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高层建筑设计的问题及措施

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摘要:随看我国经/千的发展,高层建筑发展非常迅速,在建筑物的高度不断增加的同时高层建筑的造型也1得更加新颖独特,因此,如何保证高层建筑结构设计的安全I■生是设计人员必须面临的一个问题。本又看重分析高层建筑设计中存在的问题,并提出相关对策。

关键词:高层建筑;结构设计;问题及对策

引言

随着我囯城市化、现代化的不断加快,高层建筑已成力城市建筑的王要形式,人们对高层建筑的空问要求越来越高,因此,高层建筑的设计是一个复杂的过程,结构设计人员不仅要满足结构的安全性,还要保证建筑的空问合理性及造价的经济性。

1高层建筑结构设计的基本原则

高层建筑建筑有比较多的结构形式,按所用材+4的不同可分力钢筋混凝土结构、钢-混凝土混合结构、钢结构。高层建筑混凝土结构体系可以采用框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构和筒体结构等。在建筑结构设计中,设计人员对方案选型的基本原则是优先采用用安全适用、技木先进、经济合理、施工方便的结构方案,并通过合理的计算和构造处理,使结构可靠地承受各种荷载作用。具体设计内容包括结构选型、结构布置、结构计算与设计(包括荷载计算、内力与变形计算、截面设计、抗震计算及构造处理等)、材+4用量、绘制结构施工图%。

2高层建筑结构设计的控制要点

2.1水平荷载是高层结构设计的主要控制因素

一般情况下,在多层结构设计中,结构的内力与变形王要由竖向荷载起控制作用,而随着楼层高度的不断增加,结构的内力与变形王要由地震的水平作用力及风荷载等因素影响。在高层建筑结构中,轴向力所产生的位移与建筑的高度成正比,而水平荷载产生的弯矩和位移与结构的高度呈现二次方或者四次方的关系。与此同时,水平荷载中的风荷载和地震力,将会随着结构动力特性的不同从而产生较大幅度的变化,因此,在高层结构设计中必须充分考虑侧向力对结构的影响,保证在水平荷载作用下结构的侧向位移在规范允许的范围之内。

2.2侧向位移是局层建筑结构设计关键因素

多层建筑结构,王要以抵抗轴向力产生的变形力王,水平荷载产生的变形较小,但是随着建筑结构高度的增大,水平荷载产生的侧向位移迅速增大,力了保证结构具体一足的刚度规范对结构的水平位移进行了限制。因此,在高层建筑结构设计时,结构不仅要满足承载力的要求还要保证结构具有较强的侧移刚度。我们在结构设计中,要设置可靠的抗侧力体系来保证结构在水平力作用下产生的侧向位移在规范允许的范围内。

2.3轴向变形不容忽视

高层建筑随着高度的不断增加,轴向力也逐渐增大,力了抵抗竖向荷载,结构中的竖向构件会产生较大的轴向变形。轴向变形会对连续梁的内力分布产生影响,使连续梁中问支座处的负弯矩值减小,而跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

2.4延性是高层建筑结构设计的重要指标

结构的延性是指当结构构件或者结构屈服后,在承载能力不降低的同时仍具有足够的塑性变形能力的一种性能。保证建筑结构的延性就相当于保证建筑结构的抗震性能,高层建筑结构在遇到罕遇地震时,将会进入塑性变形阶段,要求结构在进入塑性变形阶段后仍具有一足承载力的同时通过塑性变形来吸收地震产生的能量,因此结构的延性的大小是判断抗震性能的重要指标。在进行高层建筑结构设计时,我们王要通过选用平面规则、在进行高层建筑结构设计时,我们王要通过选用平面规则、竖向刚度连续的布置形式并遵守"强柱弱梁、强剪弱弯、强节A弱锚固”等抗震设计原则以及相应的构造措施如选用延性较好的建筑材+4、控制构件的截面尺寸、限制构件轴圧比以及最大配筋率等措施来提高结构的延性。

