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關(guān)鍵詞:高層住宅建筑;平面設(shè)計;立面設(shè)計;剖面設(shè)計;綜合形態(tài)
中圖分類號:[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:
Abstract: this paper respectively from the high-rise residential building plane, elevation, section and comprehensive view of the different form aspects of a high-rise residential building regional exploration design principle and the type of application.
Keywords: high-rise residential buildings; The plane design; The facade design; Profile design; Comprehensive form
一、平面設(shè)計的地域性原則
1.標(biāo)準(zhǔn)層平面形式的選擇與地域環(huán)境的隱形聯(lián)系平面形式是高層建筑形體的根本,尤其是標(biāo)準(zhǔn)層平面的設(shè)計對整棟建筑形體的影響最大。平面設(shè)計除考慮基本功能外,還要對結(jié)構(gòu)的可行性、經(jīng)濟(jì)性、施工的方便性等方面有所考慮。高層居住建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面形態(tài)的構(gòu)成主要分兩種:簡單幾何形體構(gòu)成,如方形、長方形、圓形、三角形、棱形、橢圓形等;由簡單幾何形變化組合構(gòu)成,常用的有切割法(以直、曲線為“刀”來切割上述簡單幾何形,構(gòu)成多種形態(tài))、剪切法(幾何形在“剪切”作用下錯位)、平移法(幾何形的一邊或數(shù)邊向外平移)、疊加法(相同或不同幾何形錯位相疊)。
2.場地的相關(guān)因素與建筑平面的互動
基地現(xiàn)狀對平面構(gòu)思與外形創(chuàng)造的制約:高層建筑的最大特點是利用有限的用地豎向拓展空間,騰出更多的用地以創(chuàng)造外部空間和綠化環(huán)境。高層居住建筑的平面形狀多受基地大小、形狀、位置的影響。小塊的方整地多適宜建造塔樓,窄條狹長場地適合建板式高層,地處十字路口、丁字路口、銳角交叉路口時,建筑平面要針對地形、地理位置的特點加以苦心經(jīng)營,除滿足功能要求外,對其形象的推敲要能在各方面爭取良好的視覺效果。
二、立面設(shè)計的地域性原則
在高層居住建筑地域性原則中,形體塑造和立面元素的構(gòu)成處理對其地點風(fēng)格的形象塑造具有重大影響,二者共同構(gòu)成了高層建筑外部形態(tài)的美學(xué)形式。建筑立面的整體效果是由建筑構(gòu)成比例、材質(zhì)、裝飾細(xì)部以及色彩效果等在一個綜合的構(gòu)想下組合成的整體形象。
1.立面細(xì)部元素及裝飾工藝的地域性表現(xiàn)
從立面細(xì)部元素入手,傳統(tǒng)地域建筑和民俗建筑細(xì)部元素的借鑒對高層建筑的整體藝術(shù)形象的創(chuàng)造具有不可低估的作用,其建筑立面的細(xì)部元素可以表現(xiàn)歷史傳統(tǒng)中的某些回憶、片斷,表達(dá)地域的精神特征。高層建筑裝飾工藝的地域性表達(dá)也大有可為。盡管早期現(xiàn)代建筑的先驅(qū)曾激烈地反對建筑中的裝飾,但裝飾從來就是建筑的一個重要內(nèi)容,得體的地域性裝飾使高層建筑更有親和力、更具人性。熱帶地區(qū)高層建筑的遮陽就常常結(jié)合裝飾藝術(shù)成為地方建筑的重要特征:把水平遮陽板做成漏空隔片、采用輕質(zhì)材料制成垂簾式遮陽板、漏空花格或金屬網(wǎng)格的處理、采用裝飾性的活動遮陽設(shè)施等。
2.立面中材料質(zhì)感的地域性表現(xiàn)
材料質(zhì)感是高層居住建筑立面的一種重要表達(dá)方式,是建筑的重要表情。在現(xiàn)代社會,新技術(shù)、新材料的不斷出現(xiàn),金屬、混凝土、玻璃等現(xiàn)代材料的優(yōu)良性能均是傳統(tǒng)材料無法比擬的。因此,如何在高層居住建筑的材料中體現(xiàn)地域性便成為一個重要課題。首先,當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)材料的更新利用。傳統(tǒng)材料以土、木、磚、石為主,其中沿用至今且適合高層居住建筑的材料不多,在高層居住建筑中通常是將傳統(tǒng)材料與現(xiàn)代材料選配組合,并使傳統(tǒng)材料符合現(xiàn)代的施工工藝和利用方式。
三、剖面設(shè)計的地域性表達(dá)
剖面設(shè)計的本質(zhì)是空間的設(shè)計,每個地區(qū)對于空間概念有著不同理解和闡述,這些空間文化感知上的差異在剖面設(shè)計中體現(xiàn)的最為明顯。而高層建筑在豎向空間上的優(yōu)勢給剖面設(shè)計提供了比傳統(tǒng)建筑更多變化的可能。
1.剖面形式與地域氣候的聯(lián)系
高層居住建筑剖面設(shè)計與地域環(huán)境要素之間存在著隱性的聯(lián)系,對地域氣候環(huán)境和場所交往空_間的關(guān)注,直接影響了剖面的外觀形式。2.剖面形式與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑空間形式的聯(lián)系
借用地方建筑定意義的空間模式是高層居住建筑地域性創(chuàng)作中常用的手法,因為這類空間一般在地區(qū)和民族中具有特定的心理意義。如日本人的空間意識以“奧”空間為核心,其特點是通過一層層的膜,形成多層次的境界,從而少中見多,可以使較淺的空間取得深奧的感覺。
四、綜合形態(tài)的地域性原則
高層居住建筑由于其體量巨大,在介入原有城市環(huán)境時要特別注意形體與場地環(huán)境的調(diào)和,一個符合場所特點的解決方案,可以將特殊的場所性上升為明顯的地域性。
1.繼承式協(xié)調(diào)
繼承可以是整體上的繼承,也可以是局部構(gòu)圖或細(xì)部元素的繼承當(dāng)高層居住建筑面臨城市線性街道空間時,多在高層居住建筑底部較自由地運用一些傳統(tǒng)的造型元素,形成連續(xù)的立面形象,提高場所的印象性,而主體部分以簡潔的現(xiàn)代形式為主,并適當(dāng)?shù)刈餍┖笸嘶蝮w量分解的處理,以減弱體量所帶來的壓迫感,突出底部的人性尺度及與街道的協(xié)調(diào)關(guān)系。
2.滲透與過渡
位于傳統(tǒng)環(huán)境中的高層居住建筑,除形象上的協(xié)調(diào)外,其底部空間的處理也很重要,對高層居住建筑的底部空間進(jìn)行適當(dāng)?shù)臉?gòu)形處理,使其底部的外界面形態(tài)與周圍建筑環(huán)境有所滲透和融合,有助于延續(xù)地區(qū)文脈特征,對場所結(jié)構(gòu)產(chǎn)生積極的作用;同時,增加底部空間的過渡層次,使內(nèi)外空間相互滲透也是一種常用的方式,如采用騎樓,構(gòu)架等方式;還可在高層居住建筑之間采用通廊作連接體,使之成為外部空間的中介,有些建筑的底部空間甚至將相鄰的建筑環(huán)境也包容進(jìn)去并融合為一體。
關(guān)鍵詞:不規(guī)則高層建筑;結(jié)構(gòu)探究;抗震性能分析
中圖分類號: TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,不規(guī)則高層建筑已經(jīng)逐漸在建筑行業(yè)嶄露頭角,在各大大中型城市得到應(yīng)用。不規(guī)則高層建筑的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,在進(jìn)行抗震設(shè)計的過程中,需要綜合考慮抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計、地震時的受力情況等因素。為了提升不規(guī)則高層建筑的抗震性能,本文將具體從不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀、不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的類型分析、不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)采取的措施三個方面展開論述,以期能夠提升不規(guī)則高層建筑的抗震性能,保障地震時的安全。
一、不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展存在的問題
(一)不規(guī)則建筑物的超高限問題
隨著不規(guī)則建筑物高度的增加,很多結(jié)構(gòu)參數(shù)會發(fā)生一定的質(zhì)變,超出原有的安全系數(shù)范圍,這樣會降低不規(guī)則高層建筑的安全保障性能。如今隨著科學(xué)技術(shù)水平、建筑科研水平、施工水平的不斷提升,土建規(guī)范體系的建設(shè)逐步完善,但是依舊存在著很多的超高限建筑物,如果建筑物超出了安全的高度限制,建筑物的防烈度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會降低,為此,不規(guī)則高層建筑物的高度應(yīng)該由專家進(jìn)行論證,并結(jié)合模型振動臺進(jìn)行試驗,保障不規(guī)則高層建筑物的抗震性能。
(二)材料的選用和結(jié)構(gòu)體系存在問題
目前國內(nèi)可選用的不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)主要有三大類:框―筒、筒中筒和框架―支撐體系,結(jié)構(gòu)材料主要以鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主,但是,不規(guī)則高層建筑的框架在實際選用中主要是以框架―核心筒體系為主,用鋼量少,建筑的變形控制主要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準(zhǔn),但是是在施工過程中的彎曲變形側(cè)移較大,鋼結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)增大,加強(qiáng)層與轉(zhuǎn)換層之間的大剛度容易導(dǎo)致剛度突變。在選材方面,只選擇鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不夠合理,而應(yīng)該選用性能更佳的鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土( 柱) 結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu),改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。
(三)抗震設(shè)防烈度較低
目前不規(guī)則高層建筑的抗震設(shè)防烈度非常低,這與結(jié)構(gòu)設(shè)計存在著密切聯(lián)系。目前現(xiàn)行的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)較低,具體抗震計算方法和構(gòu)造規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)有很多不完善的地方,建筑外設(shè)計的配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等方面存在著很大缺陷,結(jié)構(gòu)造價的投資過少等,這都嚴(yán)重影響了不規(guī)則高層建筑物的抗震設(shè)防烈度。
二、不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的類型分析
通過上述分析可以發(fā)現(xiàn),不規(guī)則高層建筑的結(jié)構(gòu)類型對于建筑物的抗震性能的影響是非常巨大的。建筑結(jié)構(gòu)本身按照類型的不同主要有兩大類:一是平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型,二是豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu),下面簡單介紹一下這兩類結(jié)構(gòu)。
(一)平面不規(guī)則的類型
一類是扭轉(zhuǎn)不規(guī)則,它的判斷標(biāo)準(zhǔn)是保證每一層樓自身的最大彈性水平位移應(yīng)該大于該層樓兩端的彈性水平位移平均值的1.2倍,或者最大的層間位移應(yīng)該大于該樓層兩端層間位移平均值的1.2倍。這一原則可以有效保障不規(guī)則高層建筑的可靠性和穩(wěn)定性。二是凹凸不規(guī)則,凹凸不規(guī)則的判斷標(biāo)準(zhǔn)是建筑物的結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)一側(cè)的尺寸應(yīng)該大于其投影方向上總尺寸的30%,保障建筑物室內(nèi)具有足夠的采光面積,同時,在不規(guī)則高層建筑的樓板之間存在著局部的不連續(xù)現(xiàn)象,這種不連續(xù)建設(shè)也有它獨特的判定標(biāo)準(zhǔn),它的判定標(biāo)準(zhǔn)是樓板的尺寸以及平面剛度發(fā)生的變化情況。
