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高层建筑结构设计要点及应注意的问题

发布时间:2020-08-14 10:16:57 点击量:

  随着社会经济的发展,人们对居住品质的要求逐渐提高,尤其是对工程整体的质量性与安全性也更加重视,这就要求建筑工程结构设计水平也不断优化和发展。基于此,文章对高层建筑结构设计要点及应注意的问题展开简要的探讨。

  关键词:建筑;结构;设计

  引言

  由于建筑结构设计不当引发的安全事故时有发生,为国家经济发展带来严重影响,也造成了建筑材料的严重浪费,为我国人身安全带来严重损失。所以建筑设计师在设计建筑结构的过程中,必须要充分考虑各项影响建筑物安全性的因素,借助新的技术提高建筑物的设计水平,满足建筑结构的安全性要求。
 

高层建筑结构设计要点及应注意的问题(图1)


  1高层建筑结构设计原则

  第一,要保证建筑结构设计方案科学合理性。在建筑结构方案设计过程中,设计人员在掌握施工地质情况以及实际施工需求的基础上进行方案制定,具体的设计方案必须连带着一份地质调查报告,相关人员还必须进行有效的地基变形演算。另外,建筑结构设计部门还必须加强对建筑物整体情况的研究,只有这样才能从根本上保证设计质量。第二,在进行基础结构方案设计之后,还要有效落实简图设计工作,在具体的结构设计过程中,必须深入研究相关数据,要在进行简图计算之后加强计算分析,从根本上提升结构设计稳定性,还要加强对结构节点情况的分析,从根本上保证简图计算结果准确性。第三,还要严格遵循结构对策完善原则,在具体的结构设计过程中,不仅要考虑到结构组成成分的延展性,还要加强对薄弱环节的观察监测,严格控制建筑物实际温度变化情况。

  2高层建筑结构设计要点

  2.1科学选用结构体系

  高层建筑的钢筋混凝土结构选择中一般可以选择框架结构、剪力墙、框架-剪力墙以及筒体结构。必须严格限制高层建筑中的结构设计,科学选用结构体系。框架结构的缺陷就在于其变形较大,抵抗侧向位移的刚度较小,导致应用框架结构体系的高层建筑往往高度有限制。剪力墙结构是指应用高层建筑的墙体来作为竖向承重的结构体系,并且还可抵抗水平力作用。剪力墙体系广泛应用在各种10-30层左右的高层建筑中,剪力墙的延性系数一般在3-5之间。框架在承受水平力的作用时通常为剪切变形,而剪力墙则呈现弯曲变形,框架-剪力墙体系就是将框架和剪力墙用楼板进行连接,二者变形结合为弯剪型变形。框架-剪力墙的结构广泛应用于20-40层的高层建筑,特别是塔式建筑。筒体结构多应用在30-40层的较高层建筑上,筒体结构体系的强度和刚度比剪力墙或框架-剪力墙结构都要好。

  2.2减少位移,适当提高整体刚度

  高层建筑控制位移是设计中很重要的一环,直接关系到高层建筑本身的安全可靠以及居住的舒适性。为了控制位移,首先要考虑选择较为合理的结构体系,其次还应从立面的变化以及平面的体型等多方面来减少高层建筑的侧向位移。为了提高整体结构的抗侧移刚度,在布置结构之时应同时考虑结构整体性的加强。为了减小由于基础的转动或平移而导致的结构侧移,可以采取加强相关构建连接、加强基础的整体性或是加强楼盖的整体性及其刚度等等方法。还要考虑适当的加强结构中较为薄弱的环节或是应力呈现复杂状态的部位。为了抵抗倾覆力矩,还应增加整体结构体系的有效宽度。