3高层建筑结构设计存在的问题及相应对策

3.1结构布置不规则

高层建筑在进行结构设计时,宜尽量使结构平面形状简单、规则,结构的承载力和刚度分布均匀。结构设计规范也明确指出,建筑结构设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经/开合理性的影响,宜择优选用规则的形体,其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材+4强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变[1]。但是随着我囯经,开和科技的不断发展,各地出现大量的不规则建筑,它们的出现给建筑带来了崭新的面貌,但是也同时给结构设计人员带来了挑战,结构设计人员在设计中必须重视不规则建筑的抗震设计与计算分析,避免平面不规则使结构的质心和刚心严重不重合,可能使结构绕刚心发生扭转,严重时将会导致结构整体发生破坏。在实际工程中,结构布置不规则的王要表现有①凹凸不规则②楼局部不连续③扭转不规则,考虑偶蜱偏心时位移比大于1.2④侧向刚度不规则,楼层的侧向刚度小于相邻上层的70%或其上相邻三层平均值的80%⑤竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑等)不连续⑥楼层承载力突变,抗侧力结构的层问受剪承载力小于相邻上一楼层的80%[1]⑦结构周期比过大,A级高度的建筑周期比超过0.9,B级高度的建筑周期比大于0.85。根据实际工程,综合分析各方面的因素,针对平面布置不规则的高层建筑采取的对策有①周期比的控制是关键。周期比控制是侧向刚度与扭转刚度之问的关系,通过周期比可以判断抗侧力构建的布置是否合理,可有效的控制结构的扭转效应。②采取相应的构造措施。如在建筑条件允许的情况下尽量加强周边的剪力墙,尤其是离刚心最远处,调整扭转周期,使结构尽量成力规则建筑。③控制墙柱轴圧比,提高柱的纵向配筋率和箍筋配筋率等措施。

3.2短肢剪力墙的增多

力了迎合业王的要求,降低造价,现存的高层建筑中很多设计增加了短肢剪力墙,这种做/去对结构及其不利,大大降低了结构的抗震性能。《高层建筑混凝土结构技木规程》第7.1.8条规足"高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时应布置筒体(或一般剪力墙),形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构”[2]。在高层建筑结构设计过程中,力了满足高层建筑刚性要求,应该尽可能的减少短肢剪力墙的布置,严格控制剪力墙上洞口的数量、尺寸及位置。在高层建筑设计中,一足要汪意材+4的选择,必须选择符合高层建筑设计强度要求的材+4。

3.3嵌固端设置的不合理

由于建筑使用功能要求,高层建筑在设计过程中通常都设置了地下室,地下室的设置也减轻地震灭害的破坏程度、提高地基承载力和结构的抗倾覆能力。在进行结构分析之前,需要确足高层建筑嵌固端的位置,嵌固端设置不合理容易导致很多安全隐患,危害比较严重,而实际工程中地下室的设置又有多种不同情况有单层地下室和多层地下室,有半埋式地下室和全埋式地下室等,有错层夫层和坡地建筑,有地下室层高与首层层高比较接近的,也有首层层高与2层层高相差较大的,等等。这样使得高层建筑结构嵌固端的选取必须根据实际情况合理确足。作力高层建筑的结构嵌固端,其作用的原理是嵌固端节A下的梁柱(板)构件是不产生转动的,嵌固端楼层平面内不能产生水平位移,地震作用下结构的屈服部位将发生在嵌固端之上的楼层,因此,在工程设计中,结构嵌固端的选择要根据具体的情况作出合理的选足,不能简单的将地下室顶板作力所有工程的嵌固端。

结语

综上所述,高层建筑的高度使得设计人员在进行高层建筑设计过程中必须综合考虑各种因素,如建筑结构布局的合理性和实用性,在进行结构设计时设计人员应选用合理的力学模型进行简化计算,并将各项参数控制在合理的范围内,以保证高层建筑结构的安全性和可靠性。

参考又献

[1]GB50011—2〇10建筑抗震设计规范(2〇1(5版)[S]

[2]JGJ3—2〇10高层建筑混凝土结构技木规范[S]

作者:常礼安 单位:西安有色冶全设计研究院

高层建筑设计的问题及措施责任编辑:张雨    阅读:人次