时间:2023-03-24 15:53:03
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇建筑结构工程论文,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
现在的建筑结构模型基本都是应用在高校中的建筑制图等课程中,这些建筑结构模型大多是由一些相应厂家生产的,但是现存的一些模型大多存在着一些问题:首先,由于运输、制作、安装和结构稳定等因素的影响,这些厂家在生产建筑结构模型时,经常使用有机玻璃对材料进行替代建筑中的实际材料钢筋,这样生产的模型虽然在外型上看起来没有很大差别,但是实际作用却打了很大的折扣,某些重要内容无法得以体现,如钢筋梁柱之间的锚固、钢筋材料本身的材料特征、钢筋的实际搭建方式等都无法真实呈现出来。其次,只有单纯的硬件模型还无法达到很好的教学效果,还需要结合配套软件,也就是模型的说明,用来反应模型的具体内容及相关知识的延伸,但是实际情况下,由于技术力量的有限性导致模型反映内容比较单一,大多数厂家并没有提供模型相关说明,制作的模型也大多只是反映了简单的结构构造。单纯使用模型进行教学,教师自身的水平很大程度就影响了教学效果,导致了一些教学水平一般的教师无法真正体会到模型的作用。如果模型出厂时能够配套相应的说明,结构模型就不仅是用来反映简单的建筑构造,而是对建筑材料、实验、预算、施工等内容进行综合反映,有利于教师对整个施工过程进行有效讲解,也就能够更充分地体现出模型的作用。
2建筑结构模型研制
(1)建筑结构模型设计
研制建筑结构模型,首先需要对建筑结构模型进行设计,下面以一个建筑结构模型为例。模型设计为两层,每层两个方向各为两跨的结构,下层采取一半高度置于土中的设计,来增加其稳定性,从而也方便观看。梁柱断面采用1:2的比例,梁长和柱高都采用缩小比例2:1,从而保证更好地反映相关内容。梁柱锚固处的钢筋采用焊接的方式进行固定,保证整个结构更加稳定,如果梁的挠度过大,则需要采用有机玻璃模板来进行固定。
(2)建筑材料及实验
工程中购买的钢筋,一级小规格的钢材大多是圆盘形式,二级和三级的钢筋大多是直线线材形式,其一般长度为9米。而且钢材表面上也经常有相关标示,如厂家的商标、钢材的规格及直径,这些标示一般是每隔2米出现一次。钢材表面的形式分为光圆和带肋,带肋又分为螺纹肋和月牙肋两种。因此制作模型时对于板筋选用时应选用光圆钢筋,梁处的钢筋应选用螺纹肋,柱筋应选用月牙肋。从厂家购买钢材后应当注意厂家提供的出厂合格证,这为以后的工程验收提供了非常重要的保证。出厂合格证一般也分为两种,一种是厂家提供的盖有厂家公章的原始合格证,另外一种是在厂家的原始合格证上也可以加盖经销商的红章。钢筋是建筑工程中必不可少的材料,因此使用时应当对其材料进行见证取样检查。取样时可以按照相关规定取一定长度的钢筋到检测单位进行检查,并要求其出具相关检测结果报告。检测内容通常分为屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯性能的检测,前两项为力学性能的检测,后两项为塑性性能的检测。
(3)建筑结构构造施工
在建筑结构构造施工中,钢筋的连接形式主要分为绑扎连接、焊接和机械连接三种,在实际的建筑工程施工中,前两种更加常用,机械连接形式使用比较少。在进行模型制作时,可以将这三种连接方法在不同部位都出现,从而便于学生对这三种连接形式有直观的认识。可以在板筋的连接中采用绑扎的形式,边柱和角柱可以采用机械连接中的套丝对接连接,中柱中可以采用电渣压力焊连接,梁筋则采用闪光对焊连接。对于焊接工程也需要出具相应的检测报告。
3建筑结构模型在建筑工程教学中实际应用
建筑施工图纸大多采用的平法标注形式,对于建筑结构模型来说,则可以将图纸和模型进行对比,使学生能够更直观地认识到钢筋的布置。比如梁KL1(2A),表示这个梁的编号为KL1,并且该梁有两跨,一端是悬臂,梁的断面是200*600,箍筋为8双肢箍,间距是200MM,加密区的间距是100MM,上部布置2根通长18钢筋,负弯曲处设置5根18钢筋,布置形式分为上下两排进行布置,上排断点为净跨径的1/3,下排断点为净跨径的1/4。腰部设置两根16的抗扭构造的钢筋,下部布置3根通长的20钢筋。另外,梁柱锚固连接处的构造是以平法图集中的规定为要求的,具体选用的是《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》,按照此规定要求,柱顶处和梁锚固分别采用其43页非抗震KZ边柱和角柱柱顶纵向钢筋构造中详图B和44页非抗震KZ中柱柱顶纵向钢筋构造中详图B的做法,梁采用57页非抗震楼层框架梁KL纵向钢筋构造弯锚的做法,悬臂端则采用66页各类梁的悬臂端配筋构造详图C的做法。
4结语
关键词:高层建筑,建筑结构,抗震设计
地震是一种随机振动,所以建筑结构设计人员为防止、减少地震给建筑造成的危害, 就需要分析研究建筑抗震问题不断总结工程经验,妥善处理这一工程问题。
一、实行建筑抗震设计规范,总结工程经验妥善处理工程问题:
(一)选择有利的抗震场地
地震造成建筑物的破坏, 除地震动直接引起的结构破坏外,场地条件也是一个重要的原因。地震引起的地表错动与地裂,地基土的小均匀沉陷, 滑坡和粉、砂土液化等。科技论文。因此,应选择对建筑抗震有利的地段, 应避开对抗震不利地段。当无法避开时, 应采取适当的抗震加强措施,应根据抗震设防类别、地基液化等级,分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施; 当地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、新近填土和严重不均匀土层时,应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响, 采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施; 对于地震时可能导致滑移或地裂的场地,应采取相应的地基稳定措施。
(二)优化的平面和立面布置
关于建筑结构设计的平面与立体结构, 我们根据认为有以下几个方面可以参考:
1、结构的简单性。结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径。只有结构简单,才能够对结构的计算模型、内力与位移分析, 限制薄弱部位的出现易于把握,因而对结构抗震性能的估计也比较可靠。
2、结构的刚度和抗震能力。水平地震作用是双向的,结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。通常, 可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力, 结构的抗震能力则是结构强度及延性的综合反映。结构刚度的选择既要减少地震作用效应又要注意控制结构变形的增大, 过大的变形会产生重力二阶效应, 导致结构破坏、失稳。论文参考网。
3、结构的整体性。在高层建筑结构中,楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用,楼盖相当于水平隔板,它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构, 而且要求这些子结构能协同承受地震作用, 特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时, 整个结构就要依靠楼盖使抗侧力子结构能协同工作。
(三)设置多道设防的抗震结构体系
多道抗震防线, 是指在一个抗震结构体系中, 一部分延性好的构件在地震作用下, 首先达到屈服, 充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用, 即担负起第一道抗震防线的作用, 其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服,从而形成第二、第三或更多道抗震防线, 这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。同时底框建筑底层高度不宜太高, 应控制在4.5m 以下。高度加大, 底层刚度减小, 重心提高, 使框架柱的长细比增大, 更容易产生失稳现象。论文参考网。而且由于高度较大,很多建筑房间被业主一层改成了两层, 造成了较大的安全隐患。科技论文。宜具有合理的刚度和强度分布, 避免因局部削弱或突变形成薄弱部位.产生过大的应力集中或塑性变形集中;可能出现的薄弱部位, 应采取措施提高抗震能力。
(四)保证结构的延性抗震能力
合理选择了建筑结构后, 就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性抗震能力,从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标, 系统的抗震措施包括以下几个方面内容。强柱弱梁: 人为增大柱相对于梁的抗弯能力,使钢筋混凝土框架在大震下,梁端塑性铰出现较早,在达到最大非线性位移时塑性转动较大; 而柱端塑性铰出现较晚, 在达到最大非线性位移时塑性转动较小,甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。强剪弱弯: 剪切破坏基本上没有延性, 一旦某部位发生剪切破坏, 该部位就将彻底退出结构抗震能力, 对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值, 使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。
