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摘 要: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,高层建筑结构设计面临的挑战和问题越来越多。本文对高层建筑结构经济性进行了深入的研究,并对高层建筑结构的设计特点进行,以高层建筑结构设计理论为基础,以现行的国家相关规范标准为根据,得出了一些具有实用价值的结论,并进行了具有创新性的小结和讨论,经验可供同类钢筋混凝土高层建筑结构设计借鉴和参考。
关键词:高层建筑;结构;设计
Abstract: with the high-level architecture in China's rapid development, the construction of the height of the increasing, building type and function of more and more complicated, the structure of the system in much more diverse, high-rise building structure design in the face of challenges and more and more problems. In this paper, the structure of the high-rise building economy was discussed in the paper, and the design of a high-rise building structure characteristics, with high building structure design theory as the basis, the relevant national standards for according to the standard, gets some practical value of the conclusion, and innovative nodules and discussion, experience for similar rc high-rise building structural design reference and reference.
Keywords: high building; Structure; design
中图分类号:TU97文献标识码: A 文章编号:
随着城市经济水平的不段提高,以及人们对物质文化生活需求的不断提升,所以有越来越多的人涌人城市生活,导致了城市人满为患,再加上人口的不断增长,用来缓解城市居民对空间的需求紧张,因为高层建筑可以放置更多的货物、居住更多的人,所以对高层建筑的需求会越来越大,如何能让高层建筑不破坏城市空间的和谐,只有更合理的提高结构设计的能力,这是目前结构工程师需要面临的课题。
一、高层建筑结构受力方面
高层建筑的广泛应用的同时,高层建筑结构的相关问题也摆在我们面前,建筑物底面对建筑物空间形式的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承载力之间的关系,所以,在建筑设计的方案阶段,就必须对主要的框架柱和剪力墙的数量和分布作出总体设想。
二、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:
l、结构的规则性问题
新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层了刚度比信息等,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。
2、结构的超高问题
在抗震规范与高规中,对结构的总高度都有严格的限制,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厂一旦结构为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。在实际工程设计中,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家会议进行论证等工作的情况,对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
3、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列需要注意的方面,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都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
4、短肢剪力墙的设置问题
在新规范中,对墙肢截面高厚比为5—8的墙定义为短肢剪力墙,且根据实验资料和实际经验,对短肢剪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短肢剪力墙,以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
三、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,也是因为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人地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。 四、结构计算分析
在结构计算与分析阶段,如何准确,高效地对工程进行内力分析并按照规范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。
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、哪个是可以作为参考的,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。否则,如果选择了不合适的计算软件,不但会浪费大量的时问和精力,而且有可能使结构有不安全的隐患存在。
2、是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响
该部分内容实际上在新老规范中都有提及,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。
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,并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中,并未提出振型参与系数的概念,或即使有该概念,该参数的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参数的结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。
4、多塔之间各地震周期的互相干扰,是否需要分开计算
一段时间以来,大底盘,多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。如果多塔问刚度相差较大,就有可能出现即使振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,从而使结构出现不安全的隐患。
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以内的非结构构件。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。
结束语
总之,受高层建筑快速发展的影响,对高层建筑的材料、力学分析模型以及力学等方面的要求也日益增加。所以,新的结构形式和更为合理的力学模型,是现阶段高层建筑结构设计人员的主要目标,只有得到新型的建筑结构形式以及合理的力学模型,城市中的高层建筑才会发展得更好。
参考文献:
[1]陈振.关于高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考[J]《建筑》2011年第18期
[2]王永红.某高层建筑结构设计解析[J]《中华建设》2011年第9期
[3]于友江.浅谈高层建筑结构抗震设计[J]《建筑》2011年第17期
关键词:高层建筑;结构;设计
Abstract: with the high-level architecture in China's rapid development, the construction of the height of the increasing, building type and function of more and more complicated, the structure of the system in much more diverse, high-rise building structure design in the face of challenges and more and more problems. In this paper, the structure of the high-rise building economy was discussed in the paper, and the design of a high-rise building structure characteristics, with high building structure design theory as the basis, the relevant national standards for according to the standard, gets some practical value of the conclusion, and innovative nodules and discussion, experience for similar rc high-rise building structural design reference and reference.
Keywords: high building; Structure; design
中图分类号:TU97文献标识码: A 文章编号:
随着城市经济水平的不段提高,以及人们对物质文化生活需求的不断提升,所以有越来越多的人涌人城市生活,导致了城市人满为患,再加上人口的不断增长,用来缓解城市居民对空间的需求紧张,因为高层建筑可以放置更多的货物、居住更多的人,所以对高层建筑的需求会越来越大,如何能让高层建筑不破坏城市空间的和谐,只有更合理的提高结构设计的能力,这是目前结构工程师需要面临的课题。
一、高层建筑结构受力方面
高层建筑的广泛应用的同时,高层建筑结构的相关问题也摆在我们面前,建筑物底面对建筑物空间形式的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承载力之间的关系,所以,在建筑设计的方案阶段,就必须对主要的框架柱和剪力墙的数量和分布作出总体设想。
二、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:
l、结构的规则性问题
新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层了刚度比信息等,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。
2、结构的超高问题
在抗震规范与高规中,对结构的总高度都有严格的限制,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厂一旦结构为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。在实际工程设计中,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家会议进行论证等工作的情况,对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
3、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列需要注意的方面,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都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
4、短肢剪力墙的设置问题
在新规范中,对墙肢截面高厚比为5—8的墙定义为短肢剪力墙,且根据实验资料和实际经验,对短肢剪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短肢剪力墙,以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
三、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,也是因为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人地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。 四、结构计算分析
在结构计算与分析阶段,如何准确,高效地对工程进行内力分析并按照规范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。
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、哪个是可以作为参考的,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。否则,如果选择了不合适的计算软件,不但会浪费大量的时问和精力,而且有可能使结构有不安全的隐患存在。
2、是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响
该部分内容实际上在新老规范中都有提及,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。
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,并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中,并未提出振型参与系数的概念,或即使有该概念,该参数的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参数的结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。
4、多塔之间各地震周期的互相干扰,是否需要分开计算
一段时间以来,大底盘,多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。如果多塔问刚度相差较大,就有可能出现即使振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,从而使结构出现不安全的隐患。
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以内的非结构构件。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。
结束语
总之,受高层建筑快速发展的影响,对高层建筑的材料、力学分析模型以及力学等方面的要求也日益增加。所以,新的结构形式和更为合理的力学模型,是现阶段高层建筑结构设计人员的主要目标,只有得到新型的建筑结构形式以及合理的力学模型,城市中的高层建筑才会发展得更好。
参考文献:
[1]陈振.关于高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考[J]《建筑》2011年第18期
[2]王永红.某高层建筑结构设计解析[J]《中华建设》2011年第9期
[3]于友江.浅谈高层建筑结构抗震设计[J]《建筑》2011年第17期