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高层建筑结构设计难点分析

作者:未知

  【摘 要】在现在的大规模的城市建设中,高层建筑的比重正在提高。高层建筑作为建筑业的新产品,有着广阔的发展前景,有着其他的建筑所没有的复杂性和可变性。现在,更多的新型建筑设计方案以空前的速度出现在城市建设中。建筑物的类型越来越复杂,高层建筑的结构设计体系也越来越多样化。这对于高层建筑结构设计者来说是一个很大的挑战,基于此文章就高层建筑结构设计难点展开论述。
  【关键词】高层建筑;结构设计;难点;对策
  引言
  随着城市发展速率逐步提升,城市发展资源利用效率提升,逐步成为房产开发的主要趋向。高层建筑,就是城市土地资源高效利用的代表。为了进一步发挥城市高层建筑,在城市资源高效利用中的作用,就必须准确把握结构设计环节的实践要点。
  1高层建筑结构设计指导理论
  高层建筑结构设计,是指在高层建筑模型规划阶段中,设计人员结合高层建筑的相关要素,开展高层设计条件的综合调节。一般来说,高层建筑结构设计时,设计师需结合高层建筑的地理特征、施工方法、以及建筑设计的一般特征等条件,对建筑结构设计要点的把握,因而,其实践过程具有关联性、基础性的特征,设计人员在把握技术实施要点时,需从其项目具体结构设计条件整合策略。同时,高层建筑结构设计过程中,设计人员也必须保障设计创新点,与高层建筑结构的建筑方案结合在一起,确保高层建筑结构设计美观性与可靠性的协调统一,这也是把握其结构设计的理论基础。
  2高层建筑结构设计难点
  2.1高层建筑结构设计中扭转效应的控制
  2.1.1应当均匀、对称的布置抗侧力结构
  坚持均匀、分散、对称的基本原则参与高层建筑结构设计,是结构工程师须重视的。
  在设计过程中,为做好扭转效应的控制,应当确保结构质量中心与刚度中心尽可能让的接近。如果二者偏离较大,则会造成高层建筑结构的抗侧力构件布置不均匀,那么建造的高层建筑结构就会在地震作用下发生较为明显的扭转效应,不利于结构安全保证。
  2.1.2应当确保平面刚度的均匀
  平面刚度的均匀与否,决定了处于地震作用下的高层建筑结构是否出现扭转破坏这一现象。在结构设计过程中,结构工程师要充分考虑所有影响刚度均匀与否的因素,其中如何布置剪力墙是一个重要的指标。
  在设计中,并可以将剪力墙集中布置在结构的一端,这是因为在地震作用下扭转效应会很大,不利于结构主体的安全稳固。则需要考虑对称布置的剪力墙,确保有一个均匀的平面刚度。
  2.1.3应当提升结构的抗扭刚度
  在高层建筑结构设计中,遵循力学原理可知,如果构件离质心越远,则其就具有较大的抗扭刚度。未有效提升高层建筑结构的抗扭刚度,应当在结构周边布置刚度较大的抗侧力构件或剪力墙。除此之外,可采取的措施还包括以下几点:
  (1)采取局部加强四周框架梁刚度的框架结构设计方案,即将L形剪力墙布置在高层建筑的四角部位;(2)增加剪力墙的厚度;(3)增加周边剪力墙连梁的高度,具体是把楼面到窗下部分做成连梁,预留合适大小的窗洞,可以有效提升高层建筑结构的抗扭刚度。
  2.2高层建筑结构的抗倒塌设计
  对于高层建筑结构设计而言,抗倒塌设计是一项重要的工作。结构工程师往往在设计中优先选择最经济的办法,其中提高结构中重要构件的延性是一个很有效的方法。对于不同类型的高层建筑结构,应当采取不同的抗倒塌设计方法,如那些结构相对简单且刚度沿高度均匀分布的高层建筑,可以考虑提高底层构件的延性的方法;有部分高层建筑存在不规则立面,就需要在体形突变处考虑适当增强楼层构件延性的方法;很多高层建筑属于大底盘类型,为提高其抗倒塌能力,可采取提升高主楼与裙房顶面相衔接的楼层中构件的延性的方法。
  在高层建筑设计中做到“强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱杆件”,有助于结构在地震发生时快速进入弹塑性状态,有效的吸收地震所发散出的能量,增强结构主体抗御更高烈度地震的能力。地震发生时,受强震作用,高层建筑结构的内力分配有着一定的规则,是依据结构框架中各构件的实际承载力进行受力分配的,而构件截面的实际配筋决定了构建承载力大小。