(五)合理的建筑结构参数设计计算分析
对于复杂结构进行多遇地震作用下的内力和变形分析时, 应采用不少于两个不同的力学模型,目前主要有两种计算理论: 剪摩理论和主拉应力理论, 它们有各自的适用范围:砖砌体一般采用主拉应力理论,而砌块结构可采用剪摩理论。对计算机的计算结果, 应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。结构计算控制的主要计算结果有结构的自振周期、位移、平动及扭转系数、层间刚度比、剪重比、有效质量系数等。另外, 地下室水平位移嵌固位置,转换层刚度是否满足要求等, 都要求有层刚度作为依据。复杂高层建筑抗震计算时,宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应, 振型数不应小于15,对多塔结构的振型数不应小手塔楼数的9 倍, 且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。总之, 高层结构计算很难一次完成,应根据试算结果, 按上述要求多次调整,才能得到较为合理的计算结果,以保证建筑物的安全。
二、高层建筑抗震设计中经常出现的问题
(一)部分建筑物高度过高
按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程规定,在一定设防烈度和一定结构型式下,钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。在这个高度,抗震能力还是比较稳妥的,但是目前不少高层建筑超过了高度限制。在震力作用下,超高限建筑物的变形破坏性会发生很大的变化,建筑物的抗震能力下降,很多影响因素也发生变化,结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。
(二)地基的选取不合理
由于城市人口的增多和相对空间的缩小,不少建筑商忽略了这一问题,哪里商业空间大就在哪里建。高层建筑应选择位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地,远离河岸,不应垮在两类土壤上,避开不利地形、不采用震陷土作天然地基,避免在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段建造房屋。高层建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。
(三)材料的选用不科学,结构体系不合理
在地震多发区,采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构主要以钢筋混凝土核心筒为主,变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大,靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移,不仅增大了钢结构的负担,而且效果不大,有时不得不加大混凝土的刚度或设置伸臂结构,形成加强层才能满足规范侧移限值。
(四)较低的抗震设防烈度
许多专家提出,现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要,建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高。我国现行抗震设防标准是比较低的,中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为lO%的地震烈度,较低的抗震设防烈度放松了高层建筑的抗震要求。论文参考网。科技论文。
三、结语
地震是一种目前难以准确预测的自然灾害,为避免它给人类带来大的灾难。作为工程技术设计人员在建筑结构的研究和工程设计中,应从整体宏观的观点出发,综合处理好建筑功能、技术、艺术、安全可靠性和经济合理等几方面内容,从而创造出更加安全、适用、经济美观的高层建筑;新型结构的出现,高性能材料的发展,计算机技术水平的提高,促使人类建筑精品再上新的台阶。
关键词:高层建筑;结构设计;存在问题;解决方式
一、高层建筑设计结构类型时存在的问题及解决方法
1、 在选择建筑的结构构型时要科学合理
存在的问题:
建筑的结构构型决定着建筑结构设计的整体走向,现在很多设计师在设计结构构型时,没有考虑到各方面的问题,导致最终的建筑设计在整体上不能满足用户需求。
解决方法:
在布置高层建筑的结构平面时应该遵循对称、规则、简单的原则,防止出现狭长的缩颈位置和应急过于集中的凹角部位,此外,还应该防止楼梯的电梯部位出现偏置而产生扭转的后果。在设计竖向体型时,应防止过于外挑,并且内收也要适度,刚度也要均匀的变化,切忌出现应力过于集中。在《高层建筑混凝土结构技术规程》中有了专门的内容在叙述建筑结构构型的规则性,比如:竖向结构的规则性、平面结构的规则性等等,在审定建筑设计方案中,坚决摒弃不符合规则的设计图。因此,建筑结构设计工程师在设计建筑构型时必须要遵循这些规则,如果在设计过程中发现了一些问题或者碰到了难题,就应该及时向建筑专业交流沟通,尽最大的努力选择最优的结构构型,以免给工程的后续工作带了不必要的麻烦。
2、 房屋最适高度和高宽比
存在的问题:
房屋的最适高度和高宽比直接影响着人们在使用过程中的心理感受,最适的高度和高宽比能给人一种舒适的感觉,并且还能增强建筑结构的安全性。而目前,很多设计师在设计房屋的最适高度和高宽比时,过于片面地追求单一方面的因素,而使房屋的高度和高宽比不能达到最佳。
解决方法:
在高层建筑设计规范和抗震规范中明确指出,应该严格限制高层建筑的总高度,以前是将高层建筑的总高度限制值设定成A级,但是现在将建筑的限制高度设定成B级,所以必须严格控制高层建筑的结构设计高度,从多方面综合考虑,如果高层建筑的高度超出了限定值B级,那么就要改变结构设计方案和处理手段。在建筑结构设计实践中,经常会发生因设计高度超过B级高度导致在审查设计图时,没有通过直接作废,就又需要重新设计,这就严重影响到建筑的整体规划和建设周期。高层建筑的高宽比直接控制着建筑结构的整体稳定性、刚度、载重能力以及经济合理性,不同高度的高层建筑有着各不相同的高宽比限制值。然而,在设计一些结构比较复杂的高层建筑过程中,怎样准确地确定一个科学合理的高宽比是一个比较困难的工作。通常在计算时,能够根据需要考虑的方向的的最小投影宽度,针对建筑物中有一些的小的突出部位,例如楼电梯间,这就不在计算的宽度范围之内。针对有些高层建筑物附带了裙房,如果裙房的刚度和面积相对于上部的塔楼的刚度和面积过于大时,此时在宽度比的计算过程中就可以直接考虑裙房上面的部位。
3、重视短肢剪力墙的设置
存在的问题:
短肢剪力墙在建筑结构受力方面起到了十分重大的作用,现在的很多建筑的意外倒塌事故,都是由短肢剪力墙的受力不均匀引起的。
解决方法:
短肢剪力墙所指的是墙肢截面高度和厚度的比值是5~8的剪力墙。短肢剪力墙结构是在最近几年出现的,它既对住宅建筑的合理布置有利,还能使建筑结构的自重得到一定程度的减轻,然而,在高层建筑结构中,剪力墙的肢不能过于短小,这是由于短肢剪力墙有着比较差的抗地震能力,在地震多发区的实际应用很少,鉴于安全方面,高层建筑结构的剪力墙不能全部采用短肢剪力墙。如果断肢剪力墙设置太多,就应该增加设置一些筒体或者常规性的剪力墙,这二者之间共同受力,形成坚固的剪力墙结构,此外,高层建筑规范中还对短肢剪力墙的使用有了一些特别的限制,比如:抗震等级、纵向钢筋的总配筋率、最大高度等,所以,短肢剪力墙在建筑结构设计中应该少使用或者不适用为宜,不能因为了方便于施工而设计错误。
二、高层建筑结构的分析与计算方法
1、 在整体计算建筑结构时要选择正确的软件
现在大家普遍采用的计算软件包括:TBSA、TAT、SATWE或SAP、ETABS等。然而,因为不同的软件所使用的计算模型都是各不相同的,所以要根据建筑高度、结构选型、结构体系等来正确选择合适的软件版本进行设计。所以计算得出的结果有一些不同。因此,在计算和分析高层建筑的整体结构时,必须要综合考虑到建筑结构的高度和构型来正确选择计算软件,以便能够保证计算结果的精准性,有时可以使用多个不同的软件来计算,然后工程设计师再仔细分析这些不同的结果,找出适合参考且合理的结果。否则,一旦选择了不恰当的计算软件,不仅会消耗设计者大量的精力和时间,影响到建设周期,还将有可能使建筑结构存在一系列的安全隐患。
2、应该具有充足的振性数目
在新的高层建筑规范中,提出了振型参与系数的概念,还清楚地指出了这个参数的额定值。又因为在之前的高层建筑规范中,没有明确指出振型参与系数该方面的内容,即使有的指出了此概念,没有清楚的指出这个参数的额定值,所以,在分析和计算时期,就应该正确判断确立出这个参数,再进行有效地调整振型参与系数的最终取值。
3、非结构构件的计算和设计
在高层建筑的结构设计中,通常会有一些因为建筑的功能和美观方面的要求而非主体承重骨架体系以内的非结构构件。特别是在设计高层建筑屋顶处的装饰构件过程中,因为高层建筑有着比较大的风荷载和地震作用,所以,就一定要根据新的高层建筑规范中的要求老计算和处理非结构构件,以免造成恶劣的影响。
