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    高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析與研究

    2013-04-29 22:14:35王愛兵
    關(guān)鍵詞:高層建筑分析研究

    王愛兵

    摘 要:建筑是伴隨著人類活動的進(jìn)行而產(chǎn)生的,它擁有一個漫長的發(fā)展史。隨著人類對于生活質(zhì)量要求的不斷提高,建筑學(xué)也不斷地發(fā)生著變化。特別是是隨著建筑技術(shù)的發(fā)展,高層建筑已經(jīng)屢見不鮮。但是高層建筑相對于其它建筑來說,建筑技術(shù)難度更大,它需要對建筑受力進(jìn)行計(jì)算和分析,然后建筑的結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格按照分析出來的受力特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文對高層建筑的進(jìn)化歷史進(jìn)行了介紹,然后針對高層建筑的結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析和研究。

    關(guān)鍵詞:高層建筑;分析;研究;發(fā)展

    中圖分類號:TU973.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-3362(2013)07-0128-01

    引言

    建筑史的發(fā)展歷程與人類科技水平的提高密切相關(guān)。在歐美地區(qū)的宗教建筑,它們采用木料和磚瓦建成,但是這不是居住和辦公建筑,它的內(nèi)部面積較狹窄,沒有很高的使用價值。后來隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn),一些發(fā)達(dá)國家的城市用地開始緊張,而鋼筋,混凝土等在建筑中的使用,高層建筑的美觀性和使用價值更高。

    1 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系研究

    不同的空間構(gòu)建方式,不同的組合方式,形成了一系列的結(jié)構(gòu)體系。包含建筑結(jié)構(gòu)在內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)都是由水平和垂直的組件構(gòu)成。幾種簡單的高層建筑體系結(jié)構(gòu)如下:

    1.1 混合結(jié)構(gòu)

    一般是6層以下建筑使用這種結(jié)構(gòu),因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)比較簡單,橫向硬度比較大,整個結(jié)構(gòu)性能較好,但是一旦建成沒法輕易改變。

    1.2 框架結(jié)構(gòu)

    這種結(jié)構(gòu)也是比較經(jīng)典的模式,它依靠支撐住形成橫的和縱的構(gòu)件,但是它不適合特別高的建筑。

    1.3 剪刀墻結(jié)構(gòu)

    這個結(jié)構(gòu)側(cè)面可以抵抗較大壓力,具有很好的承載力。在地質(zhì)條件不好的地區(qū),往往都采用這種結(jié)構(gòu),因?yàn)樗軌蚝芎玫氐挚垢鞣N地質(zhì)災(zāi)害,如臺風(fēng),地震等。但是它也有缺點(diǎn),由于它特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),造成它的慣性較大。另外,采用這種結(jié)構(gòu)的建筑可用面積較小,所以它往往被用于旅館和小戶型住宅等,它的適用樓層較高,能達(dá)到30層。

    2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

    2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中常見問題簡介

    2.1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)選擇時碰到的問題\

    結(jié)構(gòu)選擇時要考慮規(guī)則性,之前的建筑相關(guān)文獻(xiàn)中已經(jīng)有這方面的相關(guān)規(guī)定,進(jìn)來的文獻(xiàn)條例更加詳細(xì)地指明了這個特性,堅(jiān)決杜絕偏離規(guī)則性的設(shè)計(jì)方案實(shí)施。這就給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師們敲了警鐘,設(shè)計(jì)過程中一定要嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)定。由于高層建筑一般還設(shè)有地下室等空間,在這些空間的頂部可能設(shè)有固定端,要注意這些固定端。由于樓層的增高,造成建筑的地基負(fù)載壓力變大,于是導(dǎo)致了建筑的安全性能,建筑的力學(xué)分析等都發(fā)生相應(yīng)的變化。所以,在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時,要考慮這些因素的協(xié)調(diào)。

