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摘要:能够满足当前的市场需求,高层建筑结构设计师必须严格按照设计标准来执行并充分发挥主动性和创造力,文章分析其设计原则以及特点,探讨其结构设计的要点。
关键词:高层建筑结构设计;特点;要点
中图分类号:TU208文献标识码: A
引言
面对严峻的土地问题,高层建筑的设计显得尤为重要,除了大大的减少了建筑用地的面积,也在不断改善在结构设计中的不足之处,最大限度的满足人们的需求。
一、建筑结构设计基本原则
(一)高层建筑的结构设计原则
高层建筑结构的设计是一个融合多学科、多领域的复杂科学问题。针对高层建筑功能性、美观性、经济性、综合性等具体实现目标,设计人员应制定不同的机构设计方案。但是,结构设计作为高层建筑设计的核心内容,其设计过程遵循根本设计原则大致相同:(1) 充分考虑高层建筑所承载的竖向负荷和横向负荷,以及其可能遇到风力和地震力等各项不可抗力;(2) 严格控制高层建筑高宽比,以保证其结构稳定性及美观性。(3) 高层建筑的平面或立面的质量和刚度应尽量保持对称和匀称,使整体结构中不存在薄弱环节。(4) 提前考虑风力、地震、温度变化或基础沉降对建筑结构带来的影响,并制订相应的平衡措施。
(二)高层建筑的综合设施设计原则
每一个高层建筑所出的地理环境及其周围建筑的影响都是各不相同的,这也就需要设计人员在进行结构设计时需结合实际条件综合考虑: (1) 建筑平面布局: 整体建筑结构平面布局应严格遵守建筑间距(防火间距、采光间距) 标准,并在周边配套设施中配置有足够空间的停车场等设施。(2) 在满足高层建筑对于所需功能的要求外,应该保证建筑各层的平面布局具有一致性,以满足高层建筑的电气线路规划、取暖装备、而对于设计管线和防火疏散措施可以批量进行设计。(3) 科学规划高层建筑的电梯、楼梯的数量和位置,以保证正常的生活工作秩序以及危险发生时的逃生效率。(4) 高层建筑所需的各项建筑材料类型、配置等对于风力、温度变化以及震动具有一定的抵抗能力。(5) 在满足高层建筑的使用之后,高层建筑在设计过程中还应考虑周围建筑的设计风格以及自身的美观效果。
二、高层建筑设计常见问题分析
(一)高层建筑结构设计中的高度问题
由于部分建筑施工单位片面追求经济利益的最大化,私自在建筑设计标准所规定的原有高度基础上加大建筑高度,已达到所赚取利润最大化的目的,从而导致一些高层建筑存在高度超标问题。由于高度的增高,增加了建筑结构的垂向负荷,超过了原有的地基所能承受的应力,导致建筑存在抗风力、恶劣天气以及地震等自然灾害能力差等一系列问题,严重危害建筑使用者的安全。因此,国家相关监督审查部门应该加强对于高层建筑高度的审查力度,健全建筑设计抗震规范和高度规范,加大对于私自增加设计高度的施工方的惩罚力度,保障高层建筑的结构稳定性。
(二)高层建筑设计中的抗震问题
从地理位置上讲,我国处于地震频发区,并且我国泥石流、滑坡、地面塌陷等自然灾害发生率较高。因此,在高层建筑设计中,如何提高高层建筑的抗震性,成为建筑设计中最核心的问题。在抗震设计中存在的常见问题如下: (1)抗震构造柱布置不当。如外墙转角处,大厅四角未设构造柱或构造柱不成对设置; 以构造柱代替砖墙承重; 山墻与纵墙交接处不设抗震构造柱; 过多设置抗震构造柱等; (2) 结构的平面布置。外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大、形心质心偏心大,同一结构单元内,结构平面形状和刚度不均匀、不对称,平面长度过长等。
(三)高层建筑防火安全问题