三、总结
高层建筑的结构设计是一项比较复杂且耗时长的工作,在设计过程中,稍不留意就会出现一些或大或小的错误,从而会给建筑结构的后期施工带了一系列的安全隐患,一旦发生安全事故,将会给建设单位带了严重的损失。因此,高层建筑结构设计人员应该严格按照新的高层建筑规范进行设计方案,并且还要认真考虑高层建筑的结构构型,在通过仔细的分析计算来得出最终比较完美的设计图,这样既能保证建筑物的安全性能,还能给建设单位带来丰厚的利润。在设计过程中,若遇到了一些阻碍,就应该及时和建筑师商讨,实现资源共享、技术共享。
参考文献:
[1] 于险峰. 高层建筑结构设计特点及其体系[J]. 中国新技术新产品. 2009(24)
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[4] 张庆新. 高层建筑结构设计[A]. 吉林省土木建筑学会2012年学术年会论文[C]. 2012
【关键词】剪力墙结构,高层建筑框架结构,设计,应用
中图分类号: TU398+.2 文献标识码: A 文章编号:
一 前言
由于科学技术的进步和人们生产生活方式的改变,人们对建筑结构设计的要求也越来越高,随着建筑结构设计理论的逐渐完善,剪力墙结构凭借着刚度大,可以有效的减少侧移,建筑结构抗震性能很好,可以保证建筑的安稳和稳定性,因此,在建筑结构设计中被广泛的推广运用,为我国的经济发展和人们生活质量的改善提供了强大的动力。因此,加强剪力墙结构在建筑结构设计中的应用探究,有着十分重大的意义。笔者将从结合多年的施工经验,对高层建筑框架剪力墙结构设计的基本原则,墙肢分类,设置,边缘构件的布置,和连梁的设计等多方面做出分析,并提出剪力墙结构设计的优化措施。
二 墙肢的分类和结构布置
2.1墙肢的分类
在剪力墙的分类中,最重要的分类依据是墙肢的高度和厚度比值。一般有短肢剪力墙和一般剪力墙两种,同时,也可以根据墙面的开洞大小分为整截面墙、整体小开口墙、联肢墙和壁式框架等几种类型。
2.2厚度选择
剪力墙的墙肢厚度关系到剪力墙出平面的的稳定性和刚度。因此,在选择时候,一定要遵守相关的技术规程。在住宅建筑的设计中,填充墙的厚度和剪力墙的厚度相同,多会选取两百毫米左右。如果高层建筑没有地下室,在进行剪力墙的设计时候,可以在综合考虑到建筑结构平面的基础上,减少一字型的剪力墙结构设计,多采用十字形等形状。这样既可以使得翼缘长度大于其厚度,让建筑结构抗震性能更好的发挥,同时也可以满足建筑设计的美观性和实用性。
2.3剪力墙的结构布置
随着建筑越来越高,建筑的综合性能也日渐提升,因此,建筑设计中,应该使得建筑具有很好的空间工作性能。因此,在进行剪力墙结构设计时候,应该采用双向布置,科学合理的构成建筑结构的空间性能。同时,由于对建筑的抗震性能有了更高的要求,因此,在剪力墙设计时候,严禁在需要抗震设防区域使用单向剪力墙设计。在进行剪力墙设计时,要保证平面均匀分布,刚度中心要和建筑的整体质心相重合或者是尽量靠近,如此可以很大程度上减小扭转效应。
如果刚度中心和质心相距很远,可以改变墙肢长度和连梁的高度调整刚心位置。在进行建筑结构设计中,剪力墙由于抗侧刚度很大,整体结构的自振周期很短,使得整体建筑受到的水平地震作用很大,不利于建筑结构的稳定,因此,可以综合考虑到剪力墙的抗侧刚度和承载力,减小墙体的纵横厚度,加大墙体之间的距离,或者是合理减少墙体的总体数量,如此,可以达到降低墙体自身重量的目的。同时,可以降低墙体的整体水平地震的剪力和弯矩程度。
三 连梁的设计布置
连梁的跨高以及截面的尺寸会受到各种条件的影响和限制,因此,在剪力墙的连梁设计中,会因为设计的不合理,容易出现连梁承载力或者是连梁的界面难以达到相关规定的标准,从而既会影响到工程的施工,又会影响到工程的质量。因此,要综合多种情况,进行设计和处理。
3.1提高混凝土等级
为了让连梁的抗剪承载能力不会超过规定标准,可以合理的提高剪力墙的混凝土的等级,当混凝土的等级得到提升,混凝土的弹性模量增加比例会小于抗剪承载力的提升比例,从而,可以达到控制目标。
3.2增加剪力墙洞口的宽度、减小连梁高度
在进行连梁的设计中,为了达到降低连梁刚度,减少地震影响效果的目的,可以选择扩大剪力墙所开洞口的宽度,也就是增加连梁的总体跨度,从而使的连梁的高度降低。使得连梁的承载力保证在一定的标准范围内。
3.3对连梁的刚度进行折减
连梁由于跨高比较小与之相连的墙肢刚度大等原因,在水平力作用下的内力往往很大,连梁屈服时表现为梁端出现裂缝,刚度减小,内力重分布。因此,在开始进行结构整体计算时,就需对连梁刚度进行折减。高规中解释说高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析,但抗震设计的剪力墙结构中的连梁刚度相对墙体较小,而承受的弯矩和剪力很大,配筋设计困难。因此,可考虑在不影响其承受竖向荷载能力的前提下,允许其适当开裂而把内力转移到墙体上。
3.4增加剪力墙的厚度
在进行连梁设计时,可以增加剪力墙的厚度,使得连梁的截面宽度变大,不仅仅可以让建筑结构整体的刚度变大,也使得地震产生的内力作用变得更大,由于连梁的抗剪承载力与连梁宽度的增加成正比。通过剪力墙的厚度增加,也有可能达到让连梁抗剪承载力符合限度的目的。
四 剪力墙结构计算和设计的优化的措施
4.1剪力墙结构计算方面的优化
4.1.1楼层最小剪力系数的调整原则。在满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过40%的前提下,尽可能减少剪力墙的布置,以大开间剪力墙布置方案为目标,使结构具有适宜的侧向刚度使楼层最小剪力系数接近规范限值,这样能够减轻结构自重,有效减小地震作用的输入同时降低工程造价。
4.1.2楼层最大层间最大位移与层高之比的调整原则。规范规定在计算多地震作用的楼层最大层间位移时,以楼间弯曲变形为主,计入扭转变形,可不扣除结构整体弯曲变形,因此,对于高层建筑应尽可能扭转变形最小,但又不能仅根据这些层间位移不够,不加分析地增加竖向构件的刚度。在实际工程设计中,有些设计人员一看到某一方向层间位移不能满足规范要求,就不断地增加该项的侧向刚度,此举虽然可以解决问题,但应该注意此时结构的剪重比,若与规范限制接近则可行,若剪重比已经较大,则不应一味地增加也要学会减小对应一侧的结构刚度,使其剪重比减小,地震作用减小,同样可以达到较好的效果。
4.2剪力墙结构设计方面的优化
4.2.1剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙的竖向刚度应均匀,剪力墙的门窗洞口宜上下对齐,成列布置,形成明确的墙肢和连梁。应力分布比较规则,又与当前普遍应用的计算简图较为符合,设计结果安全可靠。宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置,当剪力墙的洞口布置出现错洞,叠合错洞时,墙内配筋应构成框架形式。
4.2.1剪力墙的特点是平面内刚度及承重力大,而平面外刚度及承载力都相对很小,应控制剪力墙平面外的弯矩,保证剪力墙平面外的稳定性。当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时,应采取足够的措施减少梁端部弯矩对墙的不利影响。
五 结束语
总之,剪力墙结构在我国建筑行业的广泛运用,既可以大力推进我国建筑质量的提高,又可为我国的社会主义和谐社会奠定强大的基础,在进行剪力墙结构设计时候,必须综合考虑多方面因素,严格遵守设计规程,进而保证设计的科学合理。
参考文献;
[1] 李成华 剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析 [期刊论文] 《城市建设》 -2009年35期
[2] 王福贵 剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析 [期刊论文] 《城市建设理论研究(电子版)》 -2008年1期
【关键词】建筑结构加固原因方法
中图分类号:TU8文献标识码: A
改革开放以来,我国建筑事业都有了很大程度上的发展,而近几年,我国自然灾害频发,尤其是地震,地震对房屋等建筑物的破坏非常的大,为了避免这些自然灾害的破坏,就必须对建筑结构进行加固。提高房屋建筑结构的刚韧程度,使其满足相关规范所允许的变形程度和裂开缝隙宽度的要求;提高房屋建筑结构的耐久性,以便改善使用功能。为了消除这类房屋建筑中的安全隐患,提高长期使用质量,在确信有加固价值的前提下,就应该对存在隐患的房屋建筑进行加固,其目的是提高房屋建筑结构构件的坚固程度,让其满足有关规范要求;本文就研究了建筑结构加固原因并提出了解决方法。
一、 房屋建筑结构加固的原因。
1. 在设计过程中使用的标准太低,不能满足用户对于房屋功能的要求。
2. 设计中出现概念性的错误,例如计算过程有误差、设计考虑不全面而出现缺陷等。
3. 由于施工水平和施工条件的限制,对于设计中的一些问题,只是通过改变参数等手段减少建筑的缺陷,根本问题并没有得到解决。或者建筑材料本身的质量就不够,在后期的使用中,建筑结构和建设构件出现问题,不能耐久使用。
4. 更改构件用途在施工中为了图方便,在某些位置使用的构件与标准不符,使得构件负荷超载。
5. 为了满足有些用途,建筑随便改造,改变了建筑原有的功能。例如增加房屋层数、增加房屋负载等。