    2.1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的計(jì)算問題

    在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,工程師要對整個建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算,依靠人工進(jìn)行的話,這將會是一項(xiàng)非常復(fù)雜的問題,而且容易產(chǎn)生誤差甚至錯誤,耗費(fèi)時間久,所以開發(fā)商提供了很多專業(yè)計(jì)算軟件。這些軟件的最終目標(biāo)都相同,即計(jì)算整體結(jié)構(gòu),但是由于這些軟件的創(chuàng)建模型不同,所以最終結(jié)果會有一定差異。所以為了保證計(jì)算結(jié)果的可靠性,要選擇合適的計(jì)算軟件,及時避免物力財(cái)力的浪費(fèi),同時保證建筑的安全性能。另外需要考慮的是建筑振型數(shù)量問題,最新建筑規(guī)范文獻(xiàn)中增加了系數(shù)的內(nèi)容,并且嚴(yán)格規(guī)定了該系數(shù)的取值范圍。這是因?yàn)樵撓禂?shù)直接關(guān)系到建筑的整體高度,所以一定要先對其進(jìn)行判斷,并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以取得最佳值。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最后需要計(jì)算的是非建筑組件的計(jì)算。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時,可以將這個建筑當(dāng)成一個整體進(jìn)行計(jì)算,也可以按照建筑的組成分開后再計(jì)算。對于多塔問題,若是兩者之間的剛度落差大,則及時前面所說的系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求,但還是會造成安全隱患。還有一些建筑為了美觀性等的考慮,會在建筑中加入一些非結(jié)構(gòu)組件。為了建筑的整體安全考慮,設(shè)計(jì)師一定要計(jì)算好這些非結(jié)構(gòu)組件然后在進(jìn)行設(shè)計(jì)。

    2.1.3 連接梁重量超過鋼筋負(fù)載能力的問題

    一般采用剪刀墻建筑施工體系時出現(xiàn)的頻率比較高,這是由于計(jì)算所得的剪刀力不符合設(shè)計(jì)要求。在建筑總高度的1/3處容易出現(xiàn)此問題,在某一建筑空間中的墻體比較長,則在墻體中間部位容易出現(xiàn)此現(xiàn)象。

    2.2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法

    天有不測風(fēng)云,每年都會出現(xiàn)各類地質(zhì)災(zāi)害,所以在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時,要選用質(zhì)量較好,柔韌性強(qiáng)的建筑材料,并且要求所選用材料自身重量較輕,這樣可以減輕建筑整體本身的重量。比如建筑的門窗可以選用鋁合金材質(zhì),用玻璃墻代替水泥外墻,這同時還提高了美觀性。建筑整體可以選用正方形,并且在每個面設(shè)置通風(fēng)洞口,選用合適的立體結(jié)構(gòu)模型以減少建筑的風(fēng)力受力面積,選用流線型的外觀來減少建筑的風(fēng)壓系數(shù)。

    上面已經(jīng)對幾種常用的建筑體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單的介紹,混合結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)都無法滿足高層建筑的高度要求,所以剪刀墻就成了高層建筑最常選用的結(jié)構(gòu)體系?;谒恍枰倭康某兄亓旱臄?shù)量就可以負(fù)擔(dān)建筑的地震水平方向壓力以及風(fēng)壓,這種梁柱數(shù)量較少的設(shè)計(jì)符合大眾的審美觀,同時在視覺效果上,這種體系的建筑空間面積比較大。也可以選用一些用特殊結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行組合的混合結(jié)構(gòu)體系,若是建筑樓層較多,則要進(jìn)行特殊處理,特別是要選用剛度比較大的桶形結(jié)構(gòu),這能夠增大建筑物的側(cè)面抗壓能力。

    3 結(jié)語

    高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同于低層建筑,由于它結(jié)構(gòu)的特殊性,在結(jié)構(gòu)體系選擇上面就要特別注意,因?yàn)樗鼤?dǎo)致建筑平面、施工技術(shù)、施工周期等的差異。對于高層建筑來說,受力是設(shè)計(jì)過程中最重要的要素,在低層建筑中,由于它所產(chǎn)生的壓力較小,所以受力并不是建筑設(shè)計(jì)中的首選因素,但是在高層建筑中,豎向負(fù)荷產(chǎn)生的壓力較大,側(cè)向位移增加比較迅速,所以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要特別注意受力分析。另外,它需要特別考慮減少自身重量,這非常有利,若是能有效減輕建筑的自身重量,則若仍然使用同樣的地基,但是它的樓層可以更高,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況而對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案做出相應(yīng)的修改,不能紙上談兵。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 梅元臣.中國高層建筑創(chuàng)作理論發(fā)展研究討論會[J].建筑創(chuàng)作,2010(1).

    [2] 梅洪元,付本臣.中國高層建筑創(chuàng)作理論發(fā)展研究[R].高層建筑與智能建筑國際學(xué)術(shù)研討會,2011.

    [3] 趙西安.現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社,2009.

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