(1)高层建筑墙体防火材料的耐火强度和阻燃性。高层墙体的使用材料必须具有足够的耐火强度和阻燃性,才能保证发生火灾时墙体结构具有足够的抗火能力和防火分区能力,从而将火灾控制在最小的影响范围。(2)建筑整体布局应该畅通、安全。高层建筑必须配置有能够保证一定人流量的楼梯设施,从而保证火灾发生,电梯不能使用时,建筑内所有人员可以流畅的从该楼梯进行逃生。另外,楼道中还应配有相应的照明设施以及逃生指示图,从而保证人员撤退时不会发生踩踏等事故,使得居民安全逃离危险。(3)做好建筑物室内、外消防给水系统的设计,保证火灾发生时,配备有足够的消防用水量以及灭火设备所需的水压。
(四)高层建筑防雷击的问题
为了加强高层建筑抵御雷电能力,高层建筑的设计方案必须针对雷电这一自然现象采取一系列防御措施,尤其是对于盐城这种多雷雨天气的城市。事实上,在防雷系统设计问题上,通常按照“综合治理,整体防御,突出重点,多重保护”的原则,充分依据高层建筑自己的建筑结构特点以及周边配套设施,对高层建筑的顶端以及其它易受雷击位置装配避雷针或避雷网等有效设施,并辅以钢筋混凝土这一接地装置,将雷电对建筑的安全威胁降到最低。
三、高层建筑结构设计要点
(一)地基与基础设计
高层建筑结构中地基是建设施工的基础。建筑设计师在进行高层建筑结构设计的过程中要对建筑地基进行全面了解,要对建筑结构和建筑环境进行全面分析,确保将环境和施工有效结合在一起,提高设计的可实行性。我国的建筑环境差异较大,地质情况各不相同,因此在进行设计的过程中设计人员要对地质状况进行深入研究,确保施工顺利进行。设计人员要首先对地质水位进行勘探,对地质数据、上层结构类型、使用功能、施工条件进行综合考虑。其次要对周围建筑环境安全进行研究,观察建筑物沉降或倾斜状况。最后要对建筑物设置位置及标高进行了解,对建筑施工科学性进行分析,确保施工顺利进行。
(二)结构侧移问题
侧移问题是当前高层建筑设计中的关键影响因素。在高层建筑结构中,水平荷载作用可以导致高层结构向侧面变形,导致建筑结构出现侧移。因此,设计人员要对结构强度进行有效控制,加强对风荷载作用力产生的内力抵抗效果,要对内侧的刚度进行强化,确保在水平荷载下产生的侧移在一定的范围内,降低可能出现的侧移问题,提高高层建筑的使用安全性。设计人员要对高层建筑的侧移进行定时监测,对超出侧移范围的高层建筑及时进行处理,降低可能出现的建筑质量问题和安全问题。
(三)结构延性问题
高层建筑结构具有较好柔和性,在地震作用下可以形成更大的形变。为了提高高层建筑结构的抗震作用,设计人员要对建筑结构塑性形变进行强化,保证高层建筑在进行塑性形变的过程中仍具有较强的抵抗变形能力。要在进行高层建筑结构设计的过程中对高层建筑结构进行合理强度强化,对高层建筑边角、高层建筑底座等部分进行合理处理,保证高层建筑结构具有足够的延性,加强高层建筑的安全性和稳定性。
(四)抗震及连梁问题
在进行抗震设计的过程中,高层建筑一般不采取单纯框架结构体系,常选取框架一剪力墙、剪力墙、筒体结构等完成对自身结构的加固和抗震。这种方法可以有效提高对地震的抵抗效果,加强建筑结构的经济性。除此之外,高层建筑在进行内力和位移计算的过程中还常使用弹性刚度。弹性刚度可以有效对连梁超筋或截面控制超过剪压比的连梁刚度进行控制,提高连梁的效果。在框架-剪力墙结构中,设计人员可以对连梁的刚度进行降低,对刚度系数进行折减。当折减后建筑结构仍不能满足设计的需要和要求,设计人员可以适当对连梁进行内调幅,但是在实际调幅过程中要保证调幅力度低于20%
结语
综上所述,建筑产品的好坏直接的影响着人们的健康与安全。任何的工程与项目想要做好,就应该先认识到自己的不足,然后不断地完善改进优化,最后取得很好的成果,这样我们才会不断的发展。
参考文献:
[1]韩波.高层建筑结构设计与高层建筑结构方案的合理性[J].中华民居(下旬刊),2014,03:41.
[2]李国珍.高层建筑结构设计中抗震概念设计的应用浅析[J].江西建材,2014,02:29.
[3]陈大为.高层建筑剪力墙结构设计要点分析[J].现代装饰(理论),2014,04:179-180.