6. 由于房屋所处的环境问题,构件或者结构的性能提前老化。最明显的例子就是木结构遭到白蚁破坏,使得结构的力学性能下降,而不得不对房屋进行加固。
二、 房屋建筑结构加固的主要程序。
1. 对存在隐患的房屋建筑进行鉴定。
2. 根据房屋现状及鉴定情况选择和确认加固方案。
3. 加固施工图设计。
4. 施工组织设计及审核。
5. 施工。
6. 验收。
三、 房屋建筑结构加固的基本原则。
1. 制定方案的总体效应原则在房屋建筑结构加固的方案制定时,不仅要考虑鉴定结论问题,还要考虑委托人或使用人要求和加固后房屋建筑的总体效应,包括形状、体量、造价、安全、工期、工艺以及施工的可能性等。要在房屋整体无损益或损益较小的前提下,消除房屋建筑结构或构件存在的隐患。
2. 加固材料的选用和强度取值原则。
3. 荷载计算取值原则。
4. 承载力验算原则。
5. 与抗震消防结合的原则。
四、 加固方法。
1. 增大截面法。这是将房屋建筑结构构件截面面积增大的一种加固方法,这种方法不仅能增加房屋结构构件的受力能力,还能改善结构构件刚韧性能。因此,被广泛应用于房屋建筑结构的加固。
2. 外包钢加固法。将房屋建筑结构构件的周围加上钢材的一种加固方法,这种方法主要有两种形式,即外包钢和湿外包钢。外包钢加固法虽然在不增截面面积的基础上可以提高结构构件的受力能力,但这种方法耗钢量较大,相对加固费用较高。
3. 预应力加固法。运用水平拉杆,下撑式拉杆或者组合拉杆,对房屋建筑结构进行加固的方法,这种加固方法是在不改变建筑使用空间的基础上提高房屋建筑结构构件的受力能力。这种加固方法效果好、经济,但对技术的要特别严格。
4. 改变受力体系法。这种加固方法是通过增加支点或托架的方法,从而改变受力体系的一种加固方法。增加支点能够减小房屋建筑结构构件的跨度,提高房屋建筑结构构件的受力能力,这种方法适用于旧式建筑的改造。
5. 外部粘钢法。这种加固方法是用具有强粘结力的粘合剂把钢材紧紧的粘在房屋结构构件外表面,钢材与结构构件共同受力而起到加固作用。这种方法的施工工期短、操作简便,结构构件加固后不会改变形状和空间。
6. 化学灌浆法。是采用专用设备将配置好的化学浆液灌入到钢筋混凝土结构构件裂缝中的一种加方法,灌入的化学浆液能很好的与混凝土融结,增加钢筋混凝土结构构件的整体性,这种方法能使结构构件的功能得到较大限度的复原。
7. 水泥灌浆法。采用专用设备将水泥压入房屋结构构件裂缝中,让其与墙体等粘合的一种加固方法。
8. 加固地基法。具体有基础加固、桩式托换、地基处理等方法,可视情况而定。一般房屋建筑结构的加固都比较复杂,不仅受到建筑物原本条件的限制,而且还受鉴定者的水平、鉴定结论准确程度、加固方案的选用、施工水平、施工条件等的制约。
五、 国内房屋建筑结构的运用。
这里仅谈一谈房屋建筑抗震加固方面。汶川地震后,房屋建筑抗震越来越被重视了,很多建筑都进行了结构抗震加固。国内采用的结构抗震方法主要是耗能减震,实践证明这种方法是有效的、可行的。采用这种抗震技术可以减少地震波对建筑物的冲击,能有效减少房屋建筑结构在地震作用下的损失,达到了房屋建筑结构加固的目的。这种抗震加固方法在具体的建筑物加固时不会对现有建筑物增加受力负担,而且不用加固基础,大大的降低了加固造价,缩短了建设工期,并且方便震后的房屋建筑的修复。耗能减震主要分为位移相关型和速度相关型,耗能减震器主要有粘弹性阻尼器和粘滞流体阻尼器、耗能器支撑可单独支撑,也可组合支撑。支撑形式有人字支撑、对角支撑、十字支撑等,如北京工人体充场就是采用粘滞流阻尼器与主体结构组合支撑进行抗震加固的。在进行建筑结构设计中基础埋深问题的解决控制中,应注意从高层建筑结构设计中建筑基础埋深设置要求标准的目的上进行分析考虑。在高层建筑结构设计要求中,对于建筑埋深的设置要求,主要是为了满足建筑地基变形与稳定性的要求进行制定的,以避免建筑地基埋深问题造成的建筑整体倾斜与建筑结构倾覆滑移变化。根据相关验证计算公式,通过实际地震作用大小假设计算后,可以看出上述建筑工程结构的抗倾覆与抗滑移能力远远大于设计要求标准,这说明该工程基础埋深设置是合理的,这主要是与建筑结构设计中,结构倾覆滑移变化不仅与建筑基础埋深有关,也与建筑结构的高宽比有很大的联系。
结语:综上所述,我国建筑结构存在以上问题,并且旧房加固对于节省资源、优化基建资金、延长房屋使用寿命具有十分重要的作用,对于缓解目前的住房面积紧张、能源枯竭、环境污染等问题具有重要意义。对于建筑事业的不例外,所以,加强对建筑结构加固方法的研究,对提高我国建筑的社会效益和经济发展具有重大的作用。只有成分了解了建筑结构加固的原因和方法,才能大力提高建筑质量,为人们的生活及日常事务提供安全保障。
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关键词:近断层地震动;脉动型;高层剪力墙;地震反应
1引言
近年来,近断层地震动已经成为地震学与地震工程学两个学科内的热点问题。近二十年来发生的几场大地震,如美国北岭地震(1994,1,17)、台湾集集地震(1999,9,21)都收集到了丰富的地震动数据,研究人员据此整理出了具有典型运动特征的地震动记录。大量的研究资料表明,由于处于近断层区域地震动往往具有大脉冲、长周期、高峰值等与远场地震动显著不同的特性,更容易对结构造成严重的破坏,所以以近断层地震动作为研究对象具有实际意义。
关于近断层地震动的定义在学术界尚未统一,大多数学者是将距离断层破裂面小于20公里以内的区域称作近断层区域[1],在这一区域收集到的地震动记录一般称之为近断层地震动记录。
与远场地震动不同的是,近断层地震动具有长周期、大峰值以及速度脉冲等特点。研究人员根据大量的近断层地震动记录资料分析以及相关数值模拟,总结出了其主要运动特征包括集中性、破裂向前方向性效应、上盘效应、速度脉冲以及滑冲效应。本文以近断层地震动记录作为输入,计算结构的地震反应,分析地震动的强度度量参数,得到对抗震设计有用的结论。
近年来,在高层住宅结构中,剪力墙结构得到了广泛的应用。由于剪力墙结构刚度大,整体性较好,具有较好的抗剪能力。对于以水平方向作用为主的地震输入,具有较强的抗震能力,因此,针对剪力墙结构抗震设计的研究,对高层剪力墙结构中剪力墙布置与优化具有很强的工程意义。
本文选取近断层地震动记录,这些地震动记录来自实际地震,选取基于具有典型运动特征的脉冲型地震动记录作为地震输入,基于SAP有限元分析软件进行弹塑性时程分析,提取结构层间位移角等地震反应数据,分析近断层地震动记录下高层建筑结构实际反应。
2近断层脉冲型地震动特性参数
本文选取具有典型脉冲特性的近断层地震动记录[9],即来自台湾集集地震(1999,9,21,震级MW=7.6)和美国北岭地震(1994,1,17,震级MW=6.6)。这两次地震动都得到了典型的近断层地震动记录,其中,集集地震还收集到了无脉冲地震动记录,具体地震动参数如表1所示。
从图2可以看出,无脉冲地震动作用下,剪力墙结构在各层的位移角相差不大,说明高层建筑结构的基本振型影响不明显,而高阶振型起显著作用。而在滑冲效应和向前方向性地震动的作用下,高层剪力墙结构在顶部和底部的位移角有较为显著的区别,这说明,结构的基本振型被地震动作用激发,成为控制结构位移的主要作用。简而言之,分析近断层无脉冲型地震动和含脉冲型地震动作用对高层剪力墙结构的地震反应影响,脉冲型地震动作用下,高层剪力墙结构层间变形较大,容易使结构产生整体倒塌,对结构安全更为不利。
4结论
通过对单自由度双线性系统与高层剪力墙结构地震反应的分析,可以得到以下结论:
(1)分析结果表明,近断层脉冲型地震动记录主要与结构的基本阵型相关;二无脉冲型地震动对结构的高阶阵型起主要作用。高层结构的基本阵型对结构抗震起决定性作用,因此,近断层含脉冲型地震动对建筑结构具有更强的破坏性
(2)双线性SDOF系统与高层剪力墙结构地震反应具有较好的相似性,表明以单自由度系统作为高层建筑的简化结构进行地震反应分析是可靠的。
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关键词:高层建筑,结构布置,概念设计
前言
高层建筑结构要抵抗竖向和水平荷载,在地震区,还要抵抗地震作用。因此,在高层建筑结构设计时,不仅要求结构具有足够的强度,而且还要求有足够的刚度,高层建筑结构应具有足够的延性。这样才可以在满足使用条件下能达到既安全又经济的设计要求。论文格式。
1 高层建筑平面布置的合理性
(1)结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载,受力明确,传力直接,力争均匀对称,减少扭转的影响。在地震作用下,建筑平面要力求简单规则,风力作用下则可适当放宽。
抗震设防的高层建筑,平面形状宜简单、对称、规则,以减少震害。除平面形状外,各部分尺寸都有一定的要求。首先,平面的长度比不宜过大,L/B一般宜小于6,以避免两端相距太远,震动不同步,由于复杂的振动形态而使结构受到损害。长矩形平面的尺寸目前一般在70-80M以内。
为了保证楼板在平面内有很大的刚度,也为了防止或减轻建筑物各部分之间振动不同步,建筑平面的外伸段长度C应尽可能小。平面凹人后,楼板的宽度应予保证,Z形平面的重叠部分应有足够长度。另外,由于在凹角附近,楼板容易产生应力集中,要加强楼板的配筋。在设汁中,L/R的数值7度设防时最好不超过4;8度设防时最好不超过3,C/D的数值最好不超过1.0.
