本站原创摘 要：随着我国综合国力的不断提高,我国建筑业开始不断发展,高层建筑结构设计也更加多样化.我国高层建筑结构设计趋向多样化,一些设计中所常见的问题也不断出现.为了使建筑结构的受力结构更加准确,因此必须对设计结构进行重新计算分析,确保每一个构件都能够符合高层建筑的安全指数.对于结构设计中出现的问题,必须引起高度重视,选择最合适的对策,才能确保建筑的安全性,以免造成建筑事故.
关 键 词：高层建筑；结构设计；问题；对策
一、前言
我国目前的高层建筑多是钢筋混凝土高层建筑,在进行设计的时候,为了保证建筑的整体美观和安全,必须对设计图进行多番审核.建年来,我国高层建筑在结构设计中出现的问题有高宽比的规定、短肢剪力墙的设置和一些其他问题,本文将对这些常见的问题进行原因分析,并且提出相对应的对策.
二、高层建筑结构设计中常见的问题分析
1.高宽比的规定
高宽比是概念设计中的一种,高层建筑的高宽比设计是影响建筑稳定性和承载能力的重要指标.合理的高宽比能够确保高层建筑在合理的刚度以内,并且能够承载所需要的重力,另外,合理的高宽比能够减少经济损失.另外,在一些多发地震地区,高层建筑需要有一定的抗震能力,未免造成重大的人力物力损失,在设计上必须确保高层建筑的高宽比能够提高建筑的抗震能力.
从我国目前的高度的建筑来看,合理的高宽比能够对侧向位移和结构稳定产生很大的影响.高宽比的规定并不是硬性的,通常由常规设计情况来判断,只要高层建筑设计上能够达到规定的承载能力和抗倾覆能力,这样才能确保建筑能够符合实际受力,确保建筑每个构件对承载力都能达到标准.但也存在特殊情况,比如上海金茂大厦总共88层,总体高度为420m,高宽比达到7.6,这是超过高宽比限制的例子.在超过高宽比的限制时,则更加需要注意设计的合理性,确保高层建筑的受力状态的计算分析和设置能够达到更好.
2.抗倒力构件的不合理布置
抗倒力构件的不合理布置容易导致同一个结构单元受力不平衡,容易出现应力集中出现在凹角和缩颈部位,这样的结构设计会导致整个建筑的抗倒力明显下降.建筑的承载力和构件之间的联系很紧密,一旦某一个部件的应力比较大,那么就容易出现倾斜状况.竖向型单元应该避免外挑和内敛平衡,以免其中一个部位的承载力大于另外一个部位,这样容易导致建筑整体的承载力出现失衡状况,不利于建筑重力荷载的平衡.加强结构单位之间的连接,确保结构单元的应力能够处于平衡状态.
3.剪力墙的设置问题
为了满足人们对住宅空间的要求,高层建筑在原有剪力墙的基础上,吸收了框架结构的有点,逐渐发展了“断肢剪力墙结构”和“异形柱框架结构”.短肢剪力墙结构是墙肢长度为厚度的5-8倍的剪力墙结构.常用的剪力墙有6种,分别是T字型、L型、Z字型、“十”字型、折线形和“一”字型.
我国高层建筑结构采用全部短肢剪力墙结构,这样才能确保短肢墙承受的地震倾覆力矩不大于结构宗地不地震倾覆力矩的一半.在设计短肢剪力墙时,需要注意短肢墙的布置合理、对称、均匀,确保质量中心与刚度中心重合,同时应该加强其抗震构造措施,这样能够避免设防烈度下结构产生大的变形,增强建筑的可塑性.因此在设计墙体的过程中应该减少短肢剪力墙的设计,这样能够为建筑后期设计减少不必要的工作,国家对短肢剪力墙的有着相对应的标准,在设计的时候必须依照比准来进行,尽量减少使用短肢剪力墙.
