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高層建筑結(jié)構(gòu)設計特點研究論文
摘要:在經(jīng)濟與社會高速發(fā)展的背景下,現(xiàn)代化城市的建設進程逐漸加快。在這一背景下,高層建筑獲得長足發(fā)展。由于高層建筑結(jié)構(gòu)較為復雜,在設計過程中需要結(jié)合其特點進行相對合理的優(yōu)化,為高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性提供保障。對此,本文主要圍繞高層建筑結(jié)構(gòu)的設計特點展開分析,并提出了行之有效的設計方法。
關(guān)鍵詞:高層建筑結(jié)構(gòu);特點;設計
隨著城市人口數(shù)量的大幅度增加。我國當前的城市建筑用地資源呈現(xiàn)出緊張局面。在這一背景下,高層建筑物應運而生,由于其建筑層數(shù)多且高,建筑結(jié)構(gòu)較為復雜,為設計人員增加了諸多難題。所以在設計高層建筑結(jié)構(gòu)的同時,要求設計人員切實考慮高層建筑結(jié)構(gòu)特點,制定相對合理的設計方案,實現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)的先進性、安全性與穩(wěn)定性,繼而提高現(xiàn)代城市高層建筑結(jié)構(gòu)的設計效率與設計質(zhì)量。
1分析我國高層建筑結(jié)構(gòu)的設計特點
相對于層數(shù)低且多層的建筑結(jié)構(gòu)而言,高層建筑結(jié)構(gòu)設計更加復雜且更為關(guān)鍵,結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量的高效與否,對高層建筑平面的整體布置、建筑高度、立面體形、機電管道的合理規(guī)劃、施工技術(shù)標準、施工周期、造價成本等方面起著決定性的影響作用,其良好的設計特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
1.1水平力
研究一般低層建筑與多層建筑物的結(jié)構(gòu)設計發(fā)現(xiàn),普遍都是以豎向荷載為前提。而在高層建筑物的結(jié)構(gòu)設計中,其決定性影響作用的則是水平荷載,盡管豎向荷載也在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中發(fā)揮著重要作用,但并不是最重要的設計要素。不難發(fā)現(xiàn),在現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容中,彎矩數(shù)值和豎向軸力,與高層建筑高度的一次方形成正比。同時,水平荷載對建筑結(jié)構(gòu)的軸力與傾覆力,和高層建筑高度的兩次方形成正比。因此,在現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設計中,水平荷載發(fā)揮著決定性的影響作用。
1.2結(jié)構(gòu)側(cè)移
在高層建筑結(jié)構(gòu)的設計優(yōu)化過程中,持續(xù)增加的建筑高度,容易加大結(jié)構(gòu)水平荷載的側(cè)向變形,并同高層建筑高度的四次方形成正比。在這一背景因素下,高層建筑結(jié)構(gòu)的設計優(yōu)化,逐漸將結(jié)構(gòu)側(cè)移視為重要的設計要素。
1.3提出更高要求的抗震設計
在高層建筑結(jié)構(gòu)的設計優(yōu)化過程中,對抗震性能的要求不斷提高。在這一過程中,需要切實考慮風荷載因素與豎向荷載因素,提高建筑結(jié)構(gòu)性能的使用質(zhì)量,并保證其高效的使用性能。只有做到以上幾點,才可以實現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的高效提升,為高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性、安全性與適用性提供保障。
1.4降低高層建筑自重比
在高層建筑結(jié)構(gòu)的設計優(yōu)化過程中,相對于多層建筑自重比而言,高層建筑自重比的降低,存在更加直接的影響作用。當高層建筑自重比降低時,可以在這一基礎(chǔ)上實現(xiàn)多層數(shù)的建設,有利于提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟效益與社會效益;另一方面,地震效應與高層建筑整體質(zhì)量成正比,高層建筑重量值越高,在地震災害爆發(fā)時其建筑結(jié)構(gòu)方面的作用剪力會隨之增大,并增加相應的傾覆力矩值。進一步增加了豎向結(jié)構(gòu)的除加軸力值,為高層建筑的坍塌埋下安全隱患。因此,高層建筑自重比的合理降低,在提升高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能優(yōu)勢的多元化措施中,占據(jù)關(guān)鍵位置。
1.5加強對軸向變形的重視
采取框架與框架體系,并應用在剪力墻體系的高層建筑物方面。通常情況下,其建筑框架中柱的軸壓應力值遠遠超出框架邊柱的軸壓應力值,而框架邊柱軸向壓縮變形遠遠低于框架中柱軸向壓縮變形。當高層建筑高度達到一定程度,其軸向變形之間存在的差距會形成較高數(shù)值,容易導致建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)連續(xù)梁中間的支座出現(xiàn)沉陷現(xiàn)象,并降低了連續(xù)梁中間支座處負彎矩值,進一步增大端支座負彎矩值與跨中正彎矩值。
1.6同等重視計算設計與概念設計