(2)为了防止楼板削弱后产生过大的应力集中,楼电梯间不宜设在平面凹角部位和端部角区,但建筑布置上,从功能考虑,往往在上述部位设楼电梯间。如果确实非设不可 ,则应采用剪力墙筒体予以加强。
(3)在高层建筑周边设置低层裙房时,裙房可以单边、两边和三边围合设置,甚至高层主楼置于裙房内.当裙房面积较小,与主楼相比其刚度也不大时,上、下层刚度中心不一致而产生的扭转影响较小,可以采用偏置形式;当裙房面积较大,裙房边长与主楼边长之比大于1.5时,宜采用内置式。
(4) 高层建筑物设置了伸缩缝、沉降缝或防震缝后,独立的结构单元就是由这些缝划分出来的各个部分。各独立的结构单元平面形状和刚度对称,有利于减少地震时由于扭转产生的震害。平面不规则、刚度偏心的建筑物,在地震中容易受到较严重的破坏。因此,在设计中宜尽量减小刚度的偏心。如果建筑物平面不规则、刚度明显偏心,则应在设计时用较精确的内力分析方法考虑偏心的影响,并在配筋构造上对边、角部位予以加强。
(5)平面过于狭长的建筑物在地震时由于两端地震波输人有位相差而容易产生不规则振动,产生较大的震害,平面有较长的外伸时。外伸段容易产生局部振动而引发凹角处破坏。需要抗震设防的A级高度钢筋混凝上高层建筑,其平面布置宜符合下列要求: 1)平面宜简单、规则、对称、减少偏心,否则应考虑扭转不利影响; 2)平面长度不宜过长,突出部分长度L不宜过大,凹角处宜采取加强措施。
(6)抗震设计的B级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑,其平面布置应简单、规则,减少偏心。
(7)角部重叠和细腰形的平面图形,在中央部位形成狭窄部分,在地震中容易产生震害,尤其在凹角部位,因为应力集中容易使楼板开裂、破坏。这些部位应采用加大楼板厚度,增加板内配筋设置集中配筋的边梁,配置45°斜向钢筋等方法予以加强。
当楼板平面过于狭长、有较大的凹人和开洞而使楼板有过大削弱时,应在设计中考虑楼板变形产生的不利影响。楼面凹人和开洞尺寸不宜大于楼面宽度的一半,楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的30% ;在扣除凹人和开洞后,楼板在任一方向的最小净宽度不宜小于5M。且开洞后每一边的楼板净宽度不应小于2M。
(8)抗震设计时,当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时,宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。论文格式。
2 高层建筑结构竖向布置的合理性
(1)历次地震震害表明:结构刚度沿竖向突变、外形外挑内收等,都会产生变形在某些楼层的过分集中,出现严重震害甚至倒塌。所以设计中应力求自下而上刚度逐渐、均匀减小,体型均匀不突变。1995年阪神地震中,大阪和神户市不少建筑产生中部楼层严重破坏的现象,其中一个原因就是结构刚度在中部楼层产生突变。有些是柱截面尺寸和混凝土强度在中部楼层突然减小。。有些是由于使用要求而剪力墙在中部楼层突然取消,这些都引发了楼层刚度的突变而产生严重震害。
(2)抗震设计的高层建筑结构。其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80 %。结构竖向抗侧力构件不宜不连续楼层的侧向刚度可取地震作用下该楼层剪力和该楼层层间位移的比值。
(3)A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的承载力不宜小于其上一层的80%,不应小于其上一层的56.5%.B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的承载力不应小于其上一层的75%。。(楼层层间杭侧力结构承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上,该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和。)
(4)抗震设计时,当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时,上部楼层收进后的水平尺寸B1,不宜小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍.。当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时,下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍,且水平外挑尺寸A不宜大于4M.
(5)中国建筑科学研究院的计算分析和试验研究表明,当结构上部楼层相对于下部楼层收进时,收进的部位越高、收进后的平面尺寸越小,结构的高振型反应越明显,因此对收进后的平面尺寸加以限制。。当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时,结构的扭转效应和竖向地震作用效应明显,对抗震不利,因此对其外挑尺寸加以限制,设计上应考虑竖向地震作用影响。
(6)结构刚度沿竖向突变、外形外挑或内收等,都会产生某些楼层的变形过分集中,出现严重展害甚至倒塌。所以设计中应力求使结构刚度自下而上逐渐均匀减小,体形均匀、不突变。论文格式。
(7)顶层取消部分墙、柱而形成空旷房间时,其楼层侧向刚度和承载力可能比其下部楼层相差较多,是不利于抗震的结构,应进行详细的计算分析,并采取有效的构造措施。如采用弹性时程分析进行补充计算、柱子箍筋应全长加密配置、大跨度屋面构件要考虑:
1)减小土的重量,降低地基的附加压力;
2)提高地基土的承载能力;
3)减少地震作用对上部结构的影响。
3、运用概念设计的思想,也使得结构设计的思路得到了拓宽。
传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力R,以至混凝土的等级越用越高,配筋量越来越大,造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率,结果肥梁、胖柱、深基础处处可见。以抗震设计为例,一般是根据初定的尺寸、砼等级算出结构的刚度,再由结构刚度算出地震力,然后算配筋。但是大家知道,结构刚度越大,地震作用效应越大,配筋越多,刚度越大,地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋,增加了结构的刚度,反而使地震作用效应增强。其实,为什么不考虑降低作用效应S呢?目前在抗震设计中,隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般作法是在基础与主体之间设柔性隔震层;加设消能支撑(类似于阻尼器的装置);有的在建筑物顶部装一个“反摆”,地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反,从对建筑物的振动加大阻尼作用,降低加速度,减少建筑物的位移,来降低地震作用效应。合理设计可降低地震作用效应达60%,并提高屋内物品的安全性。这一研究在国内外正广泛地深入展开。在日本,研究成果已经广泛应用于实际工程中,取得良好的经济、适用效果。而我国由于经济、技术和人们认识的限制,在工程界还未被广泛地应用。
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论,加强计算机的应用,加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用,使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中,打破建筑结构设计中的墨守成规,充分发挥结构工程师的创新能力,是相当必要的。因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。这则需要工程界和教育界进行共同的努力。推广概念设计思想是一种有效的办法。
关键词:建筑结构;设计方法;独立基础;悬挑梁
1 前言
建筑的结构设计一般在建筑设计之后,结构设计与建筑设计相互依存又彼此制约。结构设计不能破坏建筑设计,同时建筑设计也不能超出结构设计的能力范围。但是结构设计决定建筑设计能否实现,因此,结构设计显得更为重要。建筑结构设计可分为整体设计、部件设计和概率极限状态设计法。
2 整体设计
整体设计就是进行概念设计。概念设计是指正确的解决总体方案、材料使用和细部构造,以达到合理结构设计和抗震设计的目的。概念设计是根据建筑结构设计和抗震设计的复杂性,难以精确计算而提出来的一种从宏观上实现建筑结构合理抗震,避免无必要的繁琐计算,同时为抗震计算创造有利条件,使计算分析结果更能反映在地震时建筑结构反应的实际情况的设计方法。采用先进的计算理论,空间受力分析、非弹性变形分析、塑性内力分析、由加载到破坏的全过程受力分析、时程分析、最优化设计、方案优化等先进科学的设计方法、设计理论将得到越来越多的应用。
通过概念设计尽可能的降低作用效应。因为降低作用效应,对增加结构安全性、降低造价、节约国家投资意义重大。使用具有高强、轻质、环保等特点的新型建材,建筑物的自重在结构计算中占很大的比重,使用轻质、高强的建材,将使建筑结构设计发生革命性的变化。
整体设计包括结构体系的选择、柱网的布置、梁的布置、剪力墙的分布、基础的选型等。
整体设计一般分为主体和基础两部分进行。设计人员根据建筑物的性质、高度、重要程度、当地的抗震设防烈度、风力情况等条件来选择合适的建筑结构体系。是采用砖混结构、框架结构、框剪结构、框支结构、筒体,还是巨型框架等其它结构,选定结构体系后,就要具体决定柱、梁、墙(剪力墙)的分布和尺寸等。
在进行主体结构内力计算后,主体结构底截面的内力成了基础选型和计算的重要依据。内力计算一般尽量简化为平面体系来计算,但有时必须采用空间受力体系来计算。无论怎样,内力计算最终是对柱、梁、板、墙(剪力墙)和块体这五种部件的计算。也就是说,进行整体设计后,就要进行部件设计。
3 部件设计
梁和柱一般可以看作细长杆件,内力情况与计算体系相符合。单向板可简化为单位宽度的梁来计算,双向板的计算理论也较成熟,异型板的计算就较为复杂,应尽量避免。对于单片的剪力墙,一般把它视作薄壁柱来近似计算,有时要考虑翼缘的作用;对于筒体结构中的剪力墙则要用空间力学的方法来计算。块体不同于梁、柱、板、墙,它在空间三个方向的尺寸都比较大,难以视作细长杆件或简化为平面体系来计算。如单独基础,桩的承台,深梁都是块体,受力情况很复杂,难以精确分析,所以在计算中往往加大安全系数,以策安全。
