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高层钢结构建筑设计探讨

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摘要:

近年来,高层住宅的主体结构形式有从钢筋混凝土结构向钢结构发展的新趋势,而国内外关于高层钢结构建筑的设计理论尚未成熟。所以本文在中国钢铁产量过剩的背景下,对高层钢结构建筑设计应注意的问题进行浅显的讨论分析。

关键词:

钢结构;设计;高层住宅

随着经济的快速发展,钢结构建筑开始兴起,与传统的钢筋混凝土结构住宅相比,钢结构建筑能更好地满足大开间灵活分隔的要求,节能效果好,延性好、塑性变形能力强,建筑总重轻,施工速度快,环保效果好。符合住宅产业化和可持续发展的要求。在中国钢铁产量严重过剩的背景下,钢结构住宅的普及与发展将充满活力,国内外关于低层、小高层的钢结构建筑设计理论已经比较完善,而关于高层钢结构住宅设计理论尚未成熟。,因此我们必须提高高层钢结构建筑设计水平,高层钢结构建筑的设计包括很多方面,像平面设计、空间设计、生态设计、结构设计等内容,每一个环节的设计过程中都要注意相关问题,下面我们来分别了解一下各环节注意的问题。

1高层钢结构建筑空间设计与平面设计方面应注意的问题

1.1充分利用广场空间高层钢结构建筑相对与普通建筑来说体量较大,会给场地空间沉重感,建筑的体量与街道空间形成了明显对比,非常不协调。为此,在街道两旁的高层建筑,在进行建筑设计时要进行后退处理,从而利用剩余的土地来留给广场空间,使这个广场空间在两者之间发挥视觉缓冲的作用,这样的空间让人感觉比较具有层次感。

1.2丰富空间形式传统钢筋混凝土结构高层建筑的空间形式比较单一,在高密度的居住环境中,会感觉视觉拥挤,因此在高层钢结构建筑设计中要运用有效的办法来丰富空间形式,改变这种状况。钢结构高层建筑的上部结构可以利用钢结构的特性进行适当的改变;它的底层也可以进行改造,例如用增加裙楼的方法,从而丰富建筑的外形,并且由于增加了裙楼,满足了人们通常认同的上小下大的稳定形式,给人以安全感另外,也可以运用入口缩进的方法,将入口的空间凹进建筑的下方,从而缓解用地紧张的情况,使基地面积得到有效的利用,使空间更加丰富。

1.3高层钢结构建筑在内部平面和空间利用上障碍性的最小化虽然说钢结构建筑与传统建筑相比,空间布置更加灵活,获得的使用空间也更大,但是也会出现以下问题:框架截面通常大于墙体厚度,且钢柱的形状无法像钢筋混凝土住那样做成异形柱,从而凸出墙外;框架梁会使局部空间层高较低,对空间划分造成妨碍。所以应注意做到合理设计开间、进深的模数;合理调整梁、柱与维护分割墙体的位置,以保证主要空间的完整性;采用隐式结构体系,达到室内空间无梁,保证使用空间完整性。还可以利用框架梁柱设置管线的夹墙。从而使建筑在内部平面和空间利用上障碍性的最小化。

2高层建筑生态设计方面应注意的问题

2.1采光设计不管是高纬度地区还是高纬度地区,人们都比较注重住宅的采光问题,因此,一定要做好建筑的朝向和空间布置设计工作。特别在寒冷地区,高层建筑的南面开窗面积尽量大一些,北面及东面的开窗面积尽量小一些,这样使得室内采光得到了满足,同时也减少了热损失;板式建筑尽量东西朝向,点式建筑尽量不采用东西朝向,因为点式建筑北边房间基本全年不能采光;当高层建筑规模较大,可以围成庭院时,尽量让庭院缺口朝南,使室外的庭院场地充分采光,从而吸引人们到庭院活动。

2.2建筑墙体的设计高层钢结构墙体采用的轻质复合材料,应该能够起到保温隔热,防止空气流动,防潮、隔声、防火、满足结构安全性等功用,比如运用CCA灌浆板作为隔墙材料,不仅其质量轻而且很好的满足使用要求。

2.3通风和抗风设计既要重视通风要求,建筑整体布置要利于形成穿堂风,保证住宅的空气清新;又要防止风速过大,由于高层建筑易受风速、风压力变化的影响,产生偏移和振动,使人们产生不安全感。所以要合理布置建筑,避免产生通道效应、缝隙效应、拐角效应,从而不会产生过大的风速。比如利用将高层建筑布置在北面,主要起挡风作用,还可以通过布置裙楼,使被高层建筑挡住后下行的风,在裙楼楼顶处改变风向并减小风速。

2.4绿化设计由于高层钢结构建筑同传统的高层建筑一样,只有低层的住户可以比较直接的接触地面的自然物,而高层住户由于视角、视力等因素,便很难切实感受自然,所以设计师应该充分考虑住户有渴望接触自然的心理,做合理的绿化设计。

3高层钢结构建筑结构设计方面应注意的问题

由于高层建筑结构设计具有以下特点:水平荷载成为决定因素,轴向变形不容忽视,侧移成为控制指标结构延性是重要设计指标。那么高层钢结构住宅设计也具有这些特点,结合这些特点高层钢结构住宅设计时应注意以下问题。

3.1高度问题对于超高限建筑物,应当采取科学谨慎的态度!随着建筑物高度的增加,许多影响因素将发生质变,即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围,如安全指标“延性要求”材料性能“荷载取值”力学模型选取等。

3.2结构体系选型问题应用于住宅建筑的钢结构体系主要有轻钢龙骨体系、纯钢框架体系、钢支撑框架体系、钢框架-混凝土剪力墙体系、错列桁架体系、钢框架核心筒体系。但应用于高层住宅的只有钢框架—混凝土剪力墙体系和钢框架核心同体系,所以应根据楼层高度、公用等合理选择结构体系。使得钢结构的优点得以充分发挥,比如选择钢框架核心筒结构,利用钢筋混凝土的核心筒承受横向剪力,,外围钢结构只要满足抗压要求即可,从而减小了钢柱的横截面积,这样就既节约了钢材用量,又充分利用了钢结构的抗压性能。

3.3结构的规则性问题结构应尽量满足结构简单规则的原则,以保证结构良好的受力条件,由于新规范在这个方面限制条件多,所以设计者应该严格遵守规范,避免后期施工图设计阶段工作的被动。

3.4楼板体系设计问题楼板体系在满足基本承载力、防火要求的同时,要尽量采取干作业的施工方法,体现钢结构施工速度快的特点;楼板的工厂装配化化程度高;设备管线敷设方便,空间效果好,达到无需吊顶,净空较大的要求。

4结语

通过对高层钢结构建筑设计时应注意问题的简单讨论,发现高层钢结构建筑的设计与传统钢筋混凝土结构的高层建筑,既有相似的地方,也各有特点,在进行高层钢结构建筑设计时应该在借鉴前人在传统建筑上的经验,也要结合高层钢结构建筑自身的特点进行具体设计。

参考文献

[1]谢妍,贾茹.建筑钢结构设计现状及存在的问题Ⅲ.民营科技,2011(03).

[2]邵大卫.建筑钢结构设计思路及其规范[J].建设科技,2010(10)

[3]陈禄如.我国钢结构行业发展的现状趋势和存在的问题[J].建筑,2008.

作者:罗敏 易中凯 单位:四川大学水利水电学院

高分子学报责任编辑:杨雪    阅读:人次
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