在設計優(yōu)化我國高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的過程中,一般包括計算設計與概念設計兩個方面。現(xiàn)階段,無論是從分析原則還是分析手段方面,我國高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計與抗震性能都得到了長期的完善和健全。但是,計算設計必須要以相對合理的假想因素為前提,由于地震作用具備復雜、不確定性等諸多不可知因素,由此致使建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設計優(yōu)化和實際情況存在諸多出入,使得建筑結(jié)構(gòu)在進入彈塑性后,極易出現(xiàn)局部裂縫等破損現(xiàn)象。所以,要重視概念設計在高層建筑結(jié)構(gòu)中的影響作用。
2分析高層建筑結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)化方法
現(xiàn)階段,我國高層建筑工程對鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的應用較為廣泛。其框架結(jié)構(gòu)的整體性,可以實現(xiàn)布置規(guī)劃的動態(tài)性與靈活性,拓寬使用空間,為使用性能與抗震性能提供保障。主要分析了高層建筑結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的設計策略,并結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設計提出相對合理的規(guī)范要求。
2.1鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設計策略
(1)初始選型。結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)整體平面與立面規(guī)劃、設計使用性能等因素,對結(jié)構(gòu)承受的水平荷載、豎向荷載與傳力路線展開分析,結(jié)合具體施工需求,對結(jié)構(gòu)框架梁、框架柱種類進行歸納總結(jié),選擇合理的梁柱幾何尺寸;(2)結(jié)構(gòu)的具體分析。在計算建筑結(jié)構(gòu)承受的水平荷載與豎向荷載時,需要結(jié)合其具體幾何造型特點,加以分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的空間內(nèi)力。依照分析內(nèi)容,在對截面內(nèi)力進行控制時,需要參考相同截面尺寸的構(gòu)件,并加以分類,明確所有構(gòu)件類型的相關(guān)應力值;(3)截面設計。在設計過程中,需要參考不同類型梁柱構(gòu)件的設計控制應力,在分析建筑結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)造特點與鋼筋配筋特點的同時,制定約束機制,實現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)的設計優(yōu)化;(4)結(jié)構(gòu)收斂性。以高層建筑工程的精度性為基礎(chǔ),選擇相對較小的數(shù)值,視為對建筑結(jié)構(gòu)收斂性進行檢驗判斷的基礎(chǔ)條件。在收斂性檢驗中,如果設計結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)相同,則設計結(jié)構(gòu)具備收斂性,可以展開更進一步的可行性檢驗;(5)可行性檢驗。對結(jié)構(gòu)設計成果展開內(nèi)力分析,保證其可用性能的高效性。如果分析結(jié)果可以滿足建筑工程設計的規(guī)范標準,便可以按照這一設計方案展開構(gòu)造與配筋處理。一旦分析結(jié)果不甚滿意,則要求相關(guān)人員結(jié)合自身以往的工程設計經(jīng)驗與結(jié)構(gòu)設計成果,進行局部性的調(diào)整,最大程度保證設計方案的可用性能。
2.2框—剪結(jié)構(gòu)的設計方法
在優(yōu)化設計高層建筑結(jié)構(gòu)框架—剪力墻的過程中,需要考慮多個方面。即決策建筑結(jié)構(gòu)設防能力的最大程度優(yōu)化;結(jié)合不同影響因素,保證建筑框架與剪力墻結(jié)構(gòu)之間的承載力、剛度、協(xié)調(diào)性與變形水平的匹配優(yōu)化設計。此外,還要做到具體問題具體分析,設計并優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的每一構(gòu)件。
2.3建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性
首先,避免采用缺乏規(guī)則約束的建筑結(jié)構(gòu)體系。在高層建筑結(jié)構(gòu)的設計過程中,嚴格遵循抗震概念設計規(guī)范,不采納缺乏規(guī)則約束的結(jié)構(gòu)設計規(guī)劃,保證高層建筑結(jié)構(gòu)體系具備良好的承載水平、剛度與變形水平。并加大對結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量的檢查力度,防止部分構(gòu)件出現(xiàn)破損,從而造成整體結(jié)構(gòu)缺失風荷載、地震作用與承受能力現(xiàn)象的出現(xiàn);其次,要求現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)豎向與水平布置的均勻性,保證其剛度與承載力的合理性,并實現(xiàn)抗震防線的多道化。
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