  2.3做好抗震结构设计

  首先应使设计的各个结构单元的平面形状尽量达到规则而且简单,使结构的各部分的刚度均匀且较为对称。如果是不对称且不均匀的复杂结构通常会增加地震应力的复杂性,使之难以处理或者计算数值,还可能出现扭转或是应力集中的现象,使抗震设计更加复杂。在设计高层建筑中,应尽量注意刚度中心的位置,使得地震力作用中心和刚度中心尽量一致,注意偏心距e(刚度中心与地震力作用中心的距离)应在建筑物边长垂直外力作用线5%以内。应力集中现象多出现在高层建筑的拐角处,故电梯间等应尽量避开高层建筑的拐角来设置。立面的体型应减少凹陷或是突出的状况,这种状况通常将使刚度在垂直方向上出现突变的情况。经过对震害的分析,可以总结出高层建筑的刚度不均匀、平面布置不对称、屋顶局部的突出、高低错层连接或是沿垂直高度刚度发生突变等等情况,都会在地震时产生破坏性较强的震害。还应限制高层建筑的平面长度,保持长宽比L/B在一定的限度内,满足抗震设计相关要求。结构采取竖向布置时可以减少地震发生时产生的破坏,但应考虑刚度需对称而且均匀。应尽量避免出现结构不连续或是刚度突变的情况,避免上部刚度较小,从而导致“鞭击”情况的出现。

  2.4重视细部优化设计

  高层建筑结构设计不仅要注重整体结构设计的协调,也应在结构细节部分的设计中加强重视。例如,为减少必须钢筋的使用量,可以用冷轧钢替代普通钢筋使用,这样的基础设计,既能增加高层建筑对地震剪力的抵抗能力,又能降低成本,增大经济效益。又如,在现浇板的设计方案中,将异形板划分为方形板,从而不免建筑物受力不均,减少完工后现浇板在使用过程中断裂的可能性。同时提高高层建筑结构设计人员对抗震性能的重视。高层建筑结构设计高层建筑设计中的安全性、实用性决定了设计人员必须具备扎实的专业知识,其经济性、美观性又对设计人员在思维创新方面提出了要求。

  2.5确定科学的计算方法

  在结构设计过程中,会用到许多的计算公式、计算程序,如果对建筑结构设计进行优化,就会用到更多的数据计算,其中涉及到大量数据以及计算方法。在数据计算过程中,设计人员要时刻注意,不能带有约束条件,如果有的话也要转化成没有的,如此更能提高数据的准确性。在数据计算过程中会应用到大量的计算方法,它们之间都有各自的优缺点,设计人员要结合工程的实际情况进行合理选择,优选既实用又简便的方法,有助于推进工程进度节约资金。
 

高层建筑结构设计要点及应注意的问题(图2)


  3高层建筑结构设计应注意的问题分析

  3.1提升设计师的安全意识

  建筑设计师在进行建筑设计的过程中充分地考虑到建筑结构的安全性,在进行结构设计的过程中需要在甲方要求与建筑的安全性之间进行平衡、自觉监督建筑结构的施工等,从而最大限度地保障建筑的结构安全。因此,我们一定要促进建筑设计师安全意识的提升。在实际操作方面,可以通过强化建筑设计师在整个建筑中的安全责任来保障。

  3.2保证设计方案的合理性

  判定高层建筑结构基础设计方案合理性的依据是,高层建筑结构设计方案与建筑内部结构系统及施工各项要求方式是否相符合。一方面,高层建筑结构方案的设计要满足高层建筑结构的要求,满足结构体系传力简单、受力明确的要求,相同结构单元的高层建筑体,应具备相同的结构系统;另一方面,此方案还必须能够保证其在具体施工中的经济性要求。

  3.3提高建筑居住舒适度

  建筑结构优化设计的基本出发点和根本目的为满足人们的舒适度需求。高层建筑的结构设计中还应考虑到舒适的居住性能,满足人们对室内空间、采光通风等各种需求,尽量配合其他专业,尽可能的避免在住户的居住空间中出现梁柱的压抑或是在分隔墙的材料中选用隔声性能较差的材料。在选用剪力墙结构时,应尽量选用大开间的布置。方便暖通的相关设备的布置以及其他电气设施的设置。

  结语

  综上所述,高层建筑的结构设计对结构整体的刚度要求较普通建筑要高,由于层高所带来的多种因素都要综合考虑,是一个复杂且困难的问题,解决方案较多,通常应选择经济且最为安全可靠的结构体系来抵抗相关的水平力作用引起的各种变形。在设计高层建筑时要注意认真按照设计原则和规范,才能建造出优质的高层建筑。

  参考文献:

  [1]戴刘毅.高层建筑剪力墙结构优化设计分析[J].城市建筑,2014(2).

  [2]李建海,王珍吾.浅析高层建筑的结构设计[J].品牌(下半月),2014(12).

  [3]王允.浅析高层建筑结构设计的相关问题[J].中华民居(下旬刊),2013(12).

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