【对高层建筑结构设计相关问题的探讨】 高层建筑结构设计答案

发布时间:2019-08-28 01:29:50 来源: 合同范本 点击:

  摘要:针对高层建筑飞速增加这一新?#38382;疲?#24517;须将高层建筑结构设计问题放在重要位置上进行探讨。本文分析了结构设计中应该注意的相关问题。   关键词:结构选型;结构受力;地基设计
  中图分类号:TU318 文献标识码:A
  引言:随着高层建筑在我国的迅速发展,建筑高度的不断增加,建筑类型与功能的愈来愈复杂,结构体系的更加多样化,高层建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。
  1、结构选型阶段
  对于高层结构而言,在工程设计的结构选型阶段,结构工程师应该注意以下几点:
  1.1 结构的规则性问题
  新旧规?#23545;?#36825;方面的内容出现了较大的变动,新规?#23545;?#36825;方面增添了相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等,而且,新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此,结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意,以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
  1.2 嵌固端的设置问题
  由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此,在这个问题上,结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系?#34892;?#35201;注意的方面,如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题,而忽略其中任何一个方面?#21152;?#21487;能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
  1.3 结构的超高问题
  在抗震规范与高规中,对结构的总高度?#21152;?#20005;格的限制,尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外,增加了B级高度的建筑,因此。必须对结构的该项控制因素严格注意,一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。
  在?#23548;?#24037;程设计中,出现过由于结构类型的变更而忽略该问题。导致施工图审查时未予通过,必须重新进行设计或需要开专?#19968;?#35758;进?#26032;?#35777;等工作的情况,对工程工期、造价等整体规划的影响相?#26412;?#22823;。
  1.4 ?#35752;?#21098;力墙的设置问题
  在新规范中,对墙肢截面高厚比为5-8的墙定义为?#35752;?#21098;力墙。且根据实验资料和?#23548;?#32463;验,对?#35752;?#21098;力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制,因此,在高层建筑设计中,结构工程师应尽可能少采用或不用?#35752;?#21098;力墙,以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
  2、高层建筑结构受力方面
  对于一个建筑物的最初的方案设计,建筑师考虑更多的是它的空问组成特点,而不是详细地?#33539;?#23427;的具体结构。
  建筑物底面对建筑物空间?#38382;?#30340;竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的,由于建筑物是由一些大而重的构件所组成,因此结构必须能将它本身的重量传至地面,结构的荷载总是向下作用于地面的,而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的?#24615;?#21147;之间的关系,所以,在建筑设计的方案阶段,就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。
  对于低层、多层和高层建筑,竖向和水?#36739;?#32467;构体系的设计基本原理都是相同的,但是,随着高度的不断增加。竖向结构体系成为设计的控制因素,其原因有两个:其一,较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒;其二,侧向力所产生的倾覆力矩?#22270;?#20999;变形要大得多。
  与竖向荷载相比,侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的,而随建筑高度的增高迅速增大。例如,在所有条件相同时,在风荷载作用下,建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比,而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比,地震的作用效应更加明显。在高层建筑中,问题不仅仅?#24378;?#21098;,而更重要的是整体抗弯和抵抗变形,可见,高层建筑的结构受力?#38405;?#19982;低层建筑有很大的差异。
  3、地基与基础设计方面
  地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面,不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行,同时,也?#19988;?#20026;地基基础也是整个工程造价的决定性因素,因此,在这一阶段,所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。
  在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广,地质条件相当复杂,作为国家标准,仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定,因此,作为建立在国家标准之下的地方标准。
  地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确,所以,在进行地基基础设计时,一定要对地方规范进行深入地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。
  基础应该要有一定的埋深,埋置深度可?#28304;?#23460;外地坪一直算到基础底面,对于独立的高层建筑而言,基础埋深比较容易?#33539;ǎ?#20294;当今多数高层建筑与地下车库都是相互连接的,当地下车库基础采用筏板基础或设有防水底板的独立基础(防水底板不宜太薄)时,高层建筑的基础埋深可从室外地坪算起,此时高层建筑地下室顶板及地下车库顶板应按嵌固层要求设计,地下车库应有足够的侧向刚度作为高层建筑的侧限。
  4、结构计算与分析方面
  在结构计算与分析阶段,如何准确,高效地对工?#25506;?#34892;内力分析并按?#23637;?#33539;要求进行设计和处理,是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进,因此,结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。
  4.1结构整体计算的软件选择
  目前比较通用的计算软件有:SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等,但是,由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异,因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以,在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件,并从不同软件相差较大的计算结果中,判断哪个是合理的、哪个?#24378;?#20197;作为参考的,哪个又是意义不大的,这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。
  4.2多塔之间各地震周期的互相干扰,是否需要分开计算
  一?#38382;?#38388;以来,大?#30528;蹋?#22810;塔楼的高层建筑类型大量涌现,而在计算分析该类型高层建筑时,是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算,还是将结构人为地分开进行计算,是结构工程师必须注意的问题。如果多塔间刚度相差较大,就有可能出现?#35789;?#25391;型参与系数满足要求,但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大,从而便结构出现不安全的隐患。
  4.3振型数目是否足够
  在新规范中增加一个振型参与系数的概念,并明确提出了该?#38382;?#30340;限值。由于在旧规范设计中,并未提出振型参与系数的概念,或?#35789;?#26377;该概念,该?#38382;?#30340;限值也未必一定符合新规范的要求,因此,在计算分析阶段必须对计算结果中该?#38382;?#30340;结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。
  4.4是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响
  该部分内容?#23548;?#19978;在新老规范中?#21152;?#25552;及,只是,在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。
  4.5非结构构件的计算与设计
  在高层建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系?#38405;?#30340;非结构构件。对这部分内容,尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大。因此,必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。
  5.结语
  结构设计并不是一脉相承的死物。它随着我们社会的发展在不停的进步。人民对建筑物的安全性,实用性以及经济性的要求日益剧增。工程设计人员所一直遵循的各种规范也在一直补充修改。作为一个专业的工程设计人员不能墨守成规,要与?#26412;?#36827;。只要人类在不停的进步,我们工程设计人?#26412;?#26377;学不完的课题。
  参考文献:
  [1] 李祖钞. 高层建筑结构设计中的常见问题探讨[J].建材发展导向,2011(3)
  [2] 刘伟琼. 关于高层建筑结构设计探析 [M]. 建筑?#38469;?/a>,2011(3)
  

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