关键词:高层建筑结构设计;特点;要点
中图分类号:TU208文献标识码: A
引言
面对严峻的土地问题,高层建筑的设计显得尤为重要,除了大大的减少了建筑用地的面积,也在不断改善在结构设计中的不足之处,最大限度的满足人们的需求。
一、建筑结构设计基本原则
(一)高层建筑的结构设计原则
高层建筑结构的设计是一个融合多学科、多领域的复杂科学问题。针对高层建筑功能性、美观性、经济性、综合性等具体实现目标,设计人员应制定不同的机构设计方案。但是,结构设计作为高层建筑设计的核心内容,其设计过程遵循根本设计原则大致相同:(1) 充分考虑高层建筑所承载的竖向负荷和横向负荷,以及其可能遇到风力和地震力等各项不可抗力;(2) 严格控制高层建筑高宽比,以保证其结构稳定性及美观性。(3) 高层建筑的平面或立面的质量和刚度应尽量保持对称和匀称,使整体结构中不存在薄弱环节。(4) 提前考虑风力、地震、温度变化或基础沉降对建筑结构带来的影响,并制订相应的平衡措施。
(二)高层建筑的综合设施设计原则
每一个高层建筑所出的地理环境及其周围建筑的影响都是各不相同的,这也就需要设计人员在进行结构设计时需结合实际条件综合考虑: (1) 建筑平面布局: 整体建筑结构平面布局应严格遵守建筑间距(防火间距、采光间距) 标准,并在周边配套设施中配置有足够空间的停车场等设施。(2) 在满足高层建筑对于所需功能的要求外,应该保证建筑各层的平面布局具有一致性,以满足高层建筑的电气线路规划、取暖装备、而对于设计管线和防火疏散措施可以批量进行设计。(3) 科学规划高层建筑的电梯、楼梯的数量和位置,以保证正常的生活工作秩序以及危险发生时的逃生效率。(4) 高层建筑所需的各项建筑材料类型、配置等对于风力、温度变化以及震动具有一定的抵抗能力。(5) 在满足高层建筑的使用之后,高层建筑在设计过程中还应考虑周围建筑的设计风格以及自身的美观效果。
二、高层建筑设计常见问题分析
(一)高层建筑结构设计中的高度问题
由于部分建筑施工单位片面追求经济利益的最大化,私自在建筑设计标准所规定的原有高度基础上加大建筑高度,已达到所赚取利润最大化的目的,从而导致一些高层建筑存在高度超标问题。由于高度的增高,增加了建筑结构的垂向负荷,超过了原有的地基所能承受的应力,导致建筑存在抗风力、恶劣天气以及地震等自然灾害能力差等一系列问题,严重危害建筑使用者的安全。因此,国家相关监督审查部门应该加强对于高层建筑高度的审查力度,健全建筑设计抗震规范和高度规范,加大对于私自增加设计高度的施工方的惩罚力度,保障高层建筑的结构稳定性。
(二)高层建筑设计中的抗震问题
从地理位置上讲,我国处于地震频发区,并且我国泥石流、滑坡、地面塌陷等自然灾害发生率较高。因此,在高层建筑设计中,如何提高高层建筑的抗震性,成为建筑设计中最核心的问题。在抗震设计中存在的常见问题如下: (1)抗震构造柱布置不当。如外墙转角处,大厅四角未设构造柱或构造柱不成对设置; 以构造柱代替砖墙承重; 山墻与纵墙交接处不设抗震构造柱; 过多设置抗震构造柱等; (2) 结构的平面布置。外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大、形心质心偏心大,同一结构单元内,结构平面形状和刚度不均匀、不对称,平面长度过长等。
(三)高层建筑防火安全问题
(1)高层建筑墙体防火材料的耐火强度和阻燃性。高层墙体的使用材料必须具有足够的耐火强度和阻燃性,才能保证发生火灾时墙体结构具有足够的抗火能力和防火分区能力,从而将火灾控制在最小的影响范围。(2)建筑整体布局应该畅通、安全。高层建筑必须配置有能够保证一定人流量的楼梯设施,从而保证火灾发生,电梯不能使用时,建筑内所有人员可以流畅的从该楼梯进行逃生。另外,楼道中还应配有相应的照明设施以及逃生指示图,从而保证人员撤退时不会发生踩踏等事故,使得居民安全逃离危险。(3)做好建筑物室内、外消防给水系统的设计,保证火灾发生时,配备有足够的消防用水量以及灭火设备所需的水压。
(四)高层建筑防雷击的问题
为了加强高层建筑抵御雷电能力,高层建筑的