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高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)研究論文
摘要:在經(jīng)濟(jì)與社會(huì)高速發(fā)展的背景下，現(xiàn)代化城市的建設(shè)進(jìn)程逐漸加快。在這一背景下，高層建筑獲得長足發(fā)展。由于高層建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在設(shè)計(jì)過程中需要結(jié)合其特點(diǎn)進(jìn)行相對合理的優(yōu)化，為高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性提供保障。對此，本文主要圍繞高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)展開分析，并提出了行之有效的設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞:高層建筑結(jié)構(gòu)；特點(diǎn)；設(shè)計(jì)
隨著城市人口數(shù)量的大幅度增加。我國當(dāng)前的城市建筑用地資源呈現(xiàn)出緊張局面。在這一背景下，高層建筑物應(yīng)運(yùn)而生，由于其建筑層數(shù)多且高，建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為設(shè)計(jì)人員增加了諸多難題。所以在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)的同時(shí)，要求設(shè)計(jì)人員切實(shí)考慮高層建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定相對合理的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、安全性與穩(wěn)定性，繼而提高現(xiàn)代城市高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)質(zhì)量。
1分析我國高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
相對于層數(shù)低且多層的建筑結(jié)構(gòu)而言，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜且更為關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的高效與否，對高層建筑平面的整體布置、建筑高度、立面體形、機(jī)電管道的合理規(guī)劃、施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工周期、造價(jià)成本等方面起著決定性的影響作用，其良好的設(shè)計(jì)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
1．1水平力
研究一般低層建筑與多層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)，普遍都是以豎向荷載為前提。而在高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其決定性影響作用的則是水平荷載，盡管豎向荷載也在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，但并不是最重要的設(shè)計(jì)要素。不難發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容中，彎矩?cái)?shù)值和豎向軸力，與高層建筑高度的一次方形成正比。同時(shí)，水平荷載對建筑結(jié)構(gòu)的軸力與傾覆力，和高層建筑高度的兩次方形成正比。因此，在現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，水平荷載發(fā)揮著決定性的影響作用。
1．2結(jié)構(gòu)側(cè)移
在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，持續(xù)增加的建筑高度，容易加大結(jié)構(gòu)水平荷載的側(cè)向變形，并同高層建筑高度的四次方形成正比。在這一背景因素下，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，逐漸將結(jié)構(gòu)側(cè)移視為重要的設(shè)計(jì)要素。
1．3提出更高要求的抗震設(shè)計(jì)
在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，對抗震性能的要求不斷提高。在這一過程中，需要切實(shí)考慮風(fēng)荷載因素與豎向荷載因素，提高建筑結(jié)構(gòu)性能的使用質(zhì)量，并保證其高效的使用性能。只有做到以上幾點(diǎn)，才可以實(shí)現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的高效提升，為高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性、安全性與適用性提供保障。
1．4降低高層建筑自重比
在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，相對于多層建筑自重比而言，高層建筑自重比的降低，存在更加直接的影響作用。當(dāng)高層建筑自重比降低時(shí)，可以在這一基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多層數(shù)的建設(shè)，有利于提高建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益;另一方面，地震效應(yīng)與高層建筑整體質(zhì)量成正比，高層建筑重量值越高，在地震災(zāi)害爆發(fā)時(shí)其建筑結(jié)構(gòu)方面的作用剪力會(huì)隨之增大，并增加相應(yīng)的傾覆力矩值。進(jìn)一步增加了豎向結(jié)構(gòu)的除加軸力值，為高層建筑的坍塌埋下安全隱患。因此，高層建筑自重比的合理降低，在提升高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能優(yōu)勢的多元化措施中，占據(jù)關(guān)鍵位置。
1．5加強(qiáng)對軸向變形的重視
采取框架與框架體系，并應(yīng)用在剪力墻體系的高層建筑物方面。通常情況下，其建筑框架中柱的軸壓應(yīng)力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出框架邊柱的軸壓應(yīng)力值，而框架邊柱軸向壓縮變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于框架中柱軸向壓縮變形。當(dāng)高層建筑高度達(dá)到一定程度，其軸向變形之間存在的差距會(huì)形成較高數(shù)值，容易導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)連續(xù)梁中間的支座出現(xiàn)沉陷現(xiàn)象，并降低了連續(xù)梁中間支座處負(fù)彎矩值，進(jìn)一步增大端支座負(fù)彎矩值與跨中正彎矩值。