  因此,在高層建筑结构的抗倒塌性设计时,要格外重视构件截面纵向钢筋的配置情况。需要注意的是,过多配置构件的配筋会出现“强梁弱柱,强杆件弱节点”的问题,直接的结果是导致在地震作用下出现构件“小震不坏”,但由于延性结构缺乏会导致大震倒的问题。
  3更好的实现高层建筑结构设计的具体方法
  3.1做好高层建筑结构不良地基处理设计
  从高层建筑结构设计的整体观点来看,在此基础上需要完善设计的需求,满足不良的处理,使得在整体的设计上保证重要的过程和内容。认真认识高层建筑基础设计中不良地基处理的主要要求和技术要点,形成更规范的控制,更准确地控制地质和基础。为了完善和提高地基的稳定性,就要保证在此的安全性能,坚持以高层建筑结构设计的方案来实现技术和工作及其组织,同时还要严格实现高层建筑设计的标准,在此阶段需要强化及基本原则,把握好各项基础设计中最中心的参数和规则。同时在此基础上,还要保证设计的质量,对于高层建筑结构设计上来说,不断的强化基础设计和应用程序,全面掌握了高层建筑的基本要点,形成了高层建筑基础的处理的多样化设计方案。以在安全可靠的基础上保证经济合理的原则,确定了高层建筑不良地盘处理的最终设计方案。
  3.2做好高层建筑结构稳定性设计
  为了完善高层建筑的结构稳定性,就要坚持以科学的设计和计划。高层建筑的结构稳定性计算分析了高层建筑主体结构系统和局部系统的关系,提高了高层建筑的协调性和连续性,避免了高层建筑框架设计中的结构性失稳和承载力不足。高层建筑结构在进入主体结构部分设计时,强调结构的稳定性和连续性,通过合理的概念设计和科学的计算,形成系统、科学的主体和其他结构的连接关系,提高高层建筑结构的稳定性。在高层建筑框架的附属部分设计中,需要分析和利用剪力墙、框架结构和梁柱结构的细节,设计和计算高层建筑结构的应力和有负荷条件的平衡和稳定。在优化和强化高层建筑结构的稳定性,结合不同的剪力墙和墙柱稳定位置和使用,使得各梁柱上的高度保持一致,在此阶段上,坚持以提高高层建筑的连续性和稳定性来完善,使得高层建筑结构的功能上稳定化。
  3.3做好高层建筑材料应用结构设计
  材料的应用和设计是高层建筑结构设计的关键。在材料的应用设计中,根据由基础工程、主体结构和相关层所连接的重要部位,确定了钢筋和混凝土的受力范围,在确定部件和主题构造上,坚持以参数和类型来实现高层建筑结构的额设计和材料,考虑高层建筑结构的特征,从结构功能的角度来看材料应用设计的合理性,不断的走科学性和优化方案,使得在此操作上完善设计方案。在材料的应用和设计过程中,必须建立基础技术和参数系统,坚持以高层建筑材料和配送的工作,以完善优化和应用结构,使得在建筑材料商和施工上更加稳定。
  结语
  随着各地越来越重视高层建筑的建设,对其结构进行科学合理的设计也就成为了结构工程师重要的工作。而高层结构设计工作较之于多层结构有着更复杂、更繁琐的计算和分析过程,任何一个环节的遗漏或错误,都有可能导致高层建筑结构在安全稳定性上的致命缺陷,给高层建筑施工带来安全隐患,无法达到国家或行业相关标准规定的质量安全。因此,为了完善高层建筑结构设计就要坚持以现代建筑设计与发展理论为主,对现代城市高层建筑结构设计创新具有指导作用。所以,设计过程中要仔细分析高层建筑结构设计的难点,以便更科学的进行设计。
  参考文献:
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  [4]赵海峰.高层建筑结构设计的问题分析及对策研究[J].江西建材,2016(22):10+15.
  (作者单位:1河南省医药设计院有限公司;
  2甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院)
论文来源:《科学导报·科学工程与电力》 2019年12期
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