(二)豎向不規(guī)則的類型
豎向不規(guī)則類型主要有三類,首先第一類是側(cè)向剛度不規(guī)則類型,該類型的側(cè)向設(shè)計應(yīng)該突出對側(cè)向剛度的調(diào)節(jié)和控制,它的判定標(biāo)準(zhǔn)是確保該樓層的側(cè)向剛度值大小能夠小于其相鄰的上一樓層的70%的剛度值,頂層不計算在內(nèi),層局部收進(jìn)的水平向尺寸應(yīng)大于和它相鄰下一層的25%。第二類是豎向側(cè)力構(gòu)建不連續(xù)的情況,構(gòu)件不連續(xù)往往會導(dǎo)致構(gòu)件之間的抗震功效的局部斷續(xù),在對這一類型進(jìn)行判定時,應(yīng)該保證豎直方向上的抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力通過水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件可以繼續(xù)向下傳遞,通過該傳遞可以保證建筑物的總體抗震性能。最后是樓層承載力突變的情況,樓層承載力突變是常會遇見的情況,它的判定標(biāo)準(zhǔn)是層間的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受剪力的程度應(yīng)該小于它上面一層的受剪力的80%。
三、不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)采取的措施
通過探究筆者發(fā)現(xiàn),不規(guī)則高層建筑的不規(guī)則性很大一部分原因是由于建筑施工過程中所存在的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),如果能夠通過合理措施有效限制扭轉(zhuǎn)效應(yīng),那么可以極大地增強(qiáng)不規(guī)則建筑物的抗震性能。限制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的措施主要有兩大類,下面來具體介紹一下:
(一)嚴(yán)格遵守建筑的平面不規(guī)則布置,有效減小建筑物結(jié)構(gòu)的相對偏心距。研究發(fā)現(xiàn),不規(guī)則建筑的建筑結(jié)構(gòu)之所以會遭到破壞,主要因素就是存在著很多不規(guī)則環(huán)節(jié),比如建筑自身的剛度、質(zhì)量出現(xiàn)了偏心以及剛度過弱等缺陷,這些因素會嚴(yán)重?fù)p害建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。為此,應(yīng)該嚴(yán)格遵守平面不規(guī)則布置,減少建筑物結(jié)構(gòu)的相對偏心距,主要是通過按比例縮小建筑物樓層的位移距離、通過建筑物的平面布置示意圖合理調(diào)整建筑物樓層位移、縮短剛心與質(zhì)地之間的距離等措施實現(xiàn)的,對設(shè)計過程中出現(xiàn)的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實踐檢驗,精確判斷出建筑結(jié)構(gòu)的剛度分布情況,并且根據(jù)實際情況有選擇的增加抗側(cè)力構(gòu)件,強(qiáng)化不規(guī)則建筑的結(jié)構(gòu)性能。
(二)合理調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和抗扭剛度之間的比例,建設(shè)性能良好的剪力墻。相關(guān)研究表明,建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與結(jié)構(gòu)周期比的平方之間存在著一種較為穩(wěn)定的線性關(guān)系,因此,可以考慮從縮短建筑結(jié)構(gòu)的建設(shè)周期來限制建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。此外,還要做好剪力墻的建設(shè)工作,在合理范圍之內(nèi)盡量加長或者增厚周邊剪力墻的長度或厚度,最重要的是要注重離剛心最遠(yuǎn)的剪力墻的強(qiáng)化,通過在建筑結(jié)構(gòu)上設(shè)拉梁、增加周邊連梁剛度的方式來限制建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
結(jié)束語:
不規(guī)則高層建筑的抗震性能只有在保證自身建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)、施工嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕A(chǔ)上才能達(dá)到不規(guī)則高層建筑的可靠性與經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)。通過上述本文的探究,筆者主要論述了不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀、不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的類型分析、不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)采取的措施三個方面的內(nèi)容,以期能夠提升不規(guī)則高層建筑的抗震性能,促進(jìn)建筑行業(yè)的穩(wěn)定、健康發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞高層建筑,結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)類型
中圖分類號:[TU208.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:
0 概述
近年來,隨著國內(nèi)國內(nèi)人口以及城市化進(jìn)程的不斷加快,導(dǎo)致城市人口數(shù)量激增,城市土地建設(shè)資源日趨緊張。為了滿足不斷膨脹的建筑需求,適應(yīng)現(xiàn)代社會高效率、快節(jié)奏的要求,建筑層數(shù)在不斷增加,高層建筑群也猶如雨后春筍一般。高層建筑的結(jié)構(gòu)形式不斷創(chuàng)新,一系列新興結(jié)構(gòu)設(shè)計方案迅猛呈現(xiàn)。同時其結(jié)構(gòu)體系也越來越復(fù)雜,建筑的使用功能等趨于多樣化。結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系到整個建筑的經(jīng)濟(jì)性與安全性,也決定了建筑的感官特點,成為高層建筑設(shè)計的重中之重。
因此,我們只有掌握了建筑結(jié)構(gòu)體系的特點,才能更好使設(shè)計達(dá)到最理想標(biāo)準(zhǔn)。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系類型以及高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點進(jìn)行說明,對高層結(jié)構(gòu)選型、建筑基礎(chǔ)、變形縫的設(shè)置以及剪力墻的構(gòu)造等相關(guān)問題進(jìn)行初步分析,為實際高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一定參考。
1 高層建筑的結(jié)構(gòu)類型及特點
目前,世界各國對高層建筑的高度標(biāo)準(zhǔn)還未形成統(tǒng)一的規(guī)定。我國《民用建筑設(shè)計通則》(GB50352-2005)將10 層及 10 層以上的建筑與高度超過 24m 的公共建筑和綜合性建筑稱為高層建筑。隨著高層建筑迅速發(fā)展,結(jié)構(gòu)形式不斷豐富。,目前主要結(jié)構(gòu)形式及特點如下:
(1)框架結(jié)構(gòu)
框架結(jié)構(gòu)是高層建筑最初采用的結(jié)構(gòu)類型。結(jié)構(gòu)體系由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成。由梁柱組成的單元抵抗建筑所承受的水平、豎向荷載,屬于一種平面受力體系??蚣芙Y(jié)構(gòu)體系可以構(gòu)建靈活的建筑空間,但由于框架梁柱截面較小,在抗震方面表現(xiàn)較差,主要應(yīng)用于對于抗震設(shè)防要求低、高度較小的建筑。
(2)剪力墻結(jié)構(gòu)
剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻承受豎向和側(cè)向力的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。由于豎向的鋼筋混凝土墻板具有很好的整體性及側(cè)向穩(wěn)定性,可以適用于較高建筑。剪力墻結(jié)構(gòu)的受力體系為剪力墻,要滿足間距的要求,限制了建筑的空間靈活性。
(3)框剪結(jié)構(gòu)
框剪結(jié)構(gòu)是框架于剪力墻結(jié)構(gòu)的融合體,在一定程度上彌補(bǔ)了框架結(jié)構(gòu)受力性能差和剪力墻結(jié)構(gòu)空間布置不夠靈活的缺點。目前在我國的較高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用。
(4 )筒體結(jié)構(gòu)
筒體結(jié)構(gòu)由豎向筒體承受豎向、和水平荷載的結(jié)構(gòu)體系,是框架和剪力墻體系的演變體??蚣芑蚣舻秹λ鶉傻耐矤罘忾]體系在受力方面具有更強(qiáng)的優(yōu)越性,使建筑的高度進(jìn)一步得到增大。
(5)其它巨型結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)
為了滿足建筑高度的不斷提高和建筑使用功能的要求,特巨型結(jié)構(gòu)( 巨型梁 巨型柱和巨型支撐)被研究應(yīng)用。另外,隨著建筑體系的不斷完善,不同結(jié)構(gòu)形式相互融合取長補(bǔ)短,形成了基本結(jié)構(gòu)體系的組合結(jié)構(gòu)體系,如框架-核心筒結(jié)構(gòu)等。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點
從所受荷載角度而言多層結(jié)構(gòu)與高層結(jié)構(gòu)沒有分別,但是由于高層結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜性,構(gòu)造特性有其獨特的特點,從而其設(shè)計原理及設(shè)計方法側(cè)重點等也不相同。
2.1 水平荷載是設(shè)計關(guān)鍵因素
豎向力與建筑高度成線性比例關(guān)系,而水平荷載對建筑產(chǎn)生的傾覆彎矩卻成級數(shù)增長。高層建筑高度較大,風(fēng)荷載和地震作用所產(chǎn)生的水平荷載,將會引起建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的激增,并造成建筑整移很大。這就要求構(gòu)件具有更高的承受荷載的能力。結(jié)構(gòu)形式不同,建筑自身的結(jié)構(gòu)動力特性等也有很大變化。因此,隨著高度的增加,水平荷載將成為控制因素。
2.2 考慮軸向變形的影響
建筑高度越大產(chǎn)生的豎向荷載越大,作為豎向荷載的受力構(gòu)件,柱子會發(fā)生較大的豎向變形。而梁柱做為受力體系,變形的發(fā)生會造成內(nèi)力的重分布。連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小,跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大,這種影響同時會使梁的長度發(fā)生變化。因此在進(jìn)行構(gòu)件截面以及預(yù)制構(gòu)件尺寸設(shè)計時,如果忽略軸向變形的影響將會偏于危險。
2.3 側(cè)移成為設(shè)計的控制指標(biāo)
建筑樓層較少時,總體移動較小。而當(dāng)建筑高度達(dá)到一定程度,結(jié)構(gòu)的整體剛度降低,在水平荷載的影響下,整體會產(chǎn)生很大側(cè)移,這會大大影響人們的使用舒適感。另外,由于建筑側(cè)移所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力會使建筑產(chǎn)生裂縫以及結(jié)構(gòu)損傷。因而,應(yīng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中藥對結(jié)構(gòu)的側(cè)移進(jìn)行控制。
2.4 結(jié)構(gòu)延性是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標(biāo)
