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风塔超高层建筑结构设计问题

2021/07/12 阅读:

摘要]高层建筑工程与普通建筑工程相比,结构的稳定性和安全性要求相对较高。结合高层建筑结构的特点,以秦园路风塔超高层设计为例,对秦园路风塔超高层设计中常见的问题及解决对策展开分析和阐述,保证秦园路风塔超高层设计的效果,为后期工程建设提供的参考。

关键词]高层建筑工程;结构设计;稳定性

在高层建筑工程中,结构垂直方向的载荷远远超过普通建筑结构。高层建筑工程结构较为庞大,再加上风力接受面积相对较大,在一定程度上受到水平荷载的影响,对其安全性和稳定性会造成威胁。因此,为保证高层建筑结构的稳定性和安全性,须做好建筑结构设计。

1高层建筑结构特点

高层建筑结构与普通建筑结构相比,其功能和特点等方面有着很大程度上的不同,并且这些不同对建筑结构设计有着直接性的影响。同时,高层建筑结构具有一定的复杂性,并且层数较多,所需的施工材料种类较多。就目前高层建筑工程而言,其结构主要是以钢筋混凝土为主,其结构体系主要分为框架结构体系、剪力墙结构体系等方面。其中,框架结构体系主要是以柱、梁和基础结构为主,该结构空间的灵活性相对较强,但是抗侧压能力相对较差。剪力墙结构体系主要是以混凝土剪力墙为主,其抗剪强度和刚度等方面较好,但是在后期施工的时候具有一定的复杂性,所以须做好设计工作,根据可能遇到的问题,制订相应的解决对策,为后期施工提供基础性的保障。

2高层建筑结构设计中常见的问题

由于高层建筑结构设计较为复杂和烦琐,所以在高层建筑结构设计中,经常会面临诸多的问题,如不及时解决,就会影响高层建筑结构设计的质量。

2.1超高问题

在高层建筑结构设计中,一定要重视超高问题,主要是充分考虑高层建筑工程实际高度给建筑物施工质量所造成的影响,并且做出适当的调整。超高问题在高层建筑结构设计中还是比较常见的,并且一旦问题发生,整个结构的稳定性和承重等都会发生变化,导致高层建筑工程抗震水平相对较低,抵御外界干扰的能力也相对较差,降低了高层建筑工程的建设质量。

2.2嵌固端问题

嵌固端对于保障高层建筑工程来说,起到了关键性的作用。嵌固端设计时,经常出现端位设置不合理,并且连接处的强度和抗震性能等方面都达不到相关标准,影响嵌固端结构的稳定性。将嵌固端设置在人防层的最顶部,很容易忽视刚度,主要是刚度计算产生较大的误差,会导致前嵌固端的下部与基础结构之间承载力和侧向刚度等方面都达不到相关标准,促使嵌固端抵抗上部框架结构在嵌固部位产生的嵌固端弯矩、剪力和轴力作用呈现下降的趋势,进而为高层建筑结构埋下安全隐患,影响高层建筑结构设计质量。另外,嵌固端设计协调性考虑不够全面,或者重视程度不够,也会影响嵌固端发挥自身的作用,不利于提升嵌固端的稳定性。

2.3短肢剪力墙问题

短肢剪力墙主要是在剪力墙的基础上,将结构框架的特点进行整合所形成的一种结构体系,并且其受力情况相对较为合理,抗震性能和同等受力情况下的抗变形能力也相对较强,因此在高层建筑结构设计中较为常用。但是,短肢剪力墙设计布局不合理或强度和刚度等方面不均匀,会影响其结构的稳定性,并且一旦受到外界环境的影响,高层建筑结构无法有效吸收外界的冲击力,进而导致高层建筑工程安全事故的产生。

3解决对策

以秦园路风塔超高层设计为例,风塔为地下空间提供新鲜空气,如隧道须配有风塔,才能为隧道提供足够的空气,并将汽车尾气等废气排放出来。本工程主塔高为204m,并且在设计时,需考虑本工程要高于周边范围200m的建筑至少5m,及包裹在商务楼中的风塔,平均每层占用的面积仅为30m2,这样对商务楼建筑工程的功能性不会造成影响。另外,风塔是商物流的核心筒,不仅位于楼的核心位置,同时也承担建筑受力,并且主要是以核心筒收分方式为主,上部外框的结构柱在下部核心筒的外缘墙上竖立,这个设计是为了达到逐层收分的效果,能让建筑外观更挺拔,具有标志性。基于此,结合上述高层建筑结构设计中常见的问题,提出了一些解决措施。

