高層建筑結構設計的技術要點分析及控制

發布日期:2020-06-28



        隨著我國城市建設用地越來越緊張,為了最大限度對空間加以利用,高層建筑得以迅速地發展。于此同時,高層建筑的結構體系也隨之而變得越來越復雜,為了獲得更大的靈活且自由的空間,并且滿足廣大用戶的不同需求,高層建筑的設計人員就必須及時的制定科學有效的結構設計方案,并盡快地將高層建筑結構設計當中存在的諸多問題加以解決,以促進我國城市的建設和發展。本文主要探討了高層建筑結構設計的注意事項,并對其要點進行重點分析。


   
    一、高層建筑結構設計體系需注意的問題

    在高層建筑結構設計中,在設計體系的選擇上需要注意以下幾個方面的問題:
   
         1.1 在設計體系中要注意保證建筑結構的規則性
        在高層建筑結構設計中有固定的規范作為依據,隨著我國建筑業的快速發展,高層建筑結構設計的規范也在逐漸更新,在現行的新規范中,對于高層建筑結構的規則性做了詳細的說明。例如:高層建筑不應采用嚴重不規則的結構體系。所以,建筑設計師要盡量保證建筑結構的規則性。
  
         1.2 在設計體系中要注意保證高層建筑的整體高度不能超高
        在高層建筑的設計與建設過程中,并非越高越好,而應該根據抗震要求和實際需要設計高層建筑的整體高度。在目前的高層建筑設計與建設過程中,必須要充分考慮建筑抗震需要,并考慮高層建筑物的穩定性,注意建筑物的高度要與地基和主體設計相配套,切不可盲目的追求建筑物的高度,而忽視了安全性和穩定性。

         1.3 在設計體系中要注意選取合理的位置作為嵌固端
        目前的高層建筑普遍設置了地下室和人民防空設施,對嵌固端的位置選擇可以設置在地下室,也可以設置在人民防空設施頂端,在嵌固端的選擇中,建筑設計師應該特別注意嵌固端選擇帶來的安全問題,應該既保證嵌固端剛度要求,又要保證嵌固端上下的抗震性能一致。除此之外,還要對嵌固端的整體結構進行設計計算。

       1.4 在設計體系中要注意根據實際設置短肢剪力墻
        在高層建筑的設計體系中,短肢剪力墻的概念是墻肢截面高厚比為 5~8 的墻稱作短肢剪力墻。由于短肢剪力墻的作用比較特殊,在實際的高層建筑設計中應用的比較少,如果設置了短肢剪力墻,容易給后續設計帶來麻煩,所以,短肢剪力墻的設置要根據實際進行。


    二、高層建筑結構設計注意事項


        在高層建筑結構設計的過程中,必須要做好結構計算和分析工作,要對結構的合理性和設計強度進行詳細的計算,用數據作為設計的重要依據。在高層建筑結構設計所執行的新標準中,對于結構計算和分析做了不同程度的調整,對原有的結構計算和分析進行了有益的補充。因此,我們在高層建筑結構設計中,要合理運用新標準,并在以下幾個方面加以注意:
  
         2.1 要合理選擇高層建筑的結構形式
        在選擇高層建筑的結構形式的時候,不但要考慮到建筑的美觀性,還要考慮到結構形式的選擇是否合理,是否符合整體的安全性和穩定性的要求。在選擇的過程中,一定要執行高層建筑設計的新標準和新規范,使高層建筑的結構形式符合平面規則。

         2.2 要合理設計高層建筑的總體高度
        在上面的建筑設計體系中我們已經對高層建筑的總體高度做了探討,在這里我們還要繼續明確這一點。高層建筑的總體高度除了要符合使用要求之外,還要符合高層建筑整體的安全性和穩定性的要求,只有滿足這兩項要求,高層建筑的總體高度才是合理的。

        2.3 要做好高層建筑的地基與基礎設計工作
        高層建筑和其他建筑物一樣,地基和基礎是關鍵,如果沒有堅固的基礎,高層建筑將無從談起。在地基與基礎設計的過程中,首先要對地質條件進行充分的了解,其次要根據地質條件選擇地基設計方法,最后要將地基與基礎設計工作與整體計算結合在一起。