在豎向長度的增加造成高層建筑柔度大,在相同的荷載作用下,其水平和豎向變形都將不可忽視。為了避免結(jié)構(gòu)在遭受高強(qiáng)荷載作用時,由于變形較大而發(fā)生倒塌,在結(jié)構(gòu)設(shè)計時采取合理的構(gòu)造措施,使塑性階段后期建筑仍能承受較強(qiáng)的延性。
3. 高層建筑設(shè)計相關(guān)問題分析
高層建筑設(shè)計時,需要根據(jù)建筑所處的場地類型、所受荷載以及水文地質(zhì)等工程狀況,合理選用建筑形式、基礎(chǔ)類型以及變形縫設(shè)置等進(jìn)行研究,以確定合理可行且經(jīng)濟(jì)的方案。
3.1 結(jié)構(gòu)選型
結(jié)構(gòu)體系是抵抗豎向荷載和水平荷載時的傳力途徑及構(gòu)件的組成方式。不同結(jié)構(gòu)形式具有不同的結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)做上一節(jié)做了簡要介紹,根據(jù)不同使用要求,應(yīng)該選用不同的建筑結(jié)構(gòu)體系。
在高層建筑選型方面有幾個問題需要認(rèn)真考慮:(1)結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題 結(jié)構(gòu)是否規(guī)則對結(jié)構(gòu)受力有很大影響,我國建筑規(guī)范中對建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性做了明確的規(guī)定;(2)結(jié)構(gòu)高度問題 建筑造價會隨著高度的增加而非線性增長,且對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)大。另外需要考慮嵌固端的設(shè)置等問題。結(jié)構(gòu)形式選擇涉及到整個建筑的受力體系是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要考慮及決策重點。
3.2 基礎(chǔ)選型
地基基礎(chǔ)是上部結(jié)構(gòu)直接承載體,承擔(dān)著將上部荷載傳遞到地層內(nèi)部的作用。高層建筑的基礎(chǔ)類型有很多種,按基礎(chǔ)的構(gòu)造形式可分為條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)、滿堂基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)?;A(chǔ)類型的選擇不僅與建筑高度、工程地質(zhì)條件相關(guān),還受到施工技術(shù)和工程投資方面的影響。
因此,地基基礎(chǔ)形式選取要對以下幾點進(jìn)行考慮:(1)上部結(jié)構(gòu)高度 上部結(jié)構(gòu)的高度與建筑的自重荷載緊密相關(guān),當(dāng)建筑體型及高度較大時對基礎(chǔ)的承載力和剛度等多方面要求相應(yīng)提高;(2)上部結(jié)構(gòu)形式 不同結(jié)構(gòu)形式所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形響應(yīng)不同,引起不同區(qū)域地基變形程度出現(xiàn)差異,上部結(jié)構(gòu)對地基不均勻變形越敏感,就越應(yīng)盡可能提高基礎(chǔ)的總體剛度。
綜上所述,基礎(chǔ)型式的選用應(yīng)進(jìn)行必要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方案比較,合理選用相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)計方案。
3.3 變形縫設(shè)置
當(dāng)建筑體型到達(dá)一定程度就會產(chǎn)生不均勻沉降以及受到溫度影響變形量不可忽略等問題,這時需要在高層建筑內(nèi)部設(shè)置多種變形縫來避免建筑整體遭受破壞。主要需要進(jìn)行設(shè)置的變形縫有:沉降縫、伸縮縫、防震縫等。
4. 結(jié)語
隨著現(xiàn)代化建筑事業(yè)的發(fā)展,高層建筑應(yīng)用普及型越來越廣?,F(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性技術(shù)工作,只有綜合考慮高層建筑的安全性,經(jīng)濟(jì)性和合理性,才能實現(xiàn)高層建筑設(shè)計的完美設(shè)計。作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須不斷的提升專業(yè)技能,才能為祖國的建筑事業(yè)貢獻(xiàn)個人一份薄力。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層;高層建筑;設(shè)計;施工進(jìn)度;空間結(jié)構(gòu)
社會的不斷進(jìn)步,為人們居住環(huán)境質(zhì)量的改善提供了可靠的保障。為了滿足人們各種各樣的住房需求,高層建筑在設(shè)計的過程中加入了多元化元素,完善了建筑的服務(wù)功能。不同用途的高層建筑實際的組合方式存在著顯著的差異,因此需要設(shè)計人員做好各項基礎(chǔ)性的設(shè)計工作。為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)布局的合理性,必須做好結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關(guān)工作,保證這些結(jié)構(gòu)層實際應(yīng)用中受力的均勻性。高層建筑轉(zhuǎn)換層對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的尺寸及受力特性有著明顯的影響,需要采取可靠的技術(shù)手段最大限度地發(fā)揮轉(zhuǎn)換層的實際作用,增強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。本文將對結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了深入地分析,為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性提供了必要的參考依據(jù)。
一、高層建筑中結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關(guān)內(nèi)容
(一)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的作用
高層建筑與普通建筑的設(shè)計有所區(qū)別,高層建筑中不同樓層之間的受力特點對于建筑整體安全性有著重要的影響。一般情況下,高層建筑中越往上的樓層受力較小,中間和下部的樓層受力相對較大。同時,每一層的受力情況也存在著一定的區(qū)別。因此,設(shè)計人員在設(shè)計階段需要采取增強(qiáng)高層建筑下部結(jié)構(gòu)的剛度和橫梁、柱等結(jié)構(gòu)作用效果的措施,保證這類建筑實際使用中的質(zhì)量可靠性。當(dāng)樓層逐漸增加時,設(shè)計人員通常會減少墻、柱等結(jié)構(gòu)的安置數(shù)量,保證下部支撐結(jié)構(gòu)能夠充分地發(fā)揮實際的支撐作用。因此,針對高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的特殊性,設(shè)計人員在具體的設(shè)計過程中需要擴(kuò)大下層結(jié)構(gòu)的空間。這與常規(guī)性建筑的設(shè)計思路截然不同。同時,設(shè)計人員通過設(shè)置水平結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換構(gòu)件的方式,保證了高層建筑空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這種設(shè)計思路體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在高層建筑設(shè)計和使用中的重要性。
(二)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的主要類型
根據(jù)高層建筑用途的不同,設(shè)計者在設(shè)計的過程中也會采取不同類型的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。這些轉(zhuǎn)換層在實際的應(yīng)用中所涉及的技術(shù)有所區(qū)別,需要從多個角度分析不同類型的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的主要類型包括:
(1)板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。
高層建筑上下層之間柱網(wǎng)數(shù)量的過多,需要依靠板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的作用保證各層之間的受力均勻性。板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在實際的應(yīng)用中需要達(dá)到抗剪和抗切的具體要求,它的厚度最大不超過2.8m。同時,板式結(jié)構(gòu)的設(shè)置靈活性突出,但自身的重量相對較大,需要大量的輔助材料;
(2)框架結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層。
框架結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)勢在于它的抗震性能較好,可以達(dá)到高層建筑的抗震要求。這種結(jié)構(gòu)主要是以巨型柱的方式所組成的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),實際應(yīng)用中對于下層的柱體結(jié)構(gòu)要求較高。在具體的施工過程中,需要采取支撐效果較好的裝置加固最下層框架結(jié)構(gòu)的柱體結(jié)構(gòu),達(dá)到設(shè)計方案的具體要求。這種框架結(jié)構(gòu)在高層建筑轉(zhuǎn)換層應(yīng)用中取得了良好的效果,將會成為未來高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的主要發(fā)展趨勢;
(3)梁式的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。
高層建筑垂直轉(zhuǎn)換施工中需要依靠梁式的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)完成相關(guān)的操作。這種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)較為普遍,它可以傳遞高層建筑不同層之間的作用力,保證了高層建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。梁式的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中最上層墻的受力大小可以通過一定的傳遞路徑傳到最下方的柱。在實際的應(yīng)用中,梁式結(jié)構(gòu)的造價成本相對較高,占據(jù)了高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層一定的市場份額。它的高度最大不超過6.0m,最小也在0.8m以上。
(三)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的布設(shè)原則
高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在長期的使用中容易導(dǎo)致整個建筑垂直方向剛度性能的下降,影響著高層建筑的抗震性能。因此,設(shè)計人員在高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層布設(shè)的過程中需要遵循一定的原則。這些原則主要包括:
(1)結(jié)合高層建筑整體的結(jié)構(gòu)狀況,充分考慮不同層的受力特性。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)受力的傳遞性,需要選取可靠的受力結(jié)構(gòu)作為整個轉(zhuǎn)換層的核心結(jié)構(gòu)。采取這些措施有利于后期項目施工中技術(shù)人員及時地分析結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層中存在的相關(guān)問題,提高了實際問題的處理效率;
(2)由于高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層垂直方向存在著剛度突變的安全隱患,影響著整個建筑的安全性能。因此,設(shè)計人員在布設(shè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的過程中,需要適當(dāng)減少高層建筑垂直方向的構(gòu)件,將轉(zhuǎn)換層設(shè)置在樓層較低的位置。同時,設(shè)計人員也需要將轉(zhuǎn)換層的剛度控制在一定的范圍內(nèi),保證高層建筑實際的抗震效果。
