周曉琳
【摘要】目前,經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,我國(guó)的高層建筑的發(fā)展也有了顯著的提高。建筑行業(yè)快速發(fā)展,為適應(yīng)多樣化的建筑功能需求,高層建筑的結(jié)構(gòu)形式也日趨復(fù)雜多樣。除傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等基本形式外,超高層建筑、復(fù)雜高層建筑、鋼結(jié)構(gòu)高層建筑、型鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)高層建筑得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。建筑高度的增加和布置的不規(guī)則性給結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)帶來(lái)更多復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性,有必要進(jìn)行更系統(tǒng)深入的研究。
【關(guān)鍵詞】高層建筑;結(jié)構(gòu)分析;抗震設(shè)計(jì)探究
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.
10.040
對(duì)比低層建筑,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜,并且會(huì)受到更多因素的影響。為保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性,需要考慮建筑體型比例關(guān)系的同時(shí),對(duì)地基沉降、溫度、風(fēng)力及地震等因素進(jìn)行全面的考慮。另外,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否科學(xué),對(duì)高層建筑的實(shí)際施工有直接影響,并會(huì)為后期的養(yǎng)護(hù)造成不便。因此,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較大的難度,如果沒(méi)有妥善處理設(shè)計(jì)中存在的一些常見(jiàn)問(wèn)題,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量將嚴(yán)重降低。據(jù)此,論文在分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上,提出了一些優(yōu)化措施,希望可以為改進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。
1、高層建筑常見(jiàn)結(jié)構(gòu)類(lèi)型
1.1框架結(jié)構(gòu)
框架結(jié)構(gòu)以框架梁、柱為主要承受荷載和地震作用構(gòu)件。梁、柱等構(gòu)件自重輕、易于標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)定形,因此框架結(jié)構(gòu)具有節(jié)省材料、空間布置靈活、便于實(shí)施裝配式等優(yōu)點(diǎn)。框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較小,水平地震作用下易產(chǎn)生較大層間位移,因此最大適用高度受到較大限制,以抗震設(shè)防烈度6度為例,一般不得超過(guò)60m??蚣芙Y(jié)構(gòu)變形形態(tài)是典型的剪切型,結(jié)構(gòu)豎向體型布置時(shí),重點(diǎn)需要控制層間側(cè)向剛度比和受剪承載力比,避免出現(xiàn)軟弱層和薄弱層。
1.2剪力墻結(jié)構(gòu)
剪力墻結(jié)構(gòu)以剪力墻為抗側(cè)力構(gòu)件,具有整體性好、側(cè)向剛度大等特點(diǎn),能適用較高的建筑高度。但是結(jié)構(gòu)延性較差,與框架結(jié)構(gòu)相比,空間布置受剪力墻最大間距的限制。剪力墻布置宜使結(jié)構(gòu)規(guī)則、均勻、具有適宜性的側(cè)向剛度,平面上宜雙向布置使兩個(gè)主軸方向剛度均勻分布,豎向宜上下連續(xù)避免造成剛度突變。另外,由于疊合錯(cuò)洞墻的應(yīng)力分布復(fù)雜,在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免門(mén)窗洞口上下錯(cuò)開(kāi),確實(shí)無(wú)法避免時(shí),應(yīng)特別注意洞口周?chē)氖芰Ψ治鲇?jì)算和加強(qiáng)措施。
1.3框架剪力墻結(jié)構(gòu)
框架剪力墻結(jié)構(gòu)兼具框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn),既具有較大的側(cè)向剛度,又能較靈活自由地提供使用空間,最大適用高度一般略低于剪力墻結(jié)構(gòu)??蚣芗袅Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是通過(guò)框架和剪力墻協(xié)同工作,使整體結(jié)構(gòu)具有良好的結(jié)構(gòu)和抗震性能。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)框架部分和剪力墻部分承受地震傾覆力矩比值,應(yīng)分別符合各自結(jié)構(gòu)或框架剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震措施要求,且需要充分考慮框架與剪力墻在剛度、變形特點(diǎn)上的較大差別,選擇合適位置設(shè)置剪力墻,使結(jié)構(gòu)整體剛度均勻、連續(xù),構(gòu)成雙向抗側(cè)力體系。
2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題
2.1扭轉(zhuǎn)問(wèn)題
建筑“三心”主要指建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、結(jié)構(gòu)重心及剛度中心,“三心合一”時(shí),建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性最強(qiáng)。然而由于受到地基形狀與建筑功能要求等因素的影響,在許多情況下,建筑體型是不規(guī)則的,設(shè)計(jì)中也難以實(shí)現(xiàn)“三心合一”,致使建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問(wèn)題,進(jìn)而影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
2.2抗風(fēng)問(wèn)題
因?yàn)楦邔咏ㄖ臉菍虞^多并且高度較高,所以,相對(duì)其他建筑,高層建筑更容易改變風(fēng)的流動(dòng)性與空氣的動(dòng)力效應(yīng)。由于建筑的剛架結(jié)構(gòu)以及玻璃幕墻等柔性結(jié)構(gòu)的剛度較小,在風(fēng)荷載較大的情況下,很容易破壞建筑物的墻體、裝飾結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu),降低建筑物的穩(wěn)定性。因此,進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì),防止建筑物受自然因素的影響而存在隱患。
2.3抗震問(wèn)題
高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直以來(lái)都是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)。因?yàn)榈卣饘儆谧匀灰蛩兀總€(gè)地區(qū)的抗震設(shè)防烈度不同,計(jì)算得出的數(shù)據(jù)也并不是所有地區(qū)都適用,并且計(jì)算地震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí),存在許多不確定性因素,加之一些設(shè)計(jì)人員的靈活性不足,不能很好地完善抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3、解決對(duì)策
