高层建筑结构设计要点分析

1高层建筑结构设计特点

1。1水平作用是决定因素

首先,因建筑结构本身存在自重,这将在竖向构件中引起轴力弯矩,数值正比于建筑高度的一次方,在水平力的作用下,结构将产生倾覆力矩,数值正比于建筑高度的二次方;此外,如果建筑物的高度确定了论文网,竖直方向的载荷基本就是固定值,但水平方向的作用力并不确定,会受到地震。风等因素作用的影响。

1。2侧移是控制指标

与多层建筑相比,决定高层建筑结构设计中的关键因素是结构侧移。水平载荷作用下产生的结构侧移会随着建筑物高度的增长而不断增加,结构定点处的侧移正比于建筑物高度的四次方。因此为了保障建筑物的安全性,必须做好结构侧移的控制。

1。3结构延性成为重要设计指标

延性是指构件在受到载荷而屈服后,有足够的塑形变形性能,而产生塑形变形后,承载能力不改变或基本不存在下降现象,通常用延性比来表示。随着外载荷的不断增加,受弯构件会出现如下现象,首先受拉区域的混凝土会有裂缝出现,甚至变形。然后受拉钢筋会出现屈服变形,受压区域高度下降,甚至出现混凝土被压碎的现象,最后可能造成构件破坏。

1。4轴向变形也不容轻视

随着建筑物高度的增加,竖向载荷也会不断加大,这就可能使柱中产生很大的轴向变形,进而对连续梁弯矩造成不良影响,连续梁中间支座处的负弯矩会因此变小,跨中部分的正弯矩值和端支座处的负弯矩值会受影响而变大,因此,下料的实际长度要将轴向变形的具体数值考虑在内;此外,也会影响到构件剪力和侧移。所以要对构件的竖向变形做到正确分析与考虑,才能保障计算结果的准确。

2高层建筑结构设计问题

2。1设计人员基础知识薄弱

在一些规模较小的设计公司,设计人员对施工的工艺流程掌握不到位,脱离了设计图库和计算机根本无法完成图纸的设计,施工现场设计经验不足,施工过程中遇到的技术难题不能凭借专业知识和经验有效解决。这样缺乏经验指导。纸上谈兵的建筑图纸,在低成本的小型建筑项目中应用广泛,比如一些拆迁项目重建,这些建筑物通常存在技术隐患,使用寿命不长的问题。

2。2结构抗震概念设计不足,标准及规范推广应用落后

高层建筑结构设计中,通常存在结构抗震性能考虑不充分的问题。地震带分布不一,部分省市对抗震结构设计没有足够的重视,致使结构抗震设计的发展一直处于缓慢状态。与日本和美国具有较为突出的抗震概念设计成果的国家,有关抗震性能的设计标准应用和推广的力度不够。

2。3建筑物超高问题

建筑物的层数越来越多,高度也不断增加,因此,建筑质量和抗震性能等方面都有很多问题需要解决。与多层建筑相比,高层建筑的抗震性能要求较高,相关规范以及行业标准应对建筑物的高度有明确的规定,超高建筑在设计过程要将抗震要求考虑其中。目前一些高层建筑存在超高问题,而又没有制定严格的抗震措施。

2。4短肢剪力墙的设置

将那些墙肢截面高度与厚度的比值位于5～8的剪力墙定义为短肢剪力墙。近年来逐渐发展起来的短肢剪力墙结构,虽然对住宅建筑的布置比较有利,也可以使结构的自重减轻,但在高层住宅中需要注意的是,剪力墙肢的设计不宜太短,这是因为短肢剪力墙所具有的抗震性能不佳,为了确保安全,高层建筑结构中剪力墙的设置不应采用全部都是短肢剪力墙的结构。