二、帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層高層建筑設(shè)計中需要注意的問題
不同類型的高層建筑在具體的設(shè)計過程中需要考慮各種各樣的問題,主要是為了保證施工進(jìn)度不受影響。其中,帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層高層建筑設(shè)計中需要注意一些常見的問題。這些問題主要包括:
(1)保證高層建筑較大空間區(qū)域內(nèi)的剛度性能達(dá)到行業(yè)的參考標(biāo)準(zhǔn),采取必要的措施將轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)中的剛度控制在合理的范圍內(nèi)。同時,也需要保證等效側(cè)向剛度的科學(xué)性;
(2)為了消除外界作用力對框支剪力墻的影響,需要提高剪力墻豎向構(gòu)件的配筋率;
(3)由于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位移角對于高層建筑整體的結(jié)構(gòu)有著一定的影響,需要利用可靠的技術(shù)手段控制位移角的大小,并保證高層建筑基底的重力荷載達(dá)到一定的抗震要求;
(4)為了加強(qiáng)薄弱樓板的抗壓性能,需要采取厚度約為220mm的現(xiàn)澆混凝土樓板加固,并在對應(yīng)的轉(zhuǎn)換層相鄰的樓層之間設(shè)置厚度約為150mm的樓板,二者之間呈對稱的關(guān)系。
三、帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化策略
(一)減少轉(zhuǎn)換層豎向結(jié)構(gòu)剛度的差異性
帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑在實際的使用中轉(zhuǎn)換層的豎向結(jié)構(gòu)存在著剛度突變的問題,影響著結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的安全性能。因此,設(shè)計人員在高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計中應(yīng)該減少轉(zhuǎn)換層雙向結(jié)構(gòu)的差異性,將上下轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度的差值控制在合理的范圍內(nèi),并適當(dāng)增加落地墻的厚度,將安全系數(shù)較大的補(bǔ)償剪力置于相關(guān)的結(jié)構(gòu)中,保證高層建筑的部分結(jié)構(gòu)的空間剛度。同時,由于落地構(gòu)件對于高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)也有一定的影響,設(shè)計人員需要保證落地構(gòu)件的設(shè)計均勻性,適當(dāng)增大構(gòu)件的截面尺寸。選擇剛度較大的混凝土材料,提高轉(zhuǎn)換層下方抗側(cè)力的性能,可以達(dá)到相關(guān)構(gòu)件的抗彎設(shè)計要求。
(二)充分考慮不同層受力狀況對于轉(zhuǎn)換層的影響
高層建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層相對比較特殊,主要在于它在實際的應(yīng)用中需要考慮不同層的受力狀況,尤其是關(guān)鍵部位的應(yīng)力大小。因此,設(shè)計人員在高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計階段,需要充分考慮不同層的受力狀況,采取先進(jìn)的技術(shù)手段計算出不同部件實際的應(yīng)力值。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層周圍的應(yīng)力分布狀況,可以在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層中添加一定量的配筋,最大限度地發(fā)揮結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層實際的作用效果。同時,為了保證高層建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,需要設(shè)計人員掌握梁跨部位支座正負(fù)彎矩速度的變化規(guī)律,保證腰筋尺寸的合理性。設(shè)計人員也可以將梁跨部位下端的鋼筋設(shè)計為全埋式的錨固結(jié)構(gòu),消弱彎筋的作用,提高結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的安全性能。
(三)合理布設(shè)剪力墻,保證轉(zhuǎn)換層整體結(jié)構(gòu)的合理性
高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層對于剪力墻的合理布設(shè)有著一定的要求,主要是為了突出轉(zhuǎn)換層整體結(jié)構(gòu)的作用。一般在設(shè)計轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時,要求剪力墻的框架支柱必須均勻疏密,并將它與支柱之間的距離控制在合理的范圍內(nèi)。二者的距離一般保持在11m左右。根據(jù)高層建筑整體的空間布局,設(shè)計方案需要達(dá)到工程剪力墻的具體要求,增強(qiáng)地下結(jié)構(gòu)整體的抗壓能力。設(shè)計轉(zhuǎn)換大梁的過程中,需要保證梁體的整體結(jié)構(gòu)能夠承受相關(guān)應(yīng)力的大小,并對短肢墻的內(nèi)力進(jìn)行必要地控制。要實現(xiàn)這些目標(biāo),設(shè)計人員應(yīng)該采取可靠的技術(shù)手段處理轉(zhuǎn)換梁兩端的結(jié)構(gòu),保證整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
結(jié)語
在帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,需要設(shè)計人員充分地理解和掌握結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關(guān)內(nèi)容。應(yīng)結(jié)合高層建筑整體的結(jié)構(gòu)框架,選擇出符合實際要求的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。本文通過對不同類型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的闡述,為高層建筑空間布局的合理規(guī)劃提供了必要的參考依據(jù)。做好高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的研究工作,具有重要的現(xiàn)實參考意義。
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【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計,設(shè)計原則,建筑基礎(chǔ),剪力墻結(jié)構(gòu)
1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計類型和特點分析
高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計最開始出現(xiàn)的是比較簡單的框架結(jié)構(gòu),隨后又出現(xiàn)了鋼筋混凝土構(gòu)造的剪力墻結(jié)構(gòu),由框架部分與剪力墻部分共同作用的框剪結(jié)構(gòu),由筒體體系構(gòu)成的筒體結(jié)構(gòu)以及不同結(jié)構(gòu)相結(jié)合而形成的組合結(jié)構(gòu)和一些巨型結(jié)構(gòu)(巨型梁結(jié)構(gòu)、巨型柱結(jié)構(gòu)等等)。這些結(jié)構(gòu)各有受力特點,適用于高度不同的結(jié)構(gòu)體系,不同建筑結(jié)構(gòu)的選擇也影響著后續(xù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。高層建筑的結(jié)構(gòu)形式與工程施工、工程造價、建筑設(shè)備安裝等諸多因素密切相關(guān),所以結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該注意設(shè)計特點和設(shè)計要點。第一,高層建筑相對低層建筑整體上會導(dǎo)致受力增加,相對于豎直荷載,水平荷載地位提高,成為決定性因素,必須考慮基于水平荷載的建筑荷載能力,水平荷載主要包括地震和風(fēng)荷載,高層建筑應(yīng)該有更加優(yōu)秀的抗震能力。第二,高層建筑的側(cè)移是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要因素,也是重要的控制指標(biāo)。第三,高層建筑的柱中容易產(chǎn)生豎向變形,這會造成連續(xù)梁的長度變化和預(yù)制構(gòu)件的下料長度變化,忽略軸向變形是潛在的危險因素。第四,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意有較大的結(jié)構(gòu)延性,作為一種預(yù)防措施保證整體結(jié)構(gòu)在高荷載作用產(chǎn)生巨大變形下不至于倒塌。
2高層建筑設(shè)計的一般原則
2.1關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)計算簡圖的選取原則在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力分析過程當(dāng)中,要進(jìn)行相關(guān)的計算,而計算簡圖是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的基礎(chǔ),所以計算簡圖的選取恰當(dāng)與否關(guān)系著高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理,也關(guān)系著高層建筑的使用是否安全可靠。在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)計算簡圖的選取時,要特別的仔細(xì)認(rèn)真,這樣才能保證結(jié)構(gòu)設(shè)計計算結(jié)果的可靠,保證高層建筑的安全建設(shè)和使用。同時,計算簡圖要有一定的構(gòu)造措施和構(gòu)造方法來保證安全,尤其是建筑節(jié)點在圖紙上和實際中略有差別,必須保證計算簡圖的誤差在允許的設(shè)計誤差范圍內(nèi)。
2.2關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)計和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案選取原則高層建筑的基礎(chǔ)比較深,基礎(chǔ)設(shè)計要考慮多種因素。高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計必須參考詳細(xì)的地質(zhì)勘探報告,然后結(jié)合地區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行基礎(chǔ)的合理設(shè)計。同時,采用哪種高層建筑的結(jié)構(gòu)類型也影響著基礎(chǔ)的設(shè)計工作,不同的建筑類型的荷載不同,高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計必須與結(jié)構(gòu)類型和荷載分布相一致。
綜合考慮各種因素來確定基礎(chǔ)的設(shè)計工作的目的是使地基的穩(wěn)定性能和承載能力發(fā)揮到最大。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案一般要滿足兩方面的要求,一是受力特性和建筑的力學(xué)性質(zhì)的合理性,對于整個高層建筑的結(jié)構(gòu)體系的受力和荷載要明確,力的分析與計算必須簡單。二是要滿足經(jīng)濟(jì)成本合理性的基本要求,建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案直接決定了后續(xù)的施工方案的選取工作和施工設(shè)計,這個過程必須考慮整體建筑施工成本合理的要求。
另外,高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案也必須考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、地理地形條件、工程施工的要求、施工方案和建筑設(shè)備安裝等具體的因素,在各種因素相互協(xié)調(diào)的情況下,確定結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)方案。
