摘要:針對高層建筑結(jié)構(gòu)的設計問題,采取實例分析的方法,做簡單的論述,提出結(jié)構(gòu)設計策略。從結(jié)構(gòu)設計的角度來說,優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案,運用計算簡圖,做好建筑功能性把控,避免傳統(tǒng)設計常見的問題,能夠獲得不錯的成效。文章結(jié)合具體研究進行分析。

關(guān)鍵詞:高層建筑;建筑設計;結(jié)構(gòu)設計

現(xiàn)代化建筑的建設,除了對施工質(zhì)量有著很高的要求外,對建筑使用的安全性和效益也提出了新要求。若想保證建筑的使用性能達標,做好結(jié)構(gòu)設計研究和把控,對設計建設高穩(wěn)定性和安全性水平的建筑,推動建筑持續(xù)化發(fā)展,有著重要的意義。

1高層建筑結(jié)構(gòu)的設計問題

基于過往的設計實踐經(jīng)驗,高層建筑結(jié)構(gòu)設計,常見的問題如下:

(1)剪力墻。設置在建筑結(jié)構(gòu)中的剪力墻,發(fā)揮著承載水平力以及豎向重力的積極作用。若布局不合理,強度和剛度不達標等,都很容易造成結(jié)構(gòu)破壞,影響著結(jié)構(gòu)性能發(fā)揮,當發(fā)生地震時無法有效吸收沖擊力。

(2)建筑結(jié)構(gòu)超高,F(xiàn)行的高層建筑設計規(guī)范,對建筑結(jié)構(gòu)高度做出了明確具體的規(guī)定。不過部分企業(yè)為了獲得更多的經(jīng)濟效益,存在著隨意增加高度的行為,使得建筑存在很大的安全隱患。若遇到強風或者地震情況,很容易出現(xiàn)破壞的情況;诖,開展結(jié)構(gòu)設計時,要嚴格按照現(xiàn)行的規(guī)定和標準,做好高度設計的把控。

(3)嵌固端的設置。一般來說,嵌固端設計常見的問題為位置選擇和剛度大小。具體體現(xiàn)為:將嵌固端布置在人防地下室頂板位置,增加了結(jié)構(gòu)整體的安全風險;剛度設計比例不合理,影響著結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2高層建筑結(jié)構(gòu)的設計實例分析

2.1案例概述。以某建筑項目為例,總建筑面積為6.85萬m2。整個建筑設計為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu),選擇6層位置設置轉(zhuǎn)換層,建筑地下室設計為停車庫。建筑抗震設防烈度為7度,設計地震分組為第一組,按照50年一遇風壓設計,即0.85kN/m2。現(xiàn)結(jié)合具體設計進行結(jié)構(gòu)設計分析。

2.2結(jié)構(gòu)選型和布置。此項目建筑平面比較復雜,保證塔樓體形、平面以及剛度相同,進而減少耦聯(lián)振動。各塔樓之間設計用喇叭形布置,布置參數(shù)如表1所示。設計的連接體轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),使用的鋼骨混凝土梁,用作連接體的支撐。通過設計計算,整個鋼骨混凝土梁的斷面最大值是900mm×3000mm,會增加施工作業(yè)的難度。出于安全和經(jīng)濟性考慮,建筑主體結(jié)構(gòu)和連接體結(jié)構(gòu)設計,選擇剛性連接的方法。連接位置連接主梁,選擇各層設置的混凝土梁,梁的尺寸大小設計為500mm×1800mm,進而保證連接位置的剛度達標。因為連體的結(jié)構(gòu)振型比較豐富,同時扭轉(zhuǎn)振型和平動振型采取耦合形式,運用平扭耦聯(lián)方法,開展結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應的計算,并且基于雙向地震的影響做充分分析,做好相應的把控。因為連接位置很復雜,所以運用彈性樓蓋開展計算。除此之外,連體結(jié)構(gòu)的兩個塔樓體型很像,所以,選擇風荷載數(shù)值時,考慮相鄰建筑物之間的相互影響,用體形系數(shù)和干擾系數(shù)相乘,獲得的計算結(jié)果如表2所示。通過結(jié)果分析,建筑自振周期處于合理范圍內(nèi),能夠達到規(guī)范要求。除此之外,在地震影響下,樓層最大層間位移也能夠達到規(guī)范要求。

