探讨高层建筑结构设计的影响因素

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  [摘 要]高层建筑的结构设计工作是一项涉及诸多因素和问题的综合性技术工作,高层建筑对结构设计的要求非常高,建筑设计师一定要在准确分析计算的前提下,根据结构设计的原则性要求,结合实际的工程条件和地质条件,设计和采用合理的结构设计方案。本文对高层建筑结构设计的影响因素进行了探讨。
  [关键词]高层建筑 结构设计 影响因素
  中图分类号:TU758 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)10-0138-01
  高层建筑是建筑未来的主体形式,要做好高层建筑的设计,应该以结构设计为立足点,使高层建筑结构设计在满足功能和质量的前提下,实现对客户安全和需要的尽量满足,形成结构、外形适于消费者需要的高层建筑设计,确保建筑行业经济和社会效益最大化的实现。
  一、高层建筑结构设计的原则
  1、选择合理的高层建筑结构计算简图
  在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算,如果选择不合理的计算简图,那么就比较容易造成由于结构安全发生的事故,基于此,高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时,计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中,其结构节点不单是刚节点或者交节点,保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。
  2、选择合理的高层建筑结构基础设计
  综合分析整个建筑场地的地质条件以及高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况,考虑施工条件,相邻的建筑物的影响等各个因素,在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥,必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告,如果缺失,那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下,相同结构单元应该采用相同的类型。
  3、选择合理的高层建筑结构方案
  结构体系的要求是受力明确,传力简单。在相同的结构单元当中,应该选择相同结构体系,应重视平、立面布置的规则性,择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。在进行了地理条件,工程设计需求,施工条件,材料等的综合分析的基础上,并和建筑包括水、暖、电等各个专业的相协调的情况下,选择合理的结构,从而确定结构的方案。
  4、对计算结果进行准确的分析
  当前市场上存在着形形色色的计算软件,采用不同的软件得到的结果可能不同,所以,建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下,选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符,所以进行计算机辅助设计的时候,出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题,基于此,结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后,应该进行校核,进行合理判断,得出准确结果。
  5、高层建筑的结构设计要采用相应构造措施
  高层建筑结构设计的原则是强剪切弱弯曲,强压弱拉,强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则,加强薄弱部位,对钢筋的锚固长度给予重视,并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。
  二、高层建筑结构设计的影响因素
  1、结构总体布置问题
  高层建筑结构的总体布置主要包括对高层建筑的高度、平面、立面和体型等方面进行选择,确保总体布置能够完全满足建筑、施工和结构的具体要求。同时还要对建筑使用功能进行充分的考虑,确保各项服务设施、开间、进深、层数、层高以及平面关系和体型等都能够满足使用功能的需求。对于使用过程中的便利性、经济和美学需求也要进行考虑。另外还要确保后期的维护费用具有较好的经济性。在选择先进的施工技术,提高工业化程序,有效地实现对工程造价的控制。高层建筑结构设计与其他工程存在着很大的不同,所以需要将结构体系进行确定,确定了结构体系后,则需要将总体布置与建筑设计有效地进行结合,确保高层建筑的造型和传力路线具有合理性。高层建筑中,建筑物的布局和结构直接影响着建筑物的动力性能,所以在高层建筑设计时就需要对地震、房屋体型、结构体系和刚度等进行全面的分析设计。
  2、建设的高度问题
  目前我国对于高层建筑混凝土结构开始向超高层方向发展,对于高层建筑的高度,我国的根据当前我国的经济发展水平和施工技术水平进行了全面的规定,但在实际设计中出现许多超高度的情况。国家并不提倡超过高度限制的高层建筑,因为在高度不断升高的情况下,对建筑整体的抗震性能会带来一定的影响,一旦发生地震,对超高层建筑具有较大的危害性。特别是在建筑不断升高的情况下,建筑会有更多的质变发生,使建筑本身各项性能受到较大的影响,不利于建筑的安全性。
  3、高层建筑的基础设计相关问题
  高层建筑的地基设计既是高层建筑结构设计的前提性工作,也是建筑设计师非常重视的一个问题。地基设计的重要性不言而喻,地基设计的质量直接影响着基础的类型选择和工程的造价。基础的设计工作包含了基础的类型设计和对地基的处理工作。地基类型的选择要考虑到上部结构的荷载、地基的承受荷载的能力以及工程的整体造价等因素,其中比较重要的是上部建筑荷载的准确计算和结构选型。另外在地基的设计和相关计算中一定要遵守国家规范和地方性规范,因为就全国来说,各地的地质条件差别很大,国家规范没有办法做出统一全面的规定,所以在地基的设计工作中要注意遵守地方性的设计规范的问题。
  4、高层建筑结构设计中的扭转问题
  在进行结构设计时,我们需要建筑的三心尽可能汇于一点,即三心合一。高层建筑结构设计的扭转问题就是指建筑的三心在结构设计过程中未达到统一,结构在水平荷载的作用下发生扭转振动的效应。
  5、高层建筑结构的受力性能
  对于高层建筑物最初的方案设计,建筑师考虑更多的是应该是它的受力性能,而不是详细地确定它的具体结构。沉降缝两侧单元层数不同时,由于高层的影响,低层的倾斜往往很大,因此沉降缝宽度可按高层单元的缝宽要求来确定。
  6、高层建筑结构设计中的剪力墙设置问题
  高层建筑中的剪力墙的数量要求和位置的设置问题也是高层建筑结构设计的重要因素之一。第一,在现行的建筑规范中,具体描述了短肢剪力墙的定义问题,短肢剪力墙是指截面的高度和厚度的比在5 - 8的墙体,在具体的建筑应用中,短肢剪力墙的使用受到诸多限制,结构设计中应尽量少使用这种墙体结构,避免后续的设计上的诸多问题。第二,剪力墙的位置设置除了在建筑的两端以外,在建筑的纵向中轴线还应该增加剪力墙结构,并调整剪力墙中心的位置,合理设置厚度以及截面,使建筑的结果位移保持在合理的范围之内。
  7、高层建筑中的结构规则性问题
  关于高层建筑的结构设计的新旧质量规范在诸多问题的内容描述上都存在着一定的变化和改动,这主要体现在两个方面,第一,新的建筑规范中针对旧的建筑规范的高层建筑结构设计的规则性问题,增加了许多的限制条件,比如建筑结构设计中的平面规则性问题和结构嵌固端的刚度比问题。第二,新的建筑规范中采用强制性的条文规定了严重不规则的结构设计方案是不能采用的。所以,结构设计师要注意到新旧规范的内容改动,严格遵守规定的限制条件,合理的规划自己的结构设计,避免为后续的施工设计和施工图的设计工作带来不必要的麻烦。
  总之,钢筋混凝土高层建筑结构设计,是一个长期、复杂、甚至循环往复的过程,任何在这过程中的遗漏或疏忽,都有可能使整个结构设计过程变得更加复杂或使结构设计结果存在不安全的因素。
  參考文献
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