2.3關(guān)于計算結(jié)果正確性分析的原則隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步,計算機(jī)應(yīng)用軟件不斷地加入到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析計算當(dāng)中,但是與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)的軟件的品種數(shù)量眾多,不同的軟件品種的計算方法、流程和編程實現(xiàn)方法不一定相同,導(dǎo)致了有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算結(jié)果存在著許多差異。設(shè)計工程師要正確認(rèn)識和分析這些計算結(jié)果的差異,充分了解所采用的計算軟件的計算范圍和計算條件,要在仔細(xì)審核的基礎(chǔ)上進(jìn)行仔細(xì)的判斷,排除人工數(shù)據(jù)輸入的錯誤,才能夠得出所需要的正確結(jié)果。
3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題分析
3.1地基類型的選擇要考慮到上部結(jié)構(gòu)的荷載、地基的承受荷載的能力以及工程的整體造價等因素,其中比較重要的是上部建筑荷載的準(zhǔn)確計算和結(jié)構(gòu)選型。另外在地基的設(shè)計和相關(guān)計算中一定要遵守國家規(guī)范和地方性規(guī)范,因為就全國來說,各地的地質(zhì)條件差別很大,國家規(guī)范沒有辦法作出統(tǒng)一全面的規(guī)定,所以在地基的設(shè)計工作中要注意遵守地方性的設(shè)計規(guī)范的問題。
3.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剪力墻設(shè)置問題高層建筑中的剪力墻的數(shù)量要求和位置的設(shè)置問題也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要因素之一。第一,在現(xiàn)行的建筑規(guī)范中,具體描述了短肢剪力墻的定義問題,短肢剪力墻是指截面的高度和厚度的比在5-8的墻體,在具體的建筑應(yīng)用中,短肢剪力墻的使用受到諸多限制,結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡量少使用這種墻體結(jié)構(gòu),避免后續(xù)的設(shè)計上的諸多問題。第二,剪力墻的位置設(shè)置除了在建筑的兩端以外,在建筑的縱向中軸線還應(yīng)該增加剪力墻結(jié)構(gòu),并調(diào)整剪力墻中心的位置,合理設(shè)置厚度以及截面,使建筑的結(jié)果位移保持在合理的范圍之內(nèi)。
3.3高層建筑中的結(jié)構(gòu)規(guī)則性問題關(guān)于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計的新舊質(zhì)量規(guī)范在諸多問題的內(nèi)容描述上都存在著一定的變化和改動,這主要體現(xiàn)在兩個方面,第一,新的建筑規(guī)范中針對舊的建筑規(guī)范的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)則性的問題,增加了許多的限制條件,比如建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的平面規(guī)則性問題和結(jié)構(gòu)嵌固端的剛度比問題。第二,新的建筑規(guī)范中采用強(qiáng)制性的條文規(guī)定了嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是不能采用的。所以,結(jié)構(gòu)設(shè)計師要注意到新舊規(guī)范的的內(nèi)容改動,嚴(yán)格遵守規(guī)定的限制條件,合理的規(guī)劃自己的結(jié)構(gòu)設(shè)計,避免為后續(xù)的施工設(shè)計和施工圖的設(shè)計工作帶來不必要的麻煩。
關(guān)鍵詞:高層建筑;設(shè)計與施工
引言
隨著高層建筑的迅速發(fā)展,能夠滿足高層建筑的形式、材料、力學(xué)分析模型日趨復(fù)雜,結(jié)構(gòu)體系更加多樣化,高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計成為結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計工作的重點和難點。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工進(jìn)行分析,供參考。
1.高層建筑的設(shè)計
結(jié)構(gòu)選型:(1)短肢剪力墻的設(shè)置問題短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻。近年興起的短肢剪力墻結(jié)構(gòu),雖然有利于住宅建筑布置,也可減輕結(jié)構(gòu)自重,但在高層住宅中,剪力墻肢不宜太短,因為短肢剪力墻的抗震性能較差,地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗不多,為安全起見,高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。(2)嵌固端的設(shè)置問題由于高層建筑一般都帶有兩層或兩層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板,也有可能設(shè)置在人防頂板等位置,因此,在這個問題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面:抗震設(shè)計的多高層建筑,當(dāng)?shù)叵率翼攲幼鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時,地下一層的抗震等級應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用,地下一層以下結(jié)構(gòu)的抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或四級。地下室中超出上部主樓范圍且無地上結(jié)構(gòu)的部分,其抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或四級。(3)房屋的適用高度和高寬比在抗震規(guī)范與高規(guī)中,對結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制,除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度的建筑外,增加了B級高度的建筑,因此,必須對結(jié)構(gòu)的該項控制因素嚴(yán)格注意,一旦結(jié)構(gòu)為B級高度建筑甚或超過了B級高度,其設(shè)計方法和處理措施將有較大的變化。(4)合理選擇結(jié)構(gòu)體系高層建筑結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)力求簡單、規(guī)則、對稱,避免應(yīng)力集中的凹角和狹長的縮頸部位;避免在凹角和端部設(shè)置樓電梯問;避免樓電梯間位置偏置,以免產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的影響。
結(jié)構(gòu)分析與計算: 1) 多塔之間各地震周期的互相干擾,是否需要分開計算。一段時間以來,大底盤,多塔樓的高層建筑類型大量涌現(xiàn),而在計算分析該類型高層建筑時,是將結(jié)構(gòu)作為一個整體并按多塔類型進(jìn)行計算,還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進(jìn)行計算,是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問題。 2) 振型數(shù)目是否足夠。在新規(guī)范中增加了一個振型參與系數(shù)的概念,并明確提出了該參數(shù)的限值。3) 是否需要地震力放大,考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內(nèi)容實際上在新老規(guī)范中都有提及,只是,在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實測周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù)。4) 結(jié)構(gòu)整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有:SATWE,TAT,TBSA或ETABS,SAP等,但是,由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異,因此導(dǎo)致了各軟件的計算結(jié)果有或大或小的不同。
2.高層建筑的施工特點
(1) 高層建筑基礎(chǔ)深高層建筑都仃深基礎(chǔ), 一般都在1O米以上。由于現(xiàn)階段所建的高層都在鬧市區(qū),犬都足拆除重建項目,施工:場地狹小,臨邊都有舊建筑物,對基坑的支護(hù)要求很高。在土方開挖過程中由十支護(hù)不到位而造成十方塌方的事故時有發(fā)生。
(2) 高層建筑施工期長高層建筑施工工期•般部在兩年左右,有的項目工期可達(dá)三至四年,許多設(shè)施放置以后就要使用 年至幾年,在此期間人員變動氣候變化等人為與自然的因素都能使JF常的設(shè)施轉(zhuǎn)入危險狀態(tài),注意就容易發(fā)生事故。
(3) 高層建筑施工交叉作業(yè)多高層建筑層數(shù)多,作業(yè) 體化,上下層作業(yè)中互相造成傷亡事故時有發(fā)牛一 而落物砸傷下面人員的事故就更多了。
(4)高層建筑大量的施工作業(yè)都是在高空進(jìn)行的,5O米以上的高空與l0多米高度的作業(yè)有本質(zhì)的同。高層建筑樓面預(yù)留澗墜人致死更是常有發(fā)生,平常不大注意的小石塊從百米高空 落可以砸死人。
高層建筑裂縫分為運動、不穩(wěn)定、穩(wěn)定、閉合、愈合等幾大類型。雖說骨料內(nèi)部凝固時產(chǎn)生的微觀裂縫不可避免,但從質(zhì)量角度考慮應(yīng)盡可能減少。由于高層建筑混凝土強(qiáng)度普遍較高、混凝土量較大、且?guī)в械叵率?,所以裂縫產(chǎn)生的可能性更大。下面主要敘述有關(guān)對裂縫的“放”、“抗”相關(guān)措施。所謂“放”,就是結(jié)構(gòu)完全處于自由變形無約束狀態(tài)下,有足夠變形余地時所采取的措施;所謂“抗”,就是處于約束狀態(tài)下的結(jié)構(gòu),在沒有足夠的變形余地時,為防止裂縫所采取的措施。施工措施:(1) “抗”的措施:避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來的應(yīng)力集中:重視對構(gòu)造鋼筋的配置:對采用混凝土小型空心砌塊等輕質(zhì)墻體,增設(shè)間距≯3m的構(gòu)造柱,每層墻高的中部增設(shè)厚度120mm與墻等寬的混凝土腰梁;砌體無約束端增設(shè)構(gòu)造柱;預(yù)留的門窗洞口采用鋼筋混凝土框加強(qiáng);兩種不同基體交接處,用鋼絲網(wǎng)(每邊搭接不小于150mm)進(jìn)行處理;屋面保溫層與隔氣層的合理設(shè)置等。 (2) “放”、“抗”相結(jié)合的措施:合理設(shè)置后澆帶,采取相應(yīng)補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù),混凝土中多摻纖維素類等。 (3) “放”的措施:設(shè)置永久性伸縮縫:外墻面適當(dāng)位置留分隔縫等。
3.結(jié)語
(1) 建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個相互交流的過程,建筑師必須時刻保持與結(jié)構(gòu)師的溝通,以此完善建筑物的各種使用功能,使之成為既美觀又實用的產(chǎn)品。
(2) 合格的建筑師應(yīng)該注重培養(yǎng)自己的結(jié)構(gòu)觀念,并將它用于實踐,以減少設(shè)計過程中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)不合理等問題,同時這也有助于建筑設(shè)計能力的提升。
(3) 建筑與結(jié)構(gòu)是緊密相連的,結(jié)構(gòu)布置及結(jié)構(gòu)形式直接關(guān)系到建筑的平立面,因此,在建筑設(shè)計中,從方案階段就需要對結(jié)構(gòu)概念進(jìn)行了解,在合理的結(jié)構(gòu)概念上去進(jìn)行建筑創(chuàng)意。
參考文獻(xiàn):
[1]阮儀三,王景慧,王林,高層建筑[M] 上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1999.