4 概率极限状态设计法
建筑结构计算理论经历了经验估算、容许应力法、破损阶段计算、极限状态计算,到目前普遍采用的概率极限状态理论等阶段。
目前国内结构设计所用的设计方法是概率极限状态设计法,作用效应S必须小于等于结构抗力R,结构要满足强度条件和位移条件。内力计算采用的力学模型一般是弹性模型,要考虑塑性变形内力重分布时,往往是把利用弹性模型计算所得的内力乘以一个调整系数。概率极限状态设计法更科学、更合理。作用效应S小于等于结构抗力R是结构计算的普遍适用公式。
5 建筑结构设计常见问题
设计人员对工作不重视。有些建筑结构的设计人员对结构设计的认识的重要程度不够,同时对规范的理解和学习不够深,对涉及的很多工程设计的内容考虑不全面,往往会漏掉很多方面。有的甚至不动脑筋就直接照搬其它工程的设计成果,对工程没有做足够的实地比较分析,认为建筑结构设计的少许偏差对工程质量无足轻重。有的对新规范[1]的学习不够,仍然套用旧规范,结构导致设计质量达不到要求。
建筑结构的设计不妥当。结构设计中的一般的问题有很多种,其中包括基础设计不当,它主要表现的有基础拉梁的设计和计算不尽合理,基础设计荷载取值不准确。钢筋混凝土多层框架建筑结构设计中多采用柱下独立基础,当地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时,可不必进行地基和基础的抗震承载力验算,但这些建筑在基础设计时应考虑风荷载的影响。另一种情况是在设计独立基础时,对作用在基础顶面上的外荷载取值不当。基础拉梁的设计和计算不尽合理是基础设计不当的另一个重要问题,用总刚分析方法进行计算,有时虽然楼板厚度取零,也定义弹性节点。采用程序进行计算,常忽略建筑平面不规则的问题。在基础拉梁设计上,设计方案也受框架底层高和埋置深度的影响,往往使得在设计方案上对这些实际分析不透,造成设计方案选择不当。
桩间距过小。桩间距过小,不满足规范[2]对桩的最小中心距的规定。特别是试桩、锚桩之间的间距,往往被设计人员忽视,这可能会直接影响试桩结果的正确性。
桩身钢筋笼长度不足。对挤土灌注桩,桩身钢筋笼长度没有穿越软弱土层的层底深度,不能满足桩基规范[3]“对于沉管灌注桩,配筋长度不应小于软弱土层层底深度”的规定,这也是工程设计中常见的问题。
承重砖基础采用多孔砖砌筑。根据多孔砖墙体结构构造,地面以下或室内防潮层以下的基础不得采用多孔砖砌筑。
建筑高度、高宽比超过现行规范、规程的限值现行的规范、规程给出了建筑的最大适用高度和高宽比限值。某些高层建筑建筑高度超过最大适用高度或高宽比超出规定限值,甚至个别建筑高度和高宽比均超出规定限值。在结构设计过程中,对于建筑高度、高宽比和体型复杂程度超过现行规范、规程的高层建筑,应按超限高层建筑进行设计。同时,另一点不容忽视的问题是,建筑适用高度除与结构体系类型及抗震设防烈度有关外,还与场地类别与结构是否规则等因素有关,当位于Ⅳ类场地或结构平面与竖向布置不规则时,其最大适用高度应适当降低。
6 结论
建筑结构设计是个系统、全面的工作。作为结构设计人员,加深对当前建筑建筑结构设计的常用方法和设计中遇到的常见问题的认识与研究,课以不断提高自身的结构设计水平。论文分析总结了建筑结构设计的方法及常见问题,希望对设计人员有一定的帮助。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010
【关键词】高层建筑;梁式转换层;施工
随着我国经济的持续快速发展,高层建筑一般上部需要较多的墙体来分隔空间以满足住宅户型的需要;而下部则希望有较大的自由灵活空间,大柱网、少墙体,以满足公共使用要求。这样的建筑上部楼层部分竖向构件(剪力墙、框架柱)不能直接连续贯通落地时,为了满足建筑要求就必须在上下不同结构体系转换的楼层设置转换层,在结构转换层布置转换结构构件。
1 梁式转换层结构形式
高层建筑结构下部受力比上部大,按常理来说,在高层建筑结构的设计中就要考虑下部的刚度要大于上部结构;采用的措施就是下部增加墙体、增加柱网,而上部逐渐减少墙柱的密度。显然,这在高层建筑设计中是不现实的,因为高层建筑的使用功能对空间要求却是下部大空间,往上部逐渐减小,因此对高层建筑结构的设计就要考虑反常规设计方法。
1.1 梁式转换层结构形式
实际工程中应用的梁式转换层结构有多种形式,主要原理就是利用下部的转换大梁来支托上部结构。
1.2 梁式转换结构受力机理分析
梁式转换层结构的传力途径为墙—梁—柱(墙)的形式,传力直接,便于分析计算。转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影响。为弄清转换梁结构与上部墙体共同工作的性能,对转换梁承托层数对其内力的影响用有限元程序进行了分析,从分析结果中我们知道,对一般结构转换大梁,上部墙体考虑三层与考虑4层、5层内力的设计控制内力差异不大于5%,故在分析计算时可只考虑计算3层。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何,只要墙体有一定长度,转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小,同时转换大梁也会有一段范围出现受拉区。
2 梁式转换层的结构设计
2.1 结构竖向布置
高层建筑的侧向刚度宜下大上小,且应避免刚度突变。然而带转换层的高层建筑结构显然有悖于此,因此对转换层结构的侧向刚度作了专门规定。对该工程而言,属于“高位转换”。转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1,不应大于1.3。在设计过程中,应把握的原则归纳起来,就是要强化下部,弱化上部。可以采用的方法有以下几种:1)与建筑专业协商,使尽可能多的剪力墙落地,必要时甚至可在底部增设部分剪力墙(不伸上去)。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外,还与建筑专业协商后,让两侧各有一片剪力墙落地。这些无疑都大大增强了底部刚度。
2)加大底部剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中,核心筒部分的厚度取为 600mm,其余部分的厚度取为 400mm。
3)底部剪力墙尽量不开洞或开小洞,以免刚度削弱太大。
4)提高底部柱、墙混凝土强度等级,采用 C50 混凝土。
5)适当减少转换层上部剪力墙数目,控制剪力墙厚度,并可在某些较长剪力墙中部开结构洞,以弱化上部刚度。弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利,还可减轻建筑物重量,减小框支梁承受的荷载;增大结构自振周期,减小地震作用力。工程综合采用上述几种方法后,转换层上下刚度比在 X 方向为 0.725,在 Y 方向为 0.813,满足规范要求,效果良好。虽然上下部刚度比满足要求,但毕竟工程仍属于竖向不规则结构,转换层及其下各层为结构薄弱层,因而应将该两层的地震剪力乘以 1.15 的增大系数。
2.2 结构平面布局
工程底部为框架—剪力墙结构,体型简单、规则;上部为纯剪力墙结构。在剪力墙平面布置上,东西向完全对称,南北向质量中心与刚度中心偏差不超过 2m,结构偏心率较小。除核心筒外,其余剪力墙布置分散、均匀;且尽量沿周边布置,以增强抗扭效果。查阅计算结果,扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.85,各层最大水平位移与层间位移比值不大于 1.3,均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理,抗扭效果良好。
3 梁式转换层结构的设计与构造
由框支主梁承托转换次梁及次梁上的剪刀墙,其传力途径多次转换,受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外,还需要承受梁传给的剪力,扭矩和弯矩,框支主梁易受剪破坏。对于有抗震设防要求的建筑,为了改善结构的受力性能,提高其抗震能力,在进行结构平面布置时,可以将一部分剪力墙落地,并贯通至基础,做成落地剪力墙与框支墙协同工作的受力体系。
3.1 转换梁的设计与构造要求
转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定,以避免脆性破坏和具有合适的含箍率。转换梁不宜开洞,若需要开洞,洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施,箍筋要加密,以增强其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数 1.2。当洞口内力较大时,可采用型钢构件来加强。
转换梁的混凝土强度等级不应低于 C30。转换梁上、下主筋的最小配筋率非抗震设计时为 0.3%,转换梁中主筋不宜有接头,转换梁上部主筋至少应有 50%沿梁全长贯通,下部主筋应全部贯通伸入柱内。
3.2 框支柱的设计与构造要求
框支柱截面尺寸一般系由其轴压比计算确定。地震作用下框支柱内力需调整。抗震设计时,框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数,并按放大后的弯矩设计值进行配筋;剪力调整——框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用:框支柱的数目不多于 10 根时,当框支层为 1~2 层时,每层每根柱承受的剪力应至少取基底剪力的 2%;当框支层。为 3 层及 3 层以上时,各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的 3%;框支柱的数目多于 10 根时,当框支层为 1~2 层时,每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的 20%;当框支层为 3 层及 3 层以上时,每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的 30%;框支柱剪力调整后,应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩,框支柱轴力可不调整。
3.3 转换梁的截面设计方法
