論高層建築結構設計有關問題

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論高層建築結構設計有關問題
  論文關鍵詞:高層 結構設計

論文摘要:隨著我國國民不斷髮展和人民生活的迅速提高。業主及建築師的創新使得鋼筋混凝土高層建築發展被廣泛應用。高層建築結構設計給工程設計人員提出了更高的要求,本文就結構設計中應注意的幾方面問題進行探討。 

 1 高層建築結構受力方面

對於一個建築物的最初的方案設計,建築師考慮更多的是它的空問組成特點,而不是詳細地確定它的具體結構。
建築物底面對建築物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的,由於建築物是由一些大而重的構件所組成,因此結構必須能將它本身的重量傳至地面,結構的荷載總是向下作用於地面的,而建築設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關係,所以,在建築設計的方案階段,就必須對主要的承重柱和承重牆的數量和分佈作出總體設想。
對於低層、多層和高層建築,豎向和水平向結構體系的設計基本原理都是相同的,但是,隨著高度的不斷增加。豎向結構體系成為設計的控制因素,其原因有兩個:其一,較大的垂直荷載要求有較大的柱、牆或者井筒;其二,側向力所產生的傾覆力矩和剪下變形要大得多。
與豎向荷載相比,側向荷載對建築物的效應不是線性增加的,而隨建築高度的增高迅速增大。例如,在所有條件相同時,在風荷載作用下,建築物基底的傾覆力矩近似與建築物高度的平方成正比,而其頂部的側向位移與高度的四次方成正比,地震的作用效應更加明顯。在高層建築中,問題不僅僅是抗剪,而更重要的是整體抗彎和抵抗變形,可見,高層建築的結構受力效能與低層建築有很大的差異。
  
2 結構選型階段


對於高層結構而言,在工程設計的結構選型階段,結構工程師應該注意以下幾點:
2.1結構的規則性問題。
新舊規範在這方面的內容出現了較大的變動,新規範在這方面增添了相當多的限制條件,例如:平面規則性資訊、嵌固端上下層剛度比資訊等,而且,新規範採用強制性條文明確規定“建築不應採用嚴重不規則的設計方案。”因此,結構工程師在遵循新規範的這些限制條件上必須嚴格注意,以避免後期施工圖設計階段工作的被動。
2.2結構的超高問題。
在抗震規範與高規中。對結構的總高度都有嚴格的限制,尤其是新規範中針對以前的超高問題,除了將原來的限制高度設定為A級高度的建築外,增加了B級高度的建築,因此。必須對結構的該項控制因素嚴格注意,一旦結構為B級高度建築甚或超過了B級高度,其設計方法和處理措施將有較大的變化。
在實際工程設計中,出現過由於結構型別的變更而忽略該問題。導致施工圖審查時未予通過,必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況,對工程工期、造價等整體規劃的影響相當巨大。
2.3嵌固端的設定問題。由於高層建築一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設定在地下室頂板,也有可能設定在人防頂板等位置,因此,在這個問題上,結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設定帶來的一系列需要注意的方面,如:嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設定、結構抗震縫設定與嵌固端位置的協調等等問題,而忽略其中任何一個方面都有可能導致後期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。
2.4短肢剪力牆的設定問題。在新規範中,對牆肢截面高厚比為5-8的牆定義為短肢剪力牆。且根據實驗資料和實際經驗,對短肢剪力牆在高層建築中的應用增加了相當多的限制,因此,在高層建築設計中,結構工程師應儘可能少採用或不用短肢剪力牆,以避免給後期設計工作增加不必要的麻煩。

  3 地基與基礎設計方面

地基與基礎設計一直是結構工程師比較重視的方面,不僅僅由於該階段設計過程的好與壞將直接影響後期設計工作的進行,同時,也是因為地基基礎也是整個工程造價的決定性因素,因此,在這一階段,所出現的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。