關(guān)鍵詞: 高層建筑 剪力墻類型 剪力墻布局 連梁設(shè)計
引言
隨著經(jīng)濟(jì)和生活水平的提高,人們對住宅的空間結(jié)構(gòu)和平面布局的要求也越來越高,高層建筑因其外觀挺拔、節(jié)約用地以及人口容載巨大等優(yōu)點越來越受投資者及建筑師們的青睞。剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑更是因為結(jié)構(gòu)剛度大,在橫向荷載作用下水平位移小以及建筑室內(nèi)空間整體性好等特點, 被普遍推廣和使用。
一、 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的分類及其特點
1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的分類
影響剪力墻分類的因素有如下幾項: 剪力墻上是否開洞、 洞口大小、 洞口數(shù)量以及洞口位置等。根據(jù)以上影響因素, 剪力墻結(jié)構(gòu)可劃分為 5 類, 分別為: 壁式框架剪力墻、 整體小開口剪力墻、 整截面剪力墻、 獨立懸臂剪力墻以及聯(lián)肢剪力墻。
1.2 各分類的特點
(1) 整截面剪力墻與整體小開口剪力墻: 以上兩種形式的剪力墻均屬于完整度高的墻體類型 (值高) , 并具有相近的受力特征, 其形變曲線均為彎曲型。但兩者也存在區(qū)別: 前者由于墻體不挖洞, 整體受力特性一致, 在水平荷載下彎矩不會出現(xiàn)突變以及反彎點, 而后者則會出現(xiàn)彎矩突變的情況。
(2) 獨立懸臂型剪力墻: 與前兩種結(jié)構(gòu)不一樣, 該種剪力墻墻面洞口較大, 值很小, 屬于墻肢強(qiáng)、 連梁弱的類型。由于連梁極弱, 所以其對墻肢的連接和約束作用很小, 在水平荷載作用下極易發(fā)生彎曲,剪力墻剛度低、 整體性差。因此,我們在設(shè)計時,如果有更好的選擇,此種形式的剪力墻盡量少用。
(3) 壁式框架式剪力墻: 跟上一種形式的剪力墻相像, 壁式框架式剪力墻墻面亦開有較大的洞口,連梁的抗彎線剛度與墻肢的抗彎線剛度相當(dāng), 但其整體性比獨立懸臂型剪力墻好, 值也較獨立懸臂型剪力墻高。 壁式框架式剪力墻在受到較大水平荷載作用時, 其會出現(xiàn)剪切型的變形, 且出現(xiàn)反彎點, 因此在設(shè)計時亦不宜過多使用。
(4)聯(lián)肢剪力墻介于整體小開口墻和獨立懸臂墻之間,連梁對墻肢有一定的約束作用,墻肢局部彎矩較大,整個截面上正應(yīng)力已不再呈直線分布,變形曲線為彎曲型。
二、剪力墻的布置和數(shù)量研究
2.1 剪力墻的布置
在剪力墻分類和及各類型特點明確之后,我們需要對剪力墻的在平面上的布置方法和原則進(jìn)行研究探討。剪力墻平面分布需要遵循幾個原則:均勻性原則、 對稱性原則、 分散性原則以及周邊圍合性原則。遵循以上原則, 可確保:(1) 剪力墻分散布置, 可確保墻體數(shù)量不會過少, 且每面墻體的剛度不需太大。 (2) 連續(xù)的墻體不會過長, 且抵抗水平荷載的構(gòu)件增多,能有效分散外力的有害作用。 (3) 確保當(dāng)某部分墻體在外來作用下發(fā)生損壞時, 建筑整體不會失穩(wěn)。
2.2 確定剪力墻的厚度
根據(jù)施工經(jīng)驗和規(guī)范要求,剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻宜設(shè)置約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件。根據(jù)高層建筑設(shè)計規(guī)范,剪力墻的截面的厚度規(guī)定如下:(1)一、二級剪力墻,底部加強(qiáng)部位厚度不應(yīng)小于200mm, 且不宜小于層高的 1/16; 其他部位不應(yīng)小于160mm,且不宜小于層高的1/20。(2)三、四級剪力墻,底部加強(qiáng)部位厚度不應(yīng)小于160mm, 且不宜小于層高的 1/20; 其他部位不應(yīng)小于140mm,且不宜小于層高的1/25。
2.3 剪力墻合理數(shù)量的確定
據(jù)研究和實踐表明,剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)避免僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置方式,并宜使兩個方向抗側(cè)力剛度接近。內(nèi)、外剪力墻應(yīng)盡量拉通、對直。平面布置應(yīng)盡可能均勻、對稱,盡量使結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心重合,以減少扭轉(zhuǎn)。在豎向,剪力墻宜自下而上連續(xù)布置,避免剛度突變。剪力墻間距不宜太密,側(cè)向剛度不宜過大。否則,自重加大,抗震設(shè)計時地震作用加大,不經(jīng)濟(jì)。
剪力墻數(shù)量的確定應(yīng)按照建筑在水平荷載作用下的許可位移來確定, 按照高層建筑設(shè)計規(guī)范的要求,樓層層間最大位移與層高的比值 (u/H)剪力墻結(jié)構(gòu)不應(yīng)大于 1/1000;框架剪力墻結(jié)構(gòu)不應(yīng)大于1/800。 在滿足以上的水平位移控制的前提下, 剪力墻的數(shù)量可以適當(dāng)調(diào)整。
三、剪力墻墻肢分類
剪力墻的墻肢根據(jù)其截面 “高厚比” (墻肢截面高度與寬度的比值) 的不同, 可分為 4 種形式, 其分別為: 普通剪力墻、 短墻肢剪力墻、超短墻肢剪力墻以及柱形墻肢剪力墻。普通剪力墻的 “高厚比” 不小于 8.0; 短墻肢剪力墻的高度與厚度比在 5.0-8.0 之間; 超短墻肢剪力墻的高度與厚度比在 3.0-5.0 之間。
(1) 普通剪力墻: 此種剪力墻特性優(yōu)良, 抵抗側(cè)向荷載的強(qiáng)度高,能承受很大的水平方向荷載, 在條件允許時, 建議優(yōu)先使用。
(2) 短墻肢剪力墻: 由于其具有肢短的特點, 在進(jìn)行建筑布置時,能有效減低墻體結(jié)構(gòu)的自身重量,應(yīng)用比較廣泛,但其抗震性能較差,地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗不多, 可用于整截面墻或整體小開口墻及聯(lián)肢墻的墻肢中, 考慮到高層建筑的安全, 其數(shù)量不宜過多, 規(guī)范對其有嚴(yán)格的限制。
(3) 超短墻肢剪力墻以及柱形墻肢剪力墻: 該兩種類型的剪力墻由于墻肢更短, 側(cè)向剛度更弱, 因此抗震能力也更差, 往往是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié), 故在整截面墻中不宜采用, 但可以用于整體小開口墻或聯(lián)肢墻的墻肢中, 因為有較強(qiáng)連梁約束, 但如有可能,應(yīng)盡量將墻肢做的長一些。
四、連梁的設(shè)計分析
在剪力墻的抗外力體系中, 連梁起到重要的作用, 其是調(diào)整剪力墻側(cè)向剛度和承載力的主要構(gòu)件,連梁剛度的設(shè)計應(yīng)該與墻肢相一致,不宜過大或過小。
在剪力墻設(shè)計中,要將聯(lián)肢墻設(shè)計成延性剪力墻,就必須讓連梁服從于墻肢, 也就是說把受力體系設(shè)計成 “弱梁強(qiáng)肢” 的狀態(tài)。 在受力計算時,為了能更準(zhǔn)確地確定連梁與墻肢的強(qiáng)弱關(guān)系, 可根據(jù)高層建筑設(shè)計規(guī)范的規(guī)定將連梁的跨高比控制在 5 以內(nèi)并根據(jù)墻肢長短適當(dāng)調(diào)整。在抗震設(shè)計中,高層建筑設(shè)計規(guī)范規(guī)定: 通過折減連梁的剛度或者調(diào)節(jié)彎矩, 以達(dá)到縮減連梁剛度的設(shè)計值, 從而實現(xiàn)降低連梁的承載能力的效果, 并實現(xiàn) “弱梁強(qiáng)肢” 。
另外, 在設(shè)計墻肢較長的中矮墻或者矮墻時, 按照經(jīng)驗和規(guī)范要求,我們應(yīng)通過開洞的方法, 將矮墻或者矮墻時分割成 “高長比” 大于2 的若干片墻段, 每片墻段之間用弱梁搭接, 通過這樣的方式, 將各個墻段構(gòu)建成延性剪力墻系統(tǒng)。
五、總結(jié)
總之,在設(shè)計高層建筑剪力墻時,應(yīng)充分考慮建筑的結(jié)構(gòu)的受力特點,在進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)布置,在應(yīng)用各種先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念對建筑設(shè)計中的各個細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)加入抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的意識,來保證整個建筑的抗震能力。使整個結(jié)構(gòu)具有必要的承載能力、剛度。
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1高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計
1.1結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計基本特點
1.1.1水平荷載成為決定因素。任何一個建筑結(jié)構(gòu)都要同時承受垂直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載,還要具有抵抗地震作用的能力。相對于低層建筑來說,高層建筑所承受的垂直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載對建筑結(jié)構(gòu)的影響較大。而對比垂直荷載和水平荷載的作用,水平荷載的決定性作用更大。究其原因:(1)高層建筑自重和樓面使用荷載在建筑構(gòu)件中產(chǎn)生的軸力與彎矩的數(shù)值,僅與樓房高度成正比。而水平荷載作用在建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的力矩和水平荷載作用在豎構(gòu)件上所產(chǎn)生的軸力,都與樓房高度成正比,對高層建筑結(jié)構(gòu)的影響更大。(2)從豎向荷載的風(fēng)荷載和地震在高層建筑中的作用情況來看,兩者將直接影響建筑結(jié)構(gòu)動力特性,隨著作用效果的增大,建筑結(jié)構(gòu)動力特性變化幅度不斷增大。1.1.2軸向變形?;诮Y(jié)構(gòu)力學(xué)理論知識,可以確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件位移公式為:基于以上公式,可以確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件位移將對連續(xù)梁彎矩、構(gòu)件剪力和側(cè)移有很大影響。原因就在于建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形,會使得軸向變形,差異軸將會使得連續(xù)梁中間支座處的副彎矩值發(fā)生改變。而對于構(gòu)件剪力和側(cè)移的影響,則是按照矩陣位移法來分別考慮豎向桿件的軸向變形或不變形兩種情況,確定構(gòu)件剪力和側(cè)移的確會受軸向變形所影響。