目前国内结构设计工作普遍采用的转换梁截面设计方法。主要有:应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析得到的结果是应力及其分布规律,为能直接应用转换梁有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算,假定不考虑混凝土的抗拉作用,所有拉力由钢筋承担钢筋达到其屈服强度设计值。受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值。
3.4 转换梁截面设计方法的选择
托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承托上部普通框架时,在转换梁常用截面尺寸范围内,转换梁的受力基本和普通梁相同,可按普通梁截面设计方法进行配筋计算。当转换梁承托上部斜杆框架时,转换梁将承受轴向拉力,此时应按偏心受拉构件进行截面设计。
4 结语
通过高层建筑转换层结构设计的工程实践,体会如下:根据建筑平面及功能要求合理选择转换层形式,正确选择建筑抗震类别是转换层设计的关键点,结合结构布置,正确选择各分部的抗震等级,构件设计应注重抗震延性设计的概念,对主要构件进行加强是设计的重点。
参考文献
关键词:建筑结构的设计;存在的问题;应对措施
中图分类号:TU2文献标识码: A
对建筑结构的设计是建筑设计工作中最基本的部分,而且是建筑工程的施工以及后面运行能够顺利进行的基础。目前,建筑功能逐渐趋向于多元化的发展,对建筑结构的设计也有了非常重要的意义。在这个过程中,建筑设计的工作人员很想给建筑工程塑造一种形象,而这些都要借助对其结构的设计来表现出来。建筑的设计和结构的设计两者的关系是:约束与被约束。也是因为他们之间有着制约和被制约的复杂关系,因此也给建筑结构的设计过程带来各种各样的问题,没有办法保证建筑工程的安全性和经济适用性。为了给建筑结构设计的水准和质量提供更有效的保证,我们就要重点注意这些问题,采取具有针对性的措施。本文对上述论述的问题做了详细的说明和分析
一.建筑结构设计中存在的问题
1.建筑结构设计图纸过于简单
经过多次实践研究的结果表明,一份合理又完善的建筑的结构设计图纸需要充分、详尽地说明建筑结构的设计过程中的所有的细节问题。其中,需要特别说明的指标主要包含:①建筑结构的类型;②建筑结构的抗震设计;③建筑结构的抗震级别;④建筑结构的防开裂度;⑤建筑结构的墙体材料等。但是,目前阶段建筑的结构设计中,有很多的设计环节还存在不规范的情况,所使用的图册也不是很标准,在设计图纸中,对地上和地下结构的层高、梁柱的编号和标高等关键性信息没能明确地标记出来,最后造成整个建筑施工的现场工作混乱不堪,进而严重地影响另外项目的质量。
2.建筑基础的选型不合理
建筑基础的选型直接关系到建筑的实用性、安全性、合理性、科学性等重要工作。目前,很多的建筑项目,尤其是一些较高层的建筑工程对基础的选型不太科学,在地基的承受力方面有一些的考虑不周,没办法和建筑项目的变形需求一致。另外,由于建筑基础的选型不够合理,会造成建筑项目过程中所选择的地质不能均匀的调节其沉降的能力,在严重的时候,可能会造成建筑项目的安全的系数很低,质量水平不高,有时甚至会出现建筑工程的使用年限受到很不好的影响。3.地下室外墙的设计不科学
地下室外墙的设计是建筑结构的设计中非常重要的部分。此外,地下室外墙的设计也最可能发生问题。因为地下室外墙的设计质量的好坏会直接地影响地下室的外墙在建筑项目中的承载能力的好坏,所以,需要在设计时,特别注意。符合其严格的标准。但是,这个问题到现在还是没能够引起工作人员的足够的重视,在施工过程中,经常对地下水位的高或者低、地下的层数及地上的负载等一些因素考虑的不充分,不仅很大程度上影响了建筑工程安全的系数,另一方面也使建筑的质量得不到有力的保障。
4.过分注意结构设计中的低含钢率的问题
建筑行业的不断快速发展吸引了越来越多的企业开始从事与建筑材料有关行业。有一些建筑的商人为了增加自己的经济收益,一般都会靠尽可能的减少成本来节约开支来达到增加收益的目的。所以,在建筑结构的设计中,我们要对建筑材料的质量进行慎重仔细的选取,不要一味的的要求建筑材料的具有很低的含钢量的特点,却在结构的设计中挖空心思。在建筑结构的设计中,一旦在材料选择上出现问题,那么最终必定会造成施工的安全度明显降低,从而影响到所有人的利益。
二.建筑结构设计的应对措施
1.对建筑设计的图纸进行完善
建筑设计的图纸是建筑结构的一种重要的说明,此外也是建筑工程在施工过程中的最基础的依据。换而言之,建筑设计的图纸中如果发生任何的问题都会在建筑施工中夸大的呈现出来,最终导致无法挽回的结果。所以,在进行建筑结构的设计工作当中,设计人员一定需要严格的依照设计的具体规范进行设计,设计人员坚决不能为了方便省事就省略的标识一些关键的信息或者标准。与此同时,对比较复杂且微小的结构部分,特别要在结构的设计中投入更多的注意力。总之,建筑结构的设计人员要始终如一的持有严谨、认真的工作态度,在对结构设计的图纸完成后,首先要做到对图纸进行自我的审核,可能会及时的发现一些建筑结构设计图纸因失误而出现的问题,根据实际的情况进行改正,用这此种方法来保证建筑结构设计的图纸是完善的、科学并且合理的。
2.保证建筑基础的选型的合理性
在建筑结构的选型过程中,要特别注意的指标有两个:①建筑外形的设计情况; ②建筑项目所在地区的地质概况。所以,应该在工作人员取到提资的图后,一定不要盲目的开始建模计算的工作,而是应该在建模计算工作前,对建筑项目外形设计的特征及建筑项目所在地区的地质概况做一个较为全面的了解和分析研究。此外,在建筑基础的选型时,还要求建筑结构的设计人员和其他相关的专业人员进行充分地协调协作,最后找出认为最合理、最可行的设计方案。只有保证了设计方案的科学性和合理性,才可以有效地保证建筑结构的设计效果是优质的、可靠的。
3.确保地下室外墙设计的科学性
对于现代的建筑,尤其是较高层的建筑项目在施工中,建筑物整个的质量大部分是靠地下室的外墙来支撑的。所以,如果在建筑结构的设计中,对地下室的外墙设计地不科学或者不合理,就必定会严重影响到整个建筑物的稳定性。根据多年实际工作的经验,在地下室的外墙的设计过程中,结构设计的工作人员先要对整个建筑物的质量进行客观的衡量,再根据建筑项目所在地区的地质特点,开展对地下室的外墙的尺寸进行设计。一般来说,针对较高层的建筑项目,地下室的外墙的结构设计中,墙面的厚度要保持在250毫米 以上。与此同时,为预防因为水泥用量的增多而致使地下室外墙的墙面的混凝土发生开裂的问题,应该不要将混凝土的强度设计的过高,但是也应该保证在C30 级之上。
4.对建筑材料进行统筹的安排和利用
在工作人员开展建筑结构的设计的工作中,对各种建筑材料的选取择依然是主要的工作。对于建筑材料的选取要充分地考虑,具体的指标有:①建筑材料受力的特征;②建筑材料工作的环境。与此同时,选择的材料应在保证材料使用性能的基础上,尽量的减少建筑材料的损失和浪费。其中要非常注意的是:建筑结构设计的人员要根据项目设计的具体情况,设计建筑材料的多种选取方案,通过对比,选择经济、性能都渡河要求的建筑材料的设计方案。
结语
在上述建筑结构设计的分析过程中,先要根据实践工作的经验,就目前建筑结构设计中存在的问题进行分析与总结,主要包含以下四方面:①建筑结构设计图纸太简单;②建筑基础的选型不合理;③地下室的外墙设计不科学;④太过注意结构设计的低含钢率。这些问题在建筑结构设计中都经常发生,而且对建筑结构设计的质量产生影响,有待提高为此。针对上述的问题提出相应的措施,包含下面四个方面:①完善建筑设计的图纸;②保证建筑基础选型是合理的;③保证地下室外墙的设计是科学的;④对建筑材料统筹规划和使用。只有所有的工作人员相互合作,才能将建筑结构设计工作做到最好。
参考文献:
[1]王勇.张建平.建筑结构设计中的模型自动转化方法[J].建筑科学与工程学报,2012,(4)
摘要:我国是一个地震多发的国家。因此,现在越来越多的人非常重视建筑结构的抗震设计问题。所以,本文主要就建筑结构的抗震设计中关键问题、具体的抗震设计举措进行研究与分析。
关键词:建筑结构;抗震设计;关键问题;具体举措
【中图分类号】TU318【文献标识码】A【文章编号】2236-1879(2017)20-0217-01
引言:随着我国经济快速发展,一栋栋高楼大厦拔地而起,但与此同时,在我国是地震多发国家的背景下,建筑抗震等安全因素成为设计需要考虑的因素之一,现阶段,我国的建筑抗震水平较高,但因地震导致房屋倒塌的情况时有发生,为了能更好的提高建筑抗震水平,在建筑抗震设计方面更加合理,作为中学生了解建筑结构的抗震设计中关键问题、具体的抗震设计举措是很有必要的。建筑结构抗震设计关键问题
(一)场地的科学选择。
建筑场地的科学选择,直接关系到建筑结构抗震设计的水平与质量。因此,有关的工程设计人员需要对于建筑物建设的场地进行全面的考察工作,选择具有土质松软、地质元素分布不均衡的区域来进行地段的选择,避免地震发生时产生出地裂或者是地表错动问题。
(二)建筑结构的合理化抗震设计。
建筑结构的合理化设计也对于提升建筑抗震设计的质量与水平发挥着重要的作用。比如:使用高强度的建筑材料使得建筑物的结构框架具有完整性的构造。而高质量设计图纸的应用,可以使得建筑物的各个部位进行更加合理、科学的布局,最终形成强有力的抗震效果。
(三)建筑平面布置的规则性。
进行满足有关抗震设计要求的施工,可以极大提高建筑的抗震水平与能力。比如:综合的考虑到各个方面的因素,应用现代的网络信息技术进行对称性的结构设计,将会对于建筑的抗震实际效果进行科学的提升。同时,我们需要清楚的了解到各种科学的设计需要真正的落实到施工实践中,使得设计的成果真正转变为实际的应用成果[1]。
一、建筑结构抗震设计的具体举措
(一)基础隔震措施。
所谓的基础隔震指的是应用各种各样的减震装置来完成有关建筑物的结构抗震设计。具体来讲,将有效的抗震、隔震的装置应用到建筑物自身的部位中,从而达到保护建筑物,使其具有良好抗震、隔震效果的一种方式。但是,这种方式不适用于高大的建筑物中。原因在于,在高大建筑物中应用抗震装置会导致建筑物产生出自振周期问题,无法达到应有的抗震效果。在我国的生活中常见的抗震装置有橡胶垫装置、混合隔震装置等。对于这些装置应用摩擦移动或者是粘弹性隔震的方式就可以进行有效的防震,保障建筑物具有良好的防震要求[2]。
(二)特殊材料在地基隔震中的应用。
应用特殊的材料全面保障建筑物的地基具有良好的防震性能,也是一个重要的防震举措。具体来讲,应用高效的沥青原料与粘土、砂子等进行混合性的应用,可以提高建筑物整体的质量与水平,保障建筑物的安全。目前这种方法已经在建筑物的防震设计中进行了一定程度的应用,并且取得了不错的应用效果[3]。
(三)建筑结构悬挂隔震。