2.3連接體結(jié)構(gòu)設計。因為塔樓相互連接位置的高度大約為50m,所以開展連接體結(jié)構(gòu)的設計時,要最大程度上保障連接體結(jié)構(gòu)位置的施工安全。選擇在48m位置設置1個鋼結(jié)構(gòu),用作施工平臺[1]。因為連接體梁板自身的重量很大,若想確保施工作業(yè)的安全和經(jīng)濟效益,選擇混凝土澆筑振搗作業(yè)方法,進而減少自重范圍,用梁承擔相應的荷載。為了滿足施工方案的基本要求,對連接體進行設計優(yōu)化,根據(jù)施工作業(yè)順序,開展混凝土澆筑內(nèi)力的計算,選擇下層連接體梁板,當作上層連接體的作業(yè)平臺,用于承受施工荷載,同時開展配筋計算。經(jīng)過計算,部分梁的配筋通過施工控制,進而達到建設標準。

3高層建筑結(jié)構(gòu)的設計策略總結(jié)

3.1優(yōu)選設計方案。從高層建筑設計實踐來說,結(jié)構(gòu)設計方案為關(guān)鍵內(nèi)容,要做好科學性以及合理性的把控,做好剪力墻和嵌固端布置等的優(yōu)化設計,保證建筑工程建設的質(zhì)量[2]。結(jié)構(gòu)設計的方案,提出的各類參數(shù)必須要能夠滿足結(jié)構(gòu)實際需求,同時還要達到設計規(guī)范以及技術(shù)標準。開展結(jié)構(gòu)設計,要考慮到后期施工活動的開展,做好結(jié)構(gòu)設計,為后期施工作業(yè)的進行,提供安全保障。除此之外,加大對現(xiàn)場環(huán)境的調(diào)查,結(jié)合結(jié)構(gòu)方案設計的特點,優(yōu)選設計方案,確保整個方案具有科學性以及可行性。

3.2運用計算簡圖。從結(jié)構(gòu)方案設計的角度來說,運用計算簡圖,能夠有效保證設計的質(zhì)量和準確性,減少設計誤差的出現(xiàn)[3]。若產(chǎn)生設計誤差,比如配筋誤差等,將會引發(fā)系列問題,影響著建筑建設的質(zhì)量和效益;诖,開展結(jié)構(gòu)設計時,運用計算簡圖,綜合分析各類因素,做好全面的把控。需要注意:要結(jié)合實際需求,選擇適宜的結(jié)構(gòu)設計計算軟件,輔助結(jié)構(gòu)設計作業(yè)的開展,保證設計方案參數(shù)計算結(jié)果的真實性和準確性,提高結(jié)構(gòu)設計工作的質(zhì)量和效率。

3.3滿足性能需求。從建筑結(jié)構(gòu)設計實踐來說,若想獲得不錯的成效,必須要保證滿足各項性能需求。設計時做好以下性能指標的把控:

(1)延展性。結(jié)構(gòu)設計的開展,要做好延展性的把控,進而保證當樓體出現(xiàn)變形和受到地震作用時能夠保持安全狀態(tài)。

(2)結(jié)構(gòu)的水平力。結(jié)構(gòu)設計環(huán)節(jié),做好結(jié)構(gòu)水平力的高效。通過分析相同水平面內(nèi)力學載荷分布特征,把控好結(jié)構(gòu)水平力,進而保障結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量達標。因為水平力因素能夠給建筑結(jié)構(gòu)造成很大影響,需要高度重視。

(3)穩(wěn)定性。開展建筑結(jié)構(gòu)設計時,做好穩(wěn)定性能的分析,強化對關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制,比如短肢剪力墻,保證建筑建設的質(zhì)量[4]。