1.2高層建筑結(jié)構(gòu)體系類型
1.2.1框架—剪力墻體系。框架—剪力墻體系是在框架體系強(qiáng)度和剛度不能滿足要求的情況下提出的。主要是通過設(shè)置剪力墻來替換部分框架,進(jìn)而滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。在框架—剪力墻體系中,剪力墻設(shè)置的主要目的是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度,負(fù)責(zé)承受水平荷載,加之框架所承受的垂直荷載,整個高層建筑位移情況將大大減小。1.2.2剪力墻體系。整個高層建筑受力主體結(jié)構(gòu)均有平面剪力墻構(gòu)件組成的情況被稱為剪力墻體系。因剪力墻體系屬于剛性結(jié)構(gòu),其強(qiáng)度和高度較高且有一定的延性,使得其是一個良好的結(jié)構(gòu)體系,能夠承擔(dān)高層建筑水平荷載和豎向荷載,保證高層建筑穩(wěn)定。1.2.3筒體體系。單筒體、筒中筒、多束筒等多種形式的通體體系均是以筒體作為抗側(cè)力構(gòu)建的構(gòu)建體系。筒體是一種空間受力構(gòu)件,但因其內(nèi)部填充情況,可以使得其受力程度發(fā)生改變。所以在利用筒體體系中,可以根據(jù)風(fēng)力、地震強(qiáng)度來合理設(shè)置筒體,促使其構(gòu)件受力合理,提升高層建筑的穩(wěn)定性。
1.3高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計方法
1.3.1結(jié)構(gòu)分析中常用的基本假定。高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。精準(zhǔn)的安裝三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行高層建結(jié)構(gòu)分析是比較困難的。此時可以利用基本假定的方法來簡化分析結(jié)構(gòu),可以得到準(zhǔn)確且有效的結(jié)論。常用的基本假定有:(1)彈性假定。在高層建筑結(jié)構(gòu)受到垂直荷載或風(fēng)力作用的情況下,結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段。假定建筑結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài),那么建筑結(jié)構(gòu)在遭到地震或強(qiáng)風(fēng)的作用下,結(jié)構(gòu)位移程度較大,且可能出現(xiàn)裂縫的情況。利用彈性方法計算此種假定情況下結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移,可以真實反映高層建筑結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。(2)小變形假定。諸多學(xué)者認(rèn)為小變形假定應(yīng)當(dāng)利用非線性問題來了解高層建筑結(jié)構(gòu)變化情況,也就是分析高層建筑結(jié)構(gòu)在地震或風(fēng)力作用下,假定頂點水平位移與建筑高度的比值為1/500時,分析高層建筑的非線性問題,從而明確高層建筑結(jié)構(gòu)在垂直荷載和水平荷載的作用下結(jié)構(gòu)的變化情況。1.3.2各類結(jié)構(gòu)體系采用的分析方法。對于框架—剪力墻體系的分析,主要是采用連梁連續(xù)化假定,也就是根據(jù)剪力墻與框架位移協(xié)調(diào)條件,建立位移與外荷載之間關(guān)系的微分方程,對其進(jìn)行求解,如此可以了解框架、剪力墻水平位移情況。而對于剪力墻體系的分析,最好采用平面有限元法,可以對不同類型的剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算和分析,明確剪力墻的轉(zhuǎn)換層等應(yīng)力分布情況。筒體體系分析中常采用的分析方法有等效連續(xù)化方法、等效離散化方法、三維空間分析法。這三種分析方法的應(yīng)用需要根據(jù)不同分析方法的特點及筒體結(jié)構(gòu)類型,規(guī)范、合理地運用分析方法,從而了解筒體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化情況。
26度區(qū)高層建筑結(jié)構(gòu)選型研究
為了實現(xiàn)6度區(qū)雙塔高層建筑合理的、科學(xué)的結(jié)構(gòu)選型,筆者將從以下三方面展開:
2.16度區(qū)雙塔高層建筑說明
6度區(qū)雙塔高層建筑是由兩個高層建筑組成的,總建筑面積約9萬m2,分別是33層和32層,地下室是兩層。1號樓底下三層為商業(yè)樓,上部為住宅樓,1號樓采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu),三層設(shè)高層轉(zhuǎn)換滿足建筑功能。本建筑高層采用的是帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu),部分建筑結(jié)構(gòu)采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)。為了應(yīng)用需要,將轉(zhuǎn)換層設(shè)置在3層,同時為滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),對高層建筑框支柱、剪力墻底部進(jìn)行了強(qiáng)化,使其達(dá)到一級抗震標(biāo)準(zhǔn)。2號樓為一般住宅樓,采用剪力墻結(jié)構(gòu)。地下為停車場,1號樓1、2、3層商業(yè)建筑面積為1850.81m2;5~33層設(shè)為居民建筑,建筑面積為1192.67m2。2號樓32層建筑均設(shè)為居民建筑,其中1層的建筑面積為853.22m2;2~32層的建筑面積為871.98m2。
2.2高層建筑結(jié)構(gòu)體系方案的比較
基于以上內(nèi)容的概述,考慮到建筑高度、功能、抗震、經(jīng)濟(jì)性等因素,采用框架—筒體結(jié)構(gòu)體系和剪力墻結(jié)構(gòu)體系均比較適合。為了使6度區(qū)雙塔高層轉(zhuǎn)換層在轉(zhuǎn)換層層高情況下更好地滿足建筑功能的使用,筆者將對以上兩種高層建筑結(jié)構(gòu)體系方案進(jìn)行分析比較,選擇最佳的結(jié)構(gòu)體系方案。2.2.1框—筒結(jié)構(gòu)體系。由于結(jié)構(gòu)平面布置需要充分考慮水平荷載和豎向荷載抵抗情況,在結(jié)構(gòu)平面布置規(guī)則對稱的同時,也考慮其剛度的對稱,在矩形中部設(shè)置樓電梯井筒體,再根據(jù)建筑平面對稱布置框架。為了保證雙塔高層建筑1號樓采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu),三層設(shè)高層轉(zhuǎn)換滿足建筑功能,2號樓剪力墻結(jié)構(gòu),能夠抵抗地震作用,對結(jié)構(gòu)縱橫兩個主軸方向進(jìn)行抗震設(shè)計,也就是將梁和柱的中線進(jìn)行重合設(shè)計,促使梁和柱直接傳力,減少主軸偏向,帶來不利影響。2.2.2剪力墻結(jié)構(gòu)體系?;?度雙塔高層建筑的規(guī)劃方案,為了避免雙塔高層建筑在轉(zhuǎn)換層層高情況下建筑結(jié)構(gòu)可以有效抵抗水平荷載和豎向荷載,促使高層建筑依舊更好地滿足建筑功能的使用要求,1號樓三層設(shè)高層轉(zhuǎn)換滿足建筑功能,需要增強(qiáng)剪力墻結(jié)構(gòu)體系,因此對剪力墻的設(shè)置為:(1)合理開設(shè)剪力墻的洞口,將一道剪力分成若干墻段,洞口連梁的跨度較大,促使剪力墻和連梁的彎曲變形能力大;(2)有效控制墻肢截面的高度,避免剪力墻突變,提高剪力墻底部的強(qiáng)度;(3)部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的框支層,其剪力墻的截面面積不應(yīng)小于相鄰非框支層剪力墻截面面積的50%。
2.3計算參數(shù)及計算軟件
2.3.1設(shè)計依據(jù)及基本參數(shù)。為了高質(zhì)量、高效率地建成6度區(qū)雙塔高層建筑物,在設(shè)計此高層建筑的過程中,一定要遵照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》等,規(guī)范、合理地進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)選型。由于地震作用對高層建筑的影響較大,而本次高層建筑又屬于A級高度建筑,在進(jìn)行雙塔高層建筑結(jié)構(gòu)選型時,需要明確場地的特征周期、地震影響系數(shù)、地震放大系數(shù)、基本風(fēng)壓、地面粗糙級等方面的參數(shù),并根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害的評估結(jié)果,合理分析高層建筑。2.3.2計算軟件的應(yīng)用。計算軟件采用PKPM-SATWE,它是專門為多、高層結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計而研制的空間組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件。利用此計算軟件來分別分析框—筒結(jié)構(gòu)體系和剪力墻結(jié)構(gòu)體系中的相關(guān)數(shù)值,對比結(jié)構(gòu)體系,從而優(yōu)選適合的結(jié)構(gòu)體系。對于SATWE計算軟件的應(yīng)用,主要是:(1)設(shè)定整體參數(shù)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及雙塔高層建筑實際情況,對軟件初始參數(shù)和特殊構(gòu)件進(jìn)行合理設(shè)置;(2)確定整體結(jié)構(gòu)的合理性。也就是明確6度區(qū)雙塔高層轉(zhuǎn)換層在轉(zhuǎn)換層層高情況下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全情況下的位移情況、剛度情況、剛重情況、剪重情況等,將其設(shè)定為指標(biāo),分別對兩種結(jié)構(gòu)體系的高層建筑轉(zhuǎn)換層層高情況下各個因素的變化情況進(jìn)行分析。
3結(jié)語
