu)體系和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。剪力墻結(jié)構(gòu)體系就是利用高層建筑的墻體作為抵抗側(cè)力及豎向承重的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系整體性能較好,剛度較大,不會(huì)輕易受到水平力的作用而產(chǎn)生變形,比較適用于高層建筑。但是因其剪力墻之間的距離較小,致使平面的布置比較受制,所以一般的在不適合用于公共建筑中??蚣芙Y(jié)構(gòu)體系則是利用梁、柱等結(jié)構(gòu)為高層建筑豎向承重并承受水平荷載的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)具有框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力大、結(jié)構(gòu)側(cè)向位移大的特點(diǎn),僅適用于高度在50米以下的建筑。將上述兩者技術(shù)相互結(jié)合而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)形式就是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,它因同時(shí)具有布局靈活。實(shí)用性強(qiáng)及較強(qiáng)的水平負(fù)載能力而廣泛被應(yīng)用與高層建筑中。使用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系需具體考量剪力墻的位置、數(shù)量及其他滿足框架的設(shè)計(jì)要求[3]。
4.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及相應(yīng)對策
為了達(dá)到高層建筑的抗震要求,我國的通用建筑規(guī)范中對高層建筑結(jié)構(gòu)的高度有比較嚴(yán)格的規(guī)定,針對我國高層建筑超高問題,新規(guī)范中不僅將原有的限制高度規(guī)定為A級(jí)高度,在此基礎(chǔ)上增加了B級(jí)高度,此規(guī)定促進(jìn)了高層建筑結(jié)果處理措施及設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)。在實(shí)際的工程實(shí)際中,如改變建筑結(jié)構(gòu)類型時(shí)忽略了高層超高問題,施工審圖時(shí)將給予不通過的處理,并令其重新設(shè)計(jì)或者進(jìn)行專家會(huì)議論證,一旦出現(xiàn)這種情況,對整個(gè)工程建筑的工期及造價(jià)都將造成極大的影響。此外,在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,盡可能減少或者避免使用短肢剪力墻。對于嵌固端的樓板的設(shè)計(jì);綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比,并且要求嵌固端上層和下層抗震等級(jí)一致;高層建筑整體計(jì)算充分考慮嵌固端的設(shè)置,綜合分析嵌固端位置和高層建筑結(jié)構(gòu)抗震縫隙設(shè)置的協(xié)調(diào)[4]。
5.結(jié)語
總之,社會(huì)與科技的進(jìn)步推動(dòng)著高層建筑的發(fā)展,隨著高層建筑在人們的生活得到越來越廣泛的運(yùn)用,高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求也越來越高。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分系統(tǒng)和復(fù)雜的工作,作為設(shè)計(jì)人員應(yīng)在不斷提高自身專業(yè)技術(shù)水平的同時(shí)做好設(shè)計(jì)工作,以著力高層建筑的提高設(shè)計(jì)水平。
【參考文獻(xiàn)】
[1]張杰,崔偉平.探究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及解決措施[J].河南科技,2013,(01):178.
[2]本報(bào)記者陳園園.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難題待解[N].中國建設(shè)報(bào),2010-10-30(004).
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