3.4把控好抗震設計。高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計,需全面把控,做好設計要點的把控。具體實踐中采取以下措施:

(1)合理設計抗震結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)設計是否合理,將會給建筑抗震性能造成直接影響。目前來說,高層建筑建設選用的結(jié)構(gòu)形式,主要包括框筒體系、筒中筒與框架體系、支撐體系。近年來,鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應用,增強了建筑抗震能力。開展抗震設計,要積極采用軟性模式,通過消減地震條件下的作用力,保障建筑的安全性。

(2)優(yōu)選建筑材料。材料的質(zhì)量水平,影響著建筑的抗震性能;诳拐鹪O計層面選擇建筑材料,要做好整體分析,有效把控建筑物延性,實現(xiàn)材料的優(yōu)選,保證建筑物整體性能。

(3)合理設計抗震防線。若想增強建筑整體的抗震能力,采取增加抵御路線的方法,增強抵抗力。發(fā)生地震時,綜合發(fā)揮各類防線的積極作用,形成強有力的保護,避免建筑出現(xiàn)大規(guī)模倒塌破壞的情況。在進行抗震設計時,選擇設置多肢節(jié)和框架式結(jié)構(gòu)等,來增強抗震性。一般來說,設計的框架結(jié)構(gòu),擁有多層次防線,剪力墻作為重要構(gòu)成部件,發(fā)揮著重要的抗震作用。若想實現(xiàn)抗震功能,要控制好數(shù)量設置。當剪力墻被破壞后,每個樓層的框架的地震剪力,其超過了結(jié)構(gòu)底部的剪力,進而實現(xiàn)了保護的目的。

3.5做好超限設計的把控。從建筑結(jié)構(gòu)設計角度來說,現(xiàn)行的各類規(guī)范,提出了計算要求以及構(gòu)造措施,難以有效保證超限結(jié)構(gòu)在地震條件下的安全性以及可靠性,在進行建筑結(jié)構(gòu)設計時,需嚴格控制。采取以下措施:

(1)做好結(jié)構(gòu)全面計算。使用有限元程序,開展模擬分析和計算。做好地震作用下的建筑結(jié)構(gòu)分析,除了運用振型分解反應譜方法外,還可以進行彈性時程分析,結(jié)合使用力學模型,開展對比分析。一般來說,超限結(jié)構(gòu)具有很強的復雜性,對軟件性能的要求較高,可使用SAP2000等進行實際分析,獲得高質(zhì)量的計算結(jié)果。不過需要注意的是,軟件的先進性越高,精準度就越高,由于軟件使用者的熟悉程度不高,加之操作復雜,需要消耗很多的分析時間。除了上述方法外,在進行結(jié)構(gòu)抗震設計時,可以運用靜力分析法或者動力彈性分析法,分析結(jié)構(gòu)的性能,依據(jù)計算結(jié)果,開展配筋設計,保證結(jié)構(gòu)整體的性能。

(2)采取相應的措施,增強建筑整體性能,保證建筑的安全性。在進行計算分析之前,要提高設計標準,高于現(xiàn)行的規(guī)范標準,同時對結(jié)構(gòu)重要位置進行強化設計。運用軟件分析,明確薄弱點,進行優(yōu)化設計,增強建筑的性能,保證結(jié)構(gòu)設計達到安全性和可靠性目標,推動建筑結(jié)構(gòu)設計工作的高質(zhì)量落實。

4結(jié)語

綜上所述,高層建筑結(jié)構(gòu)的設計,要做好全面的把控,提出高質(zhì)量的設計方案,保障建筑結(jié)構(gòu)性能達標。設計工作的開展,從多個方面入手,做好結(jié)構(gòu)水平力和穩(wěn)定性等指標的把控,優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計,為建筑施工提供高質(zhì)量方案。

參考文獻

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[4]劉煥訪.高層建筑結(jié)構(gòu)設計的問題及對策的探析[J].住宅與房地產(chǎn),2018(30):56.