4.地基和基础设计
基础是结构的一部分,地基是承受结构荷载的岩体、土体.建筑上部结构的荷载通过板梁祝最终传到基础上,基础再将荷载传到地基上.因此在涉及到时候必须考虑建筑上部承载能力以及过度沉降位移对建筑本身的影响.在地基基础设计过程中,如果不能很好地将各方面因素总结分析再进行设计,那么很可能因为某一方面导致高层建筑的承载力不能达到标准,影响整个建筑的使用.
在设计地基基础过程中,需要考虑建筑场地的地质状况和施工条件,这些客观条件会影响整个建筑的合理性以及安全性.对于一些地质条件比较复杂的地区,应该对环境进行整体探测,避免影响建筑的后期设计工作.
5.轴向变形问题
在底层建筑结构设计中,弯矩项是考虑的重点.然而在高层建筑结构设计中,不仅要考虑弯矩项,还应该考虑剪切项.高层建筑的轴力值相对低层建筑来说要更大一些,一旦轴向变形,那么必定使得高层建筑各部分构件受到不一样的影响.为了保证良好的建筑质量,必须考虑各构件水平剪力是否能够达到标准,在考虑建筑内力的情况下,对于连续梁弯矩都应该减小负弯矩.在建筑承载力水平受到限制的时候,需要将结构体系进行变动,以保证建筑的稳定性和抗震能力.
6.结构计算分析问题
随着计算机的不断普及,高层建筑的结构计算通常通过计算软件进行.但是目前我国的计算机软件开发水平明显低于国外,因此如何将结构计算问题做到最精准成为结构设计的重点.一旦对某个数据计算出现错误,那么势必影响整个工程的质量.
计算机软件选择是一大难题.目前我国比较通用的计算机软件包括SATWE、TAT和SAP等.这些软件在计算过程中都存在着差异,如何将这些差异减小到最小对高层建筑的承载力有很大的影响.因此在设计过程中必须考虑选择差异最小的软件,其他软件计算结果可以作为参考,以免造成人力物力的浪费.
非结构构件的计算设计虽然不占主导地位,但是对于非结构构件的计算设计仍然会对高层建筑造成影响,比如说,高层建筑的装饰构件是否会对建筑的抗震能力造成影响.非结构构件的计算设计会影响高层建筑的美观性,为了避免高层建筑的其他功能受到影响,因此必须严格依照非结构构件设计措施来进行设计.
另外还有其他系数的计算设计.对于周期折减系数来说,在设计的时候必须考虑建筑的整体结构,依照不同的情况来对其进行计算设计.高层建筑的结构层数会影响振型数目.因此必须依照规范对其进行设计.
三、对策和措施
首先,高层建筑的设计主要考虑承载力,因此需要选择合适的计算软件对一些比较重要的数据进行核算.计算机软件的选择,需要结合具体实际情况来确定.另外还需要考虑施工地点的地质情况,确保每一方面的因素都能够加以考虑.
其次,抗震能力是高层建筑需要具备的.随着建筑物的结构层数越高,抗震能力需要更强.因此需要以科学严谨的态度对所有的参数进行考核.在选择建筑材料的时候,需要选一些安全指标高的材料,同时需要考虑材料的延性要求和荷载取值.
再次,我国普遍使用钢筋混凝土作为建筑物的材料,因此需要对钢筋混凝土的承载能力提高要求,确保具有比较高的弹性,提高建筑结构的安全性.对于混合型材料,需要考虑轴压比和短柱问题,确保结构的稳定性,提高建筑物的抗震能力,避免倒塌事故的发生.
最后,在建筑的设计中应该充分使用低碳设计,把节能减排作为主要目标,就能够更好的保持生态平衡,保护自然环境.在设计时应该首先做到因地制宜,考虑到当地的环境因素、自然资源、当地文化与经济条件等再具体确定低碳设计的标准,使设计出的建筑物能够更加符合当地的实际情况.
四、小结
设计是高层建筑的基础,为了保证建筑的安全性,必须对建筑材料以及各项系数做好各项计算.选择合适的计算机软件,提高计算机技术,做好结构分析,确保设计能够满足建筑物的安全系数.对于设计中所出现的问题,必须选择最科学的手段解决,以免影响建筑的使用.