         2.4 要做好結構件之外的普通構件的強度計算工作
         在高層建筑中,除了主要結構件之外,還有一些在外墻及房頂上起到美觀作用的普通構件。雖然這些普通構件對整個建筑物不起結構支撐作用,但是由于風阻以及載荷等原因,需要考慮這些普通構件對建筑物的影響,因此需要做好普通構件的強度計算工作。

    三、高層建筑結構設計特點分析

       在高層建筑結構設計中,要想做好設計工作,獲得滿意的設計方案,就必須對高層建筑結構設計的特點進行分析,把握其設計要點。通過多年的高層建筑結構設計發現,高層建筑結構設計具有以下特點:

       3.1 高層建筑的水平載荷是保證安全性和穩定性的重要因素
        高層建筑的水平載荷是結構設計中必須要考慮的因素,因為高層建筑與普通建筑不同,樓房的自身重量和樓房側面的載荷在樓房縱向的構件會引起軸力和彎矩的變化,這些數值變化都關系到高層建筑的水平載荷。只有處理好了水平載荷,在能有效保證高層建筑具有較強的穩定性。
 
        3.2 高層建筑在結構設計中一定要防止出現軸向變形
       在高層建筑結構設計中,除了要保證水平載荷外,還要控制好軸向變形,使軸向變形在可控的范圍之內。由于高層建筑的縱向載荷較大,會引起主體立柱的軸向變形,如果軸向變形過大,將導致跨中彎矩與端支座彎矩變大,影響整體的結構的穩定性和安全性,會造成一定程度的側移動。

       3.3 高層建筑在結構設計中必須要考慮側移的因素,并加以控制
       除了以上兩個特點之外,在高層建筑結構設計中,我們還要避免產生側移。對于側移的危害我們都有了解,不但危害高層建筑的壽命,而且極大的危害了高層建筑的安全性和穩定性。所以,我們要充分考慮到高層建筑與普通樓房的差異,在設計中要充分考慮側移的因素,并加以控制。

         3.4 高層建筑在結構設計中要保證一定的結構延性
        由于高層建筑的高度決定,高層建筑的整體結構要偏柔一些,一旦遇到地震,發生的形變也比較大。為了保證高層建筑在發生變形之后能夠及時的恢復原有的形狀,避免垮塌,就要在結構設計的時候,充分考慮這一因素,保證高層建筑的結構具有一定的延性,使高層建筑能夠在一定的范圍進行形變。




    四、如何解決高層建筑結構設計的扭轉問題

       建筑的三心通常是指結構重心,剛度中心以及幾何形心,因此,在設計高層建筑的結構時,應當特別注意最大限度地將建筑的三心融匯在同一點上,也就是要保證高層建筑的三心合一。

       高層建筑結構的扭轉問題具體指的是在設計高層建筑的結構時,沒有切實的保證三心合一,因此,在水平荷載的作用之下,扭轉振動效應便產生了。為了有效地防止由于在水平荷載所導致的扭轉破壞,因此就必須在建筑結構的設計階段,來對結構形式與平面布局進行科學及合理地選擇,最大限度地保證建筑物的三心合一。

    往往由于受到了水平荷載的不良影響下,建筑物所產生的扭轉作用實際的大小是由質量分布所決定的。為了使建筑樓層的水平用力能夠均勻地分布于水平面,盡可能地將建筑結構的振動減輕,那么對于建筑的平面來講,就應當采用正多邊形、矩形、方形、或者圓形等較為簡單的平面形式。
       
        由于建筑場地受到一定的限制以及城市規劃對建筑街景的要求,這就使得高層建筑無法全面的采取簡單的平面形式,如果需要采取一些不規則而又非常復雜的平面形式,比如十字形、L形、T形,那么就必須盡可能地把突出部分的厚度和凸出部分的寬度的比值控制在允許的標準范圍之內。與此同時,在布置平面結構的時候,還應當確保結構的對稱。

    

        高層建筑的結構設計是一項全面及系統性的工作,需要設計人員具備嚴謹認真的工作態度、靈活的創新思維,而且還需要具備扎實且豐富的理論知識,高層建筑的設計人員應當針對高層建筑結構設計當中應當重點強調的問題,深刻的理解各項設計規程及規范的具體含義,同時積極的與其他專業相配合,善于總結及反思設計工作當中的教訓與經驗,切實的避免安全隱患的存在。


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