结构体系与设计下的高层建筑

因为我国城市建设用地有限性,所以有关于高城建筑的项目是与日俱增的。但是高层建筑的结构相比较来说的复杂性、抵抗地震的承受性较强和对于钢筋的需求量大,导致对于高层建筑的结构设计要求越来越严格,越来越谨慎,这对于设计师来说,是一个考研真材实料的重要途径。我国的高层建筑是在改革开放的影响下逐渐开展的,并且,在近些年来看,高层建筑得到了良好的推广和发展。国内高层建设的工程量不断增加,建筑的层数和高度也是迅速地发展。


一、高层建筑结构受力特点分析


高层建筑结构受力特点最主要是在两个部分,第一个就是高层建筑自己本身受重力影响而产生的对于建筑基础的负荷,另一部分就是来自于建筑外部所施加的作用力,其中,这些作用力主要是水平方向,例如地震力、风力等等。高层建筑结构体系主要是包括四大结构,不同类型的框架结构,有着不同的架构形式,因而导致其优缺点各有不同。


(一)框架结构。框架结构的主要受力部分是建筑的支柱和梁,结构基础是用来承受整体受力的,三个结合起来构成了高层建筑的承重结构,楼板则是用于力的传递。其主要特点是建筑内部的空间是比较大的,建筑的立面处理是相对容易的,楼板的平面布置也是灵活方便的,受力特点主要是在侧向刚度比较小,但是如果建筑的层数比较多,在受到水平方向的负荷时候侧移量比较大,很不利于建筑的稳定性,因此,框架结构有其相对的局限性。


(二)剪刀结构。剪刀结构的特点是整个建筑所受到的所有力,包括自己本身的承重和外部水平方向或是垂直方向的载荷,全部是有建筑墙体所承重的承受的,因此,剪刀结构在力的传导方面来说直接、均匀,不会产生什么冲突。此外,剪刀结构在整体强度和刚度上有着十分卓越的表现。其的整体性和延展性能很强,在受到较大的外部力量的时候,例如地震等,结构侧向位移是易于控制的,不容易倒塌的。但是,剪刀结构在其建筑的平面布置来说相对死板,因此,剪刀结构的适用范围只能在住宅和宾馆等建筑。


(三)框架—剪刀结构。框架—剪刀结构是在框架结构和剪刀结构中,选取各自的优点所在,融合并延伸而所得的。在垂直方向的力的传导上,其轴向负荷和变形主要是由框架与剪刀结构共同来承受的,而水平方向的传递方面,则是通过剪刀结构来承受的,这主要是因为剪刀结构具有比较高的抗侧力和强度。框架—剪刀结构不但在力的传导过程中比较均匀和直接,而且在整体性和抗侧力方面都优于框架结构,因此在高层建筑中比较普遍。


(四)筒体结构。筒体结构则是在近几年所兴起来的一种建筑结构,主体结构是以筒体为基础的,其建筑结构的强度和刚度远远优秀于传统的建筑结构。在高层建筑中,运用筒子结构能够极大地提高整个建筑的受力性,在其他方面也是有着比较大的优点。因为筒子结构在力的承重和分配上更加合理,因此主要应用在超高层建筑的结构设计方面上,尤其是大空间和大跨度的高层建筑。


二、当前高层建筑结构设计的常见问题


(一)地基与基础的设计。高层建筑的地基和基础的设计一直是高层建筑结构设计人员比较重视的问题之一,设计工作的好与坏直接影响到了后期工作的进一步开展,同时也是整个工程的工程造价高低的决定性因素。


(二)轴压比与短柱。因为用钢筋混凝土建筑的高层建筑,设计人员为了能够控制轴压比,使得柱子的横截面变得很大,但柱子的纵向则是构造配筋,导致建筑住断面的尺寸没有明显的减小。建筑主体的塑性变形能力越小,其结构的延性越差。在遇到地震时,建筑结构受到不同程度损坏。


(三)建筑高度。在我国,各种建筑体系有着各自的最大适用高度,有着明确的规定。但是在实际的建筑工程,有很多混凝土结构的高层建筑的高度已经超过了限定标准。如果受到了地震,建筑就会有很大的风险,导致严重变形,影响建筑的安全。


(四)材料的选用。在国外的地震比较频发的地区,高层建筑主要是以钢为主,但是在中国,大部分主要是钢筋混凝土的或是其他的沙石混合结构,这对建筑的安全来说是是十分不好的。


三、高层建筑结构设计的原则


(一)立体布置。1、规则。这里是指的是体型规则,如果有变化,则是有规则的渐变。2、均匀。这里指的是上下体型、刚度、承载力和质量的分布均匀。结构的设计中,应该是刚度下大上小,自下而上逐渐减小的。


(二)平面布置。在设计的时候,应该是形状简单、规则和对称,尽量使得质心和钢心重合。平面突出部分不应该过长,高层建筑不应该采用严重不规则的结构,尽量将建筑分割成若干个比较简单的、规则的独立的结构单元。


四、高层建筑结构设计的特点


(一)水平荷载。建筑的自重和建筑面积使用的荷载在竖构造中所引起轴力与弯矩的数值,只是和建筑高度的一次方成正比关系,而水平荷载对结构所产生的倾覆力矩,和在此引起的轴力,与建筑的二次方成正比。竖向荷载大部分是定值,其余数值随着结构动力特性的不相同而有变化。


(二)轴向变形。在高层建筑中,竖向荷载的数值是很大的,能够引起比较大的轴向变形,会对连续梁弯矩产生相应的影响,还会对预制结构的下料的长度产生相应的影响。


(三)侧移。侧移慢慢的成为了高层建筑在设计中的一个关键性的因素,伴随着楼层的增加,因而使得水平荷载下结构的侧移变形迅速的在增大。


(四)结构延性。高层建筑相对于较低的建筑来说,结构更加的柔一些,在地震的状况下变形更加大些,因此,要在构造上采用比较恰当的方法,确保结构延性。


五、高层建筑结构体系的选择


(一)框架—剪力墙。框架—剪刀力墙体系的位移曲线主要是呈现弯剪型,剪力墙设置,大大增加了结构的侧向刚度,使得建筑的水平位移减小。


(二)剪力墙体。在剪力体墙之中,单片的剪力承受全部的垂直荷载和水平力,其刚度和强度都是比较好的,是有一定的延性的,传力是直接均匀的,整体性好,抗倒塌的能力也是强的。


(三)筒体结构。包括有单筒体、筒体一框架、筒中筒、多束筒等等,筒体则是一种空间受力构件,分为实腹筒和空腹筒两个类型。其具有很大的强性和刚性,构件受力比较合理的,往往用于大空间、大跨度或者是高层建筑中。


对于高层建筑来说,抗震设计同样是一个要注意的问题。在不同的结构体系中,应该根据其不同的结构优缺点进行相应的抗震元素的添加。具体问题具体分析,根据不同结构的内在结构,适当的调节。在现代社会中,高层建筑逐渐成为了在一定程度上能够反映国家经济发展和城市发展水平的因素。高层建筑设计者在设计的时候,要更加注意设计结构的合理,认真的对待每一个程序,避免在结构质量上的重大误差和隐患。相信随着我国高层建筑设计的不断进步,高层建筑肯定会迎来一个更加好的明天。



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