1．6同等重視計(jì)算設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)優(yōu)化我國高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的過程中，一般包括計(jì)算設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。現(xiàn)階段，無論是從分析原則還是分析手段方面，我國高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)與抗震性能都得到了長期的完善和健全。但是，計(jì)算設(shè)計(jì)必須要以相對合理的假想因素為前提，由于地震作用具備復(fù)雜、不確定性等諸多不可知因素，由此致使建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化和實(shí)際情況存在諸多出入，使得建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)入彈塑性后，極易出現(xiàn)局部裂縫等破損現(xiàn)象。所以，要重視概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)中的影響作用。
2分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法
現(xiàn)階段，我國高層建筑工程對鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用較為廣泛。其框架結(jié)構(gòu)的整體性，可以實(shí)現(xiàn)布置規(guī)劃的動(dòng)態(tài)性與靈活性，拓寬使用空間，為使用性能與抗震性能提供保障。主要分析了高層建筑結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)策略，并結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出相對合理的規(guī)范要求。
2．1鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)策略
(1)初始選型。結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)整體平面與立面規(guī)劃、設(shè)計(jì)使用性能等因素，對結(jié)構(gòu)承受的水平荷載、豎向荷載與傳力路線展開分析，結(jié)合具體施工需求，對結(jié)構(gòu)框架梁、框架柱種類進(jìn)行歸納總結(jié)，選擇合理的梁柱幾何尺寸;(2)結(jié)構(gòu)的具體分析。在計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)承受的水平荷載與豎向荷載時(shí)，需要結(jié)合其具體幾何造型特點(diǎn)，加以分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的空間內(nèi)力。依照分析內(nèi)容，在對截面內(nèi)力進(jìn)行控制時(shí)，需要參考相同截面尺寸的構(gòu)件，并加以分類，明確所有構(gòu)件類型的相關(guān)應(yīng)力值;(3)截面設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，需要參考不同類型梁柱構(gòu)件的設(shè)計(jì)控制應(yīng)力，在分析建筑結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)造特點(diǎn)與鋼筋配筋特點(diǎn)的同時(shí)，制定約束機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化;(4)結(jié)構(gòu)收斂性。以高層建筑工程的精度性為基礎(chǔ)，選擇相對較小的數(shù)值，視為對建筑結(jié)構(gòu)收斂性進(jìn)行檢驗(yàn)判斷的基礎(chǔ)條件。在收斂性檢驗(yàn)中，如果設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)相同，則設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具備收斂性，可以展開更進(jìn)一步的可行性檢驗(yàn);(5)可行性檢驗(yàn)。對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果展開內(nèi)力分析，保證其可用性能的高效性。如果分析結(jié)果可以滿足建筑工程設(shè)計(jì)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，便可以按照這一設(shè)計(jì)方案展開構(gòu)造與配筋處理。一旦分析結(jié)果不甚滿意，則要求相關(guān)人員結(jié)合自身以往的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果，進(jìn)行局部性的調(diào)整，最大程度保證設(shè)計(jì)方案的可用性能。
2．2框—剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法
在優(yōu)化設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)框架—剪力墻的過程中，需要考慮多個(gè)方面。即決策建筑結(jié)構(gòu)設(shè)防能力的最大程度優(yōu)化;結(jié)合不同影響因素，保證建筑框架與剪力墻結(jié)構(gòu)之間的承載力、剛度、協(xié)調(diào)性與變形水平的匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，還要做到具體問題具體分析，設(shè)計(jì)并優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的每一構(gòu)件。
2．3建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性
首先，避免采用缺乏規(guī)則約束的建筑結(jié)構(gòu)體系。在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，嚴(yán)格遵循抗震概念設(shè)計(jì)規(guī)范，不采納缺乏規(guī)則約束的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃，保證高層建筑結(jié)構(gòu)體系具備良好的承載水平、剛度與變形水平。并加大對結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量的檢查力度，防止部分構(gòu)件出現(xiàn)破損，從而造成整體結(jié)構(gòu)缺失風(fēng)荷載、地震作用與承受能力現(xiàn)象的出現(xiàn);其次，要求現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)豎向與水平布置的均勻性，保證其剛度與承載力的合理性，并實(shí)現(xiàn)抗震防線的多道化。
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