3.1结构选型与布局

结构选型与布局是高层建筑结构设计的核心。合理选型与布局可有效提升其设计效果。因此,本工程在设计的时候,根据自身的要求,合理地选择结构类型,并且进行布局,其详细的内容如下。(1)本工程与其他高层工程有着很大的不同,主要是保证塔楼体形、平面及刚度面等方面完全处于相同的状态,以此减少耦联振动。同时,在各个楼塔之间布置时,一般是以喇叭形布置为主,其参考参数见表1,但是需根据工程的具体情况而设定,才能确保塔楼之间布置的效果。(2)在连接体转换结构设计的时候,应将钢骨混凝土梁作为基础,将连接体作为主要的支撑体系。从安全和经济角度考虑,设计建筑主体结构和连接体结构时,应选择刚性连接的方式,这样可有效提升结构的稳定性,避免异常情况的产生,并且也在一定程度上提升了工程结构的抗震性能。(3)由于连接位置相对较为复杂,需运用弹性楼盖进行设计。同时,在选择风荷载参数时,应对相邻建筑物之间所产生的影响进行综合性的考虑,主要是用体形系数和干扰系数相乘的方式,以获取相应的结果。另外,需对建筑自振周期进行严格的控制,确保在合理的范围内,以保证该方面的设计达到相关标准。

3.2连接体结构设计

由于本工程的高度较高,在进行工程结构设计时,一定要重视连接体设计,主要表现为以下2个方面。(1)由于连接体梁板的自身重量相对较大,设计时要保证其安全性和经济性,需对混凝土浇筑振捣作业进行充分利用,以减少自重的范围,并且利用梁作为承担荷载的主体,以此保证其稳定性。(2)为了满足整个工程的施工要点,应当基于各项施工工序,进行混凝土浇筑内力的计算,并且选择下沉连接体梁板,以承担施工荷载。同时,在连接体结构设计时,还需同时展开配筋计算,根据计算的情况,对配筋进行控制,以达到建设标准,提升工程设计效果。

3.3钢结构设计

钢结构设计可大幅提升高层建筑结构的稳定性和安全性。一般情况下节点划分时,需对传力特点进行综合性的考虑,并且将节点分为半刚接、铰接、刚接等。另外,在钢结构节点设计的时候,需注重焊接、栓接、梁腹板等方面。首先,从焊接的角度来说,需对焊接形式和焊接尺寸等方面进行严格的控制,并且在暗焊接之前需对其表面进行清理,焊接完成后需对焊接表面进行检查,避免出现质量问题。其次,在栓接时,需利用高强螺栓进行钢结构的连接和加固,有效避免异常问题的产生。在加固时,还需考虑抗震性能,以提升结构的稳定性。最后,在进行梁腹板设计时,需验算栓孔位置的腹板抗剪净截面,并且高强承压型螺栓连接之前,需对局部孔壁的承压能力进行验算。连接时,需梁在腹板基础之上增加4mm,以满足工程建设要求。

3.4嵌固端设计

嵌固端设计时,需对其设计比例进行严格的控制,以保证加强其结构的稳定性,提升工程结构的安全性。另外,如将嵌固端设置人防层的最顶端,一定要对刚度进行详细的计算,保证嵌固端的下部与基础结构之间承载力和侧向刚度等方面都达到相关标准,避免异常现象的产生。在嵌固端设计时,需考虑其协调性,根据工程的需求做出适当的调整,以发挥出自身最大的作用。

3.5垂向荷载设计

需对地基承载力及各个楼层承载力等方面进行详细的计算,并且计算原始数据的不能忽略对实际施工的影响,这样可有效保证其施工的稳定性。同时,在设计的时候,需考虑承重柱、承重墙等构件质量等方面,根据施工要求做出适当的调节,这样可在一定程度上降低垂向荷载,为后期施工安全提供基础性的保障。

4结束语

高层建筑工程结构较为复杂,经常会受到一些因素的影响,产生诸多质量问题,所以做好设计工作是非常必要的。本文从秦园路风塔超高层设计出发,并且结合高层建筑结构的特点,对其中可能存在的问题及相应的解决措施,展开了分析和阐述。同时,强化结构设计力度,做好各个节点设计,可有效提升高层建筑结构的稳定性和安全性,大幅提升其设计效果,为后期设计提供了重要的保障。

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作者:吴巍 单位:武汉市规划设计有限公司

风塔超高层建筑结构设计问题

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