高层建筑结构设计要点分析

时间:2022-02-07 10:55:02 浏览量:

王玉菲 甄少凯 谭新 孙金辉

摘要:高层建筑物的出现,极大地改善了城市人群的居住环境,也有效地丰富了城市建筑物的类型。在高层建筑结构设计的过程中,不仅要满足建筑物本身的各种特性,还要结合具体的使用目的、环境安全进行专业有效的设计,并对结构内部的各个要点进行可靠设计,以最大化地满足高层建筑的优势发挥。

关键词:高层建筑;结构设计;要点

一、高层建筑结构设计中存在的问题

(一)设计中计算简图使用问题

在高层建筑进行结构设计的过程中,存在着计算简图不准确的现象。高层建筑的建筑高度很高,相比多层建筑需要进行更严格的设计与计算,结构本身需要承受更多的荷载,但是在部分高层建筑物的结构设计过程中,对建筑物承受的外力计算不准确,不能合理地将各种外力影响因素进行分析、计算,计算简图与实际建筑物的结构体系有偏差,造成整体建筑物的结构计算结果有误,影响高层建筑物的施工和使用安全。

(二)设计中嵌固端位置选取问题

在高层建筑物的设计过程中,嵌固端位置的选取问题,影响了设计的合理性和安全性。嵌固端位置的选取对整个高层建筑物的结构设计非常重要,在某些设计中,简单地默认地下室顶板为建筑的嵌固端,这样的设计很不合理,是当前结构设计中的主要问题。另外,并没有对地下室顶板的刚度进行精确的计算,如存在楼板开大洞的情况,造成地下室顶板刚度损失过大,使顶板作为嵌固端的条件不足,很可能造成结构安全隐患。

二、高层建筑结构设计要点的对策分析

(一)对计算简图合理使用

在高层建筑结构设计过程中,要善于合理地应用计算简图。计算简图指用一个简化的图形代替实际结构,反映实际结构的主要性能。

高層建筑结构体系比较复杂,很难凭空想象结构的受力、传力模式,而如果能熟练地使用计算简图,就能在设计之初,对整体结构有相对明确的把控,对下一步精细设计进行完善的准备,虽然是计算简图,但是各种设计的要素和重点应全部涵盖,要保证从实际出发,真正地适用于该结构,以便于后期更好地进行对比和计算。

另外,在计算过程中,要对各种影响计算结果的因素进行分析,对这些影响因素可能产生的影响进行预测和计算,尽可能地准确,保证将影响因素的作用降到最低,发挥出计算简图的作用。

(二)对嵌固端进行合理设计

嵌固端就是预期塑性铰出现的部位,嵌固部位应能限制结构上部构件在水平方向的平动位移和转角位移,并将上部结构的剪力全部传递给下部结构。因此在选择嵌固端时通过对结构刚度和承载力的调整,使塑性铰出现在设计预选的位置。对于把地下室顶板作为结构嵌固端,首先,地下室的顶板标高与室外的实际地面高差,一般情况下不能高于地下1层高度的1/3。

其次,地下室顶板采用现浇梁板结构,不能开设大面积孔洞,使楼板刚度满足设计的要求。要保证整个结构的承载力能够得到顺利的传递,在实际施工过程中,地下室顶板的厚度要在180 mm以上,混凝土的等级也要在C30以上,配筋率不小于0.25%才符合结构规范要求。如地下室顶板不能满足成为嵌固端的相关要求时,应将嵌固端移至结构的最底部,即地下室底板。对于不带地下室的结构,地震作用下结构塑性铰一般出现在结构最底部,基础面作为结构嵌固端。

(三)对结构扭转进行合理设计

1、结构抗侧力合理布置

在高层建筑结构设计的过程中,要依照均匀、分散、对称的原则进行设计,尤其是在进行结构扭转设计的过程中,更要注意严谨遵循这些原则。在设计过程中,为了更好地控制结构扭转的现象,要对结构的质量中心和刚度中心之间的距离进行必要的控制,如果两者之间的距离太大,则会出现高层建筑整体抗侧力分配不均匀的问题,一旦出现如地震、强风等影响,会造成高层建筑整体扭曲的现象。

2、平面刚度均匀性增强

在高层建筑结构设计过程中,要对平面的刚度均匀性进行有效的增强,使其更好地保证设计的合理和稳定。平面刚度的设计在整个结构设计中发挥着降低扭转破坏程度的作用,如结构平面刚度分布不均,在结构发生扭转时,抗侧刚度弱的一侧就会出现很大位移,导致结构发生扭转破坏,因此在设计过程中,要在合理的位置设置剪力墙。在剪力墙的设置过程中,要综合分析整体建筑高层的情况,进行对称、合理的布置,以最大限度地减小扭曲发生的程度,保证整个建筑平面刚度均匀性,发挥出最佳的设计效果。

3、抗扭刚度结构性增强

在高层建筑结构设计过程中,为最大地减少扭转发生的不利影响作用,结构的侧向刚度应均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度应自上而下逐渐增强,且应避免抗侧力构件的侧向刚度和承载力突变。一般情况下,增加刚度有2种途径,第一种,对抗侧力的刚度的提升,第二种,对剪力墙进行刚度的提升。其中,在进行剪力墙刚度提升的过程中,大多数设计会使用以下几种方法。

(1)在设计过程中,对整个高层建筑的四周进行刚度的保障,并在四周设置L形剪力墙的设计,保证四周的稳定。

(2)对剪力墙的厚度进行必要的提高,提升剪力墙的刚度。

(3)增加剪力墙梁的高度,在增加的过程中,巧妙地使用楼层中窗下的位置,进行连梁的设计,能有效提升整个结构的抗扭刚度。

(四)对结构抗震进行合理设计

1、合理选择建筑位置

要注意对建筑物的建筑位置进行合理的设计。首先,要对建筑物所在城市的地震情况进行详细的了解,对地震带的分布进行必要的勘测,在选择建设高层建筑的过程中,不能将高层建筑物设计在地震断裂带的位置,这样会增大高层建筑物的安全风险。要选择在相对稳定,且地震影响较小的位置进行高层建筑物的设计。其次,要对高层建筑物的具体设计区域进行地质勘测,由于高层建筑物在长期的使用过程中,会对地层产生一定的沉降问题,要选择有资质的专业地勘单位对土层情况进行检测,避免高层建筑在后期的施工和使用过程中,出现大面积不均匀沉降现象,影响整个结构的安全和稳定,也限制了抗震结构的合理设计。

2、结构形式的选择

不同的结构形式直接影响建筑的抗震性能。高层建筑常用的结构形式包括框架剪力墙结构、筒中筒结构、剪力墙结构、钢框架结构等。根据建筑高度、平面布局、设防烈度等因素选择合理的结构形式,尽可能地将抗震设计融合在整体设计中的每一个环节,才能使整个结构设计既安全又经济。

三、结束语

以上就是对高层建筑结构设计中存在问题的分析,高层建筑结构设计涉及的方面很多,存在的问题也很多,随着社会的进步和建筑技术的不断发展,高层建筑也越来越多,希望本文能对高层建筑结构设计提供一定帮助。

参考文献:

[1]赵鑫.高层建筑混凝土结构优化设计分析研究[J].工程建设与设计,2020(5):18–19,43.

[2]李盛勇,吕坚锋,徐麟,廖耘.高层建筑结构合理构成与高效率结构设计[J].建筑结构,2020,50(4):1–7,24.

[3]康颖.高层及多层民用建筑设计中剪力墙的结构设计研究[J].建材与装饰,2020(6):75–76.

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