所谓的建筑结构悬挂隔震指的是在进行建筑物结构设计工作中,应用悬挂的方式来对于建筑物大部分结构或者是整体的结构进行有效减震处理,使得地震发生时地震灾害的破壞力量对于悬挂的建筑结构没有非常大的影响,最终减轻地震对建筑的破坏程度,避免重大的人员伤亡与财产损失。比如:在一些大型钢结构建筑中应用悬挂的方式来进行有关的设计,使得有关的子框架通过锁链或者是吊杆方式的应用悬挂在主框架上。这种设计方式应用的意义在于地震发生之后,地震一部分破坏力量会传导在这些锁链或者是吊杆上,降低了地震对于建筑物地基以及墙面的影响,提高了建筑物地基抗震的实际效果[4]。
(四)建筑层间的隔震。
对于建筑物层间进行有效的隔震是一种操作简单、工序简单的应用方式。但是,这种方式与其它方面的隔震使用举措比较起来只能对于地震破坏力量的10%到30%进行有效的预防,无法从根本上形成强有力的抗震效果。因此,这种方式需要与其它模式的抗震举措进行综合性的应用,形成对于建筑物的有力保护,全面提高其应对地震破坏力量的能力。
(五)建筑结构的加固隔震。
为了全面提高建筑物结构的抗震能力,我们需要采取各种的方式对于建筑物进行必要的加固处理,提升建筑物的质量。具体来讲,第一,在建筑物竣工之后,有关的工程施工技术人员可以应用阻尼的方式对于建筑物进行全面的加固,最终使得建筑结构的抗震效果得到加强。第二,为了提高高层建筑的抗震效果,我们可以应用消能减震装置来提高其抗震的能力,使得高层建筑也可以在地震发生时具有对地震破坏力的抵御能力,避免重大的财产损失与人员伤亡。比如:消能减震装置在建筑物隔震夹层中进行应用,可以极大提高建筑物结构的抗震效果[5]。
二、结论:
通过上述几个方面,对于建筑物结构抗震若干问题进行科学的研究与探讨,有利于建筑物施工的企业应用众多的具体方法全面提高建筑物结构抗震的质量与水平,保障建筑物在地震发生时具有强有力抵御地震的能力,减少人员的伤亡与财产上的损失。如今总体的设计理念与方式比较先进,但也需要与时俱进,不断提高建筑抗震等级,为人们的生命和财产安全提高保障。
参考文献
[1] 古力铭. 关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J]. 四川水泥,2015,06:60.
[2] 曹振. 关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J]. 门窗,2015,06:126.
[3] 邱子龙. 关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J]. 建材与装饰,2016,08:76-77.
[4] 李琛琛. 关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J]. 科技创新与应用,2016,18:245.
关键词:高层建筑结构;设计;措施
中图分类号:TU208 文献标识码: A
引言
随着科技和社会的不断发展和进步,自从19世纪以来出现了现代高层建筑,高层建筑越来越广泛的出现在人们的生活中。作为一个庞大复杂的系统,高层建筑的结构设计,一方面要满足包括抗震,抗风等在内的安全性能的要求,另一方面,也要满足高层建筑结构的科学性和合理性。
1高层建筑结构的特征
高层建筑结构不但承受着由于外界的风产生的水平方向的荷载,同时也承受着在垂直方向的荷载,并且对于地震的抵抗能力也有要求。一般情况下,建筑结构受到低层建筑结构水平方向上的影响比较弱,然而在高层建筑中,外界地震的影响和外界风产生的水平方向的荷载的影响是主要的影响因素。随着建筑物高度的增加,高层建筑的位移增加较快,但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度,同时使得建筑物的使用受到影响,并且容易损坏结构构件以及非结构构件。基于此,在设计高层建筑结构时,首先控制侧移在规定的范围之内,所以,高层建筑结构设计的核心是抗侧力结构的设计。
2高层建筑结构设计的原则
2.1 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,其结构节点不单是钢节点或者饺节点,保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。
2.2 选择合理的高层建筑结构基础设计 按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。综合分析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。
2.3 选择合理的高层建筑结构方案 合理的结构设计方案必须满足经济性的要求,并且要满足结构形式和结构体系的要求。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,如果高层建筑处于地震区,那么应力需要平面和竖向的规则。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。
2.4 对计算结果进行准确的分析 随着科技的不断进步,计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。当前市场上存在着形形的计算软件,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。
2.5 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力弱弯变,强压力弱拉力,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,对钢筋的执行段锚固长度给予重视,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。
3高层建筑结构体系的选型
建筑的结构在抵抗来自于水平方向和竖直方向的荷载时构件的组成形式和传力的路径就是高层建筑的结构体系。通过包括墙,柱等的竖向构件和楼盖等水平构件将竖向荷载传递到基础,利用抗侧力体系将水平荷载传递到基础。
根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系,钢结构体系,钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构体系。钢筋混凝土结构体系被广泛的应用在各类的工程结构中,具有混凝土和钢筋两种材料的协同受力性能特征,造价低廉,耐久耐火,成本低,整体性能优良,但存在着自重大,延性差,施工慢等缺点;钢结构体系的强度高,抗震性能比较好,施工方便,跨度大,用途多,但是存在着费用高,防火性能差,施工复杂等不足;钢-混凝土混合结构结合了钢筋混凝土构件和钢构件的长处,不但增加了钢构件的材料强度,同时具有较高的抗震性能,成本低廉,然而这两种材料构件的连接技术还存在着不足;钢-混凝土组合结构具有承载能力高,抗震性能强,比钢结构具有更优良的耐火性,施工速度快,但是存在着节点的构造比较复杂的缺点,一般被用于小屁偏心受压构件。
4问题分析及对策
4.1高层建筑的超高问题 我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定,针对高层建筑的超高问题,在新规范中不但把原来限制的高度规定为 A级高度,并且增加了 B 级高度,使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中,对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略,在施工审图时将不予通过,应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下,整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。
4.2 高层建筑结构设计短肢剪力墙设置 我国建筑新规范中,短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在5~8的墙,按照实际经验以及数据,高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用限制。所以,在高层建筑的结构设计中,必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。
4.3 高层建筑结构设计嵌固端的设置 一般情况下,高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此,结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计;综合分析嵌固端上层和下层的刚度比,并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的;高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置,综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。
4.4 高层建筑结构的规则性 在关于高层建筑的新规范中,对于高层建筑结构的规则性做出了很多限制,比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比,平面规则性等等,并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。”因此,为了避免后期施工设计阶段的改动,高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的限制条件。
5结语
高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作,对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。随着我国高层建筑的不断发展,高层建筑的结构设计的要求越来越高,分析了高层建筑的结构特征,高层建筑结构设计的原则,阐述了高层建筑结构体系的选型问题,并重点分析了高层建筑结构设计问题及对策,可以为高层建筑结构设计提供参考和依据。
参考文献:
[1]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[2]何俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨[J].价值工程,2010.2:214.