3.1強(qiáng)化設(shè)計(jì)圖紙規(guī)范性
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的作用不容小覷,可為后期建筑工程項(xiàng)目的施工建設(shè)提供必要參考。為此,在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間,應(yīng)強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)圖紙的設(shè)計(jì)規(guī)范化與合理化,保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量達(dá)標(biāo),以免引發(fā)設(shè)計(jì)質(zhì)量問(wèn)題。另外,對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)圖紙的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循具體規(guī)范要求,參考項(xiàng)目建設(shè)具體狀況,將圖紙中不同類(lèi)型的符號(hào)和數(shù)據(jù)等相關(guān)參數(shù)詳細(xì)標(biāo)識(shí)出來(lái),特別是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的參數(shù)。作為設(shè)計(jì)工作人員應(yīng)強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的作用,在設(shè)計(jì)前了解項(xiàng)目具體情況,系統(tǒng)勘察項(xiàng)目場(chǎng)地環(huán)境與水文條件等相關(guān)資料,以保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙資料更全面更可靠,不應(yīng)僅依靠個(gè)人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定材料與結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸,以免影響圖紙質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上,完成設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作后,設(shè)計(jì)工作人員應(yīng)嚴(yán)格校核圖紙準(zhǔn)確性,對(duì)設(shè)計(jì)圖紙不合理問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正,以免出現(xiàn)不必要設(shè)計(jì)問(wèn)題。
3.2建筑結(jié)構(gòu)的平面布置
建筑結(jié)構(gòu)的平面布置是影響結(jié)構(gòu)抗震的重要因素,合理的建筑平面布置對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。大量地震災(zāi)害表明,平面布置簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)規(guī)則、質(zhì)量和剛度分布比較均勻并且具有明確傳力途徑的建筑結(jié)構(gòu)在地震時(shí)不容易發(fā)生破壞。規(guī)則結(jié)構(gòu)能較為準(zhǔn)確地預(yù)估結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)和地震時(shí)的反應(yīng),較容易采取有效的抗震措施及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施來(lái)加強(qiáng)其抗震性能。相反,平面布置復(fù)雜、不對(duì)稱(chēng)且不規(guī)則的結(jié)構(gòu),其地震作用效應(yīng)很難估計(jì)的。因此,高層建筑結(jié)構(gòu)中規(guī)范規(guī)定,宜采用規(guī)則結(jié)構(gòu),不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。
3.3最大化保證建筑材料的抗震性與質(zhì)量
高層建筑的材料選擇與材料質(zhì)量很大程度上決定了高層建筑建成以后的質(zhì)量與安全性,所以說(shuō)在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中,一定需要對(duì)建筑施工材料的選擇做出慎重的選擇,一定要結(jié)合實(shí)際情況以及科學(xué)分析,設(shè)計(jì)人員們?cè)趯?duì)整體抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),需要將建筑材料本身的強(qiáng)度質(zhì)量以及抗震性作為重中之重,確保選擇的材料是可以為高層建筑提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與抗震性的,最大化的提升高層建筑的抗震承載力,也需要盡可能選擇滿(mǎn)足施工材料的延性需求,保證所選擇的材料都是能夠滿(mǎn)足高層建筑抗震穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要求,從材料這個(gè)角度根本上提升高層建筑的安全性與抗震性,增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)本身的最大抗震特性,所以說(shuō)為了更好地達(dá)到房屋抗震與安全要求,設(shè)計(jì)人員和建筑人員務(wù)必需要選擇符合要求的建筑材料,確保在高層建筑建成以后有足夠的抗震性。
3.4準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)
對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言,為保證結(jié)構(gòu)與工程要求標(biāo)準(zhǔn)契合,應(yīng)在準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)性能參數(shù)的基礎(chǔ)上,對(duì)比實(shí)際要求,亦或是根據(jù)要求參數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)性能,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理化。以樓板設(shè)計(jì)為例,為避免設(shè)計(jì)與后期施工建設(shè)不發(fā)生形變和裂縫,應(yīng)科學(xué)計(jì)算結(jié)構(gòu)形變的范圍。在計(jì)算數(shù)據(jù)的時(shí)候,工作人員應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求與規(guī)范開(kāi)展,堅(jiān)決不允許受主觀(guān)意識(shí)影響判斷,也不應(yīng)簡(jiǎn)化處理計(jì)算數(shù)據(jù)。
結(jié)語(yǔ):
高層建筑是現(xiàn)代化城市發(fā)展的主要載體之一,成為諸多城市的地標(biāo)性建筑。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加劇,為滿(mǎn)足人們對(duì)建筑美觀(guān)、舒適等多樣化需求,圍繞高層建筑的理論研究、分析設(shè)計(jì)和建造實(shí)踐正在不斷發(fā)展完善。高層建筑的結(jié)構(gòu)理論分析和設(shè)計(jì)實(shí)踐在目前相對(duì)成熟的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,還有很多方面值得深入研究和創(chuàng)新發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
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