高层建筑结构要点分析

2019-08-07 版权声明 举报文章

高层建筑结构要点分析

摘要:随着我国经济的快速发展,建筑行业的规模不断的扩大,近几年高层建筑已成为城市发展过程中不可或缺的元素。文中针对高层建筑结构的布置原则进行了分析,并进一步对高层建筑结构设计的要点进行了具体的阐述。但土地资源的紧张,随着我国高层建筑技术的迅速发展,高层建筑已经成为城市空间中不可缺少的元素,成为城市的一道亮丽风景。如何设计出舒适、安全同时又符合人们精神生活要求,且经济实用的建筑现已成为设计师们要首先解决的问题。就高层建筑结构布置原则及设计要点等问题进行一些探讨,希望能对我们以后的工作产生帮助,使设计水准更上一层楼。

关键词:高层建筑;结构;设计

中图分类号:TU97 文献标识码:A 文章编号:

引言:

随着城市化建设进程的加快,城市的建筑发生着日新月异的变化,大量人口涌入到城市中来,城市人口的骤增,导致城市土地的紧张,这些外来人口为城市的发展起到了极大的推动作用,同时也对建筑行业在满足城市人口的居住问题上提出了新的问题。城市为了节约土地及空间及人们对居住环境的要求,从而带动了高层建筑技术的迅速发展,高层建筑已成为城市中的一道亮丽的风景,是城市空间中不可或缺的元素。在高层建筑设计当中,如何更好的满足人员居住及精神生活的要求,并保证建筑的实用性成为当前设计师需要考虑的主要问题。

高层建筑结构的设计特征

1.决定因素——水平荷载

在竖构件中使用荷载引起弯矩和轴力的楼房自重和楼面,与楼房高度的一次方成正比例关系;而对结构产生倾覆力矩和在竖构件中引起轴力的水平荷载,与楼房高度的2次方成正比例关系。在一定高度的楼房中,竖向荷载多为定值,但风荷载和地震作用的水平荷载,是伴随结构不同动力的特征进行不同幅度变化的。

2.不容忽视的轴向变形

竖向荷载很大的高层建筑,在柱中不仅能引起很大的轴向变形,还会对连续梁弯矩产生很大的影响,最终减少连续梁中间支座的负弯矩值,增大跨中正弯矩值和端支座负弯矩值。除此之外,预制构件中的下料的长度也会受其影响,所以,对下料长度进行调整时,要根据轴向变形的计算值。

3.控制指标——侧移

作为高楼结构设计中主要因素的结构侧移,与较低的楼房有很大的不同之处。受楼房高度直线增加的影响,水平荷载下的结构下的侧移也将会随其增大,造成在水平荷载作用下的结构侧移被控制在一定范围之内。

高层建筑结构的布置原则

1. 结构平面布置

平面形状简单、规则、对称尽量使质心和钢心重合。偏心大的结构扭转效应大,会加大端部构件的位移,导致应力集中。高层建筑不应采用严重不规则的结构布置,当由于使用功能与建筑的要求,结构平面布置严重不规则时,应将其分割成若干比较简单、规则的独立结构单元。对于地震区的抗震建筑,简单、规则、对称的原则尤为重要。

2. 结构立体布置

结构竖向布置最基本的原则是规则、均匀。结构宜设计成刚度下大上小,自下而上逐渐减小。下层刚度小将使变形集中在下部,形成薄弱层,严重的会引起建筑的全面倒塌。上不楼层收进使得体型较小的情况经常发生,但是对于收进的尺寸应当限制。收进的部位越高,收进后的平面尺寸越小,高振型的影响明显加大。如果上部楼层外挑,造成“头重脚轻”的状况,将使扭转反映明显加大,竖向地震影响也明显变大。

高层建筑结构设计要点

1. 地基与基础设计

高层建筑结构中地基更是极其重要的一部分,在高层项目的整个工程造价中,地基占有很大一部分,因此,建筑设计师对地基与基础设计都特别重视,所以在高层建筑的地基设计当中,结构工程师要首先对当地的地质条件有详细的了解,我国幅员广阔,各地的地质情况都有所差异,所以在设计之前要对当地的地质情况有个深入的学习过程,从而保证设计及施工的顺利进行,避免对整个工程的设计造成严重的影响。高层建筑设计不同于多层建筑,首先要对施工场地的地质情况及地下水水位进行了勘探,从而得出相关的数据,同时还要对高层上部结构的类型及使用功能、施工条件等进行综合的考虑,另外还要考虑到施工时对周围的建筑安全性的影响,这样可以有效的保证建筑物建成后发生沉降或倾斜的可能。同时为了施工中的安全及施工的顺利进行,还要对周边构筑物及地下的设施的位置及标高进行了解,从而保证设计的科学性,保证施工的正常进行。

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. 注重抗震设计

在需要抗震设防的高层建筑中,尽可能不采用纯框架体系,可以采用框架一剪力墙、剪力墙或筒体结构体系,要根据我国的具体条件进一步总结对高层建筑的刚度要求,以便能够更经济合理地布置剪力墙及筒体等抗侧力构件。

5. 高层的连梁设计

在内力和位移计算时,其构件可采用弹性刚度,在框架-剪力墙结构中,连梁刚度可予以折减。因此,处理连梁超筋或截面控制超过剪压比的首要方法是选好刚度折减系数。当连梁刚度折减后,部分楼层的连梁仍然不满足要求时,可采用内调幅,调幅不宜超过20%。

6. 剪力墙结构设计

剪力墙结构因其即能承担垂直荷载又能抵抗水平力作用,因此在高层建筑中得以广泛使用,即将房屋的内、外墙都做成实体的钢筋混凝土结构,其面积较大,同时又有楼盖的支撑,所以其自身有较大的侧向刚度,剪力墙作为一种刚性结构,即使有水平荷载作用下,也不会发生较大的侧移量,所以对于15-35 层的高层建筑非常适宜。但剪力墙也有自身的弱点,由于其是刚性结构,自身的刚度较大,因此一旦发生地震,地震力也会完全作用于剪力墙上,如果在施工中处理不好,在地震中会造成较大的破坏。同时对于公共建筑所需要的较大空间,剪力墙则无法完成,因为剪力墙在布置时对间距有较强的要求,间距不能过大,同时平面布置也不灵活。

结束语:

受高层建筑快速发展的影响,对高层建筑的材料、力学分析模型以及力学等方面的要求也日益增加。所以,新的结构形式和更为合理的力学模型,是现阶段高层建筑结构设计人员的主要目标,只有得到新型的建筑结构形式以及合理的力学模型,城市中的高层建筑才会发展得更好。

参考文献:

[1] 李国胜. 多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].北京:中国建筑工业出版社.2004.

[2]阴杰,曹京华,陈克勤.高层建筑的结构设计观念[J].山西建筑.2007(4).

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