綜合以上計算軟件計算結(jié)果可以確定,結(jié)構(gòu)體系對建筑使用功能的影響較大。從結(jié)構(gòu)受力的角度來看,框—筒結(jié)構(gòu)體系的受力越大與核心筒的大小相關(guān);剪力墻結(jié)構(gòu)體系的受力與剪力墻的強(qiáng)度有關(guān)。所以,綜合考慮6度區(qū)雙塔高層建筑的各個方面及轉(zhuǎn)換層在轉(zhuǎn)換層層高情況下更好地滿足建筑功能的使用要求,選用剪力墻框架結(jié)構(gòu)體系是非常適合的。
參考文獻(xiàn)
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[關(guān)鍵詞]高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;選型;結(jié)構(gòu)體系;水平載荷
中圖分類號:G621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)10-0192-01
20世紀(jì)的最后20年,改革開放之后的中國隨著綜合國力的提高,新建了大批的高層建筑。但是目前我國內(nèi)地高層建筑中,仍以高層住宅(12~30層)占主體,約占全部高層建筑的80%,所以鋼筋混凝土高層建筑仍是具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。本文就高層建筑的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計特點進(jìn)行分析,總結(jié)了高層建筑的結(jié)構(gòu)體系類型,最后并分析了抗震設(shè)計在高層建筑中的應(yīng)用。
一、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計特點
(一)水平載荷成為決定因素
任何一個建筑結(jié)構(gòu)都要同時承受垂直荷載和風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載,還要具有抵抗地震作用的能力。在較低樓房中,往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計,水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小,對結(jié)構(gòu)的影響也就較小;但在較高樓房中盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生著重要影響,水平荷載卻起著決定性的作用。隨著樓房層數(shù)的增多,水平荷載愈益成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制因素。一方面,因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與樓房高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩,以及由此在豎構(gòu)件中所引起的軸力,是與樓房高度的兩次方成正比;另一方面對某一高度樓房來說,豎向荷載的風(fēng)荷載和地震作用,其數(shù)值隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。
(二)軸向變形不容忽視
通常在低層建筑結(jié)構(gòu)分析中,只考慮彎矩項,因為軸力項影響很小,而剪切項一般可不考慮。但對于高層建筑結(jié)構(gòu),情況就不同了。由于層數(shù)多,高度大,軸力值很大,再加上沿高度積累的軸向變形顯著,軸向變形會使高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力數(shù)值與分布產(chǎn)生顯著的改變。對連續(xù)梁彎矩的影響:采用框架體系和框-墻體系的高樓中,框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力,中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時,此種差異軸向變形將會達(dá)到較大的數(shù)值,其后果相當(dāng)于連續(xù)梁的中間支座產(chǎn)生沉陷,從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小,跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩增大。
(三)側(cè)移成為控制指標(biāo)
與低層建筑不同,結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素,隨著樓層的增加,水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大。設(shè)計高層結(jié)構(gòu)時,不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度,能夠可靠地承受風(fēng)荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力;還要求具有足夠的抗側(cè)剛度,使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi),保證良好的居住和工作條件。
二、高層家住結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)
當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時,往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來代替部分框架,便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時,框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載,剪力墻主要承受水平荷載??蚣?剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。
當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時,即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中,單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高,有一定的延性,傳力直接均勻,整體性好,抗倒塌能力強(qiáng),是一種良好的結(jié)構(gòu)體系,能建高度大于框架或框架-剪力墻體系。
三、高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計方法
高層建筑結(jié)構(gòu)是由豎向抗側(cè)力構(gòu)件(框架、剪力墻、筒體等)通過水平樓板連接構(gòu)成的大型空間結(jié)構(gòu)體系。要完全精確地按照三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析是十分困難的。各種實用的分析方法都需要對計算模型引入不同程度的簡化。
四、抗震分析與設(shè)計在高層建筑的應(yīng)用
在罕遇地震作用下,抗震結(jié)構(gòu)都會部分進(jìn)入塑性狀態(tài)。為了滿足大震作用下結(jié)構(gòu)的功能要求,有必要研究和計算結(jié)構(gòu)的彈塑性變形能力。當(dāng)前國內(nèi)外抗震設(shè)計的發(fā)展趨勢,是根據(jù)對結(jié)構(gòu)在不同超越概率水平的地震作用下的性能或變形要求進(jìn)行設(shè)計,結(jié)構(gòu)彈塑性分析成為抗震設(shè)計的必要的組成部分。我國現(xiàn)行抗震規(guī)范(GB50011-2001)要求高層建筑的抗震計算主要是在多遇地震作用下(小震),按反應(yīng)譜理論計算地震作用,用彈性方法計算內(nèi)力及位移。對于重要建筑或有特殊要求時,要用時程分析法補(bǔ)充計算,并進(jìn)行罕遇地震作用下(大震)的變形驗算。
在我國高層建筑的抗震分析與設(shè)計中常見的問題有以下幾種:首先是高度問題,對于超高限建筑物,應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度。因為在地震力作用下,超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化,隨著建筑物高度的增加,許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變,即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍,如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。其次是材料選用和結(jié)構(gòu)體系的問題,在高層建筑中,我國150m以上的建筑,采用的三種主要結(jié)構(gòu)體系(框-筒、筒中筒和框架-支撐),這些也是其他國家高層建筑采用的主要體系。但國外特別在地震區(qū),是以鋼結(jié)構(gòu)為主,而在我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)占了90%。如此高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu),國內(nèi)外都還沒有經(jīng)受較大地震作用的考驗。根據(jù)現(xiàn)在我國建筑鋼材的類型、品種和鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力,建議盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土(柱)結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu),以減小柱斷面尺寸,并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。第三是軸壓比與短柱問題,在鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中,往往為了控制柱的軸壓比而使柱的截面很大,而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋。
五、結(jié)語
結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項集結(jié)構(gòu)分析,數(shù)學(xué)優(yōu)化方法以及計算機(jī)技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)工作,是一項對國家建設(shè)有重大意義的工作,同時,亦是一門實用性很強(qiáng)的工作。本文就高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計的各個方面進(jìn)行分析,一起有助于提高結(jié)構(gòu)工程師在建筑空間中的設(shè)計能力,特別是在處理高層建筑方面的問題上。
參考文獻(xiàn)