3高层建筑结构设计要点

3。1地基与基础设计

结构工程师越来越重视地基与基础的设计,这个阶段的设计过程能否合理的完成将直接影响后期设计工作的顺利进行情况,也直接决定着整个项目的运作成本。因此,这个阶段极为重要,存在着不可预计的问题,处理不好可能造成不可估量的损失。高层建筑应根据整体布局的设计来确定满足承载要求和不均匀沉降的地基形式。可通过设置地下室的方式用于减小高层建筑地基的沉降问题,这也有利于保证地基的承载力和建筑物主体的稳定性。

3。2建筑结构受力性能

在建筑结构的最初设计过程中,建筑设计师往往考虑最多的是有关空间组合的设计,而不是对具体的结构进行确定。分析建筑的结构组成,水平和垂直方向上的空间稳定性极为重要,因为有些建筑物的组成中包含很多又大又重的组合物,因此结构必须具备将自重传至基础的能力,结构承受的载荷能够向下作用于基础面,因此在建筑结构设计中必须明确结构体系中向下的作用力与地基所能承受的力之间的关系,要对主要的承重墙的数量以及分布情况做出明确的设计。

3。3建筑结构设计中的扭转问题

要将建筑三心即几何形心。刚度中心。结构重心,尽量汇聚于一点,做到三心合一,这是结构设计中必须要保证的因素。而在设计过程中不能保证三心合一是造成结构扭转的直接原因,当结构受到水平载荷作用时将发生扭转震动效应。为了确保建筑物不因承受水平载荷发生扭转而遭到破坏,在结构设计过程中要做好结构的合理设计和整体的平面布局,因此要尽量保证建筑物三心合一。当高层建筑物承受水平载荷时,扭转程度取决于质量分配。为了使结构受力均匀,楼层的水平作用力应该沿平面分布,使结构的扭转振动减小,因此,建筑平面应该尽量采用方形。圆形。正多边形等平面图形。实际施工过程中,由于街景的限制,高层建筑完全采用平面形式不可能完成施工,也需要采用如十字形。T形。L形。等较为复杂的平面图形,这就需要控制好突出部分厚度与宽度的比值,使其在规定允许的范围之内,在结构布局设计时,尽量使其对称。

3。4建筑高度。高宽超限问题

现行房屋建筑规范给出了房屋的最大建筑高度和高宽比的最大限度值。实践应用中,有些高层建筑存在高度和高宽比的最大限度值超过规定值的问题。在结构设计过程中,若发现规范约定的建筑高度。长宽比和尺寸不能满足高层建筑物的复杂设计,应该将该建筑物按照超限高层建筑进行设计。同时,还需注意的问题是,除了结构设计的类型及抗震程度决定建筑物可达到的最大高度外,还受到场地类别的规则程度限制,当建筑物处于Ⅳ类场地或结构的竖向呈不均匀状态时,应适当降低最大高度。

3。5抗震设计要求更高

高层建筑结构设计要做好抗震防震设计,建筑物正常使用时所承受的竖向荷载和风荷载要正确计算,确保建筑物具备足够的抗震性能。

3。6概念设计和理论计算具有同等重要性

抗震设计由两部分组成,分别是计算设计和概念设计。虽然设计原则在不断改善,但抗震设计计算始终有一部分是在假象条件下进行的,影响地震的因素很多,大多复杂且不确定,结构体系本身就比较复杂,同时还要受到地基土等不确定因素的影响,因此通过理论分析计算得到的数值可能与实际情况相差较大。尤其是当结构进入到弹塑性变形阶段时,构件局部极有可能开裂,此时按照常规的计算原理去分析结构基本是行不通的。诸多实践表明,概念设计直接影响着高层建筑的结构设计。

4结束语

高层建筑在现代经济格局中得到了快速发展,结构设计人员对力学模型的合理性和建筑物结构的观赏性有更高的追求,更多的高素质高知识的人才朝着这个方向不断努力,未来,高层建筑将迎来更广阔的发展空间,值得期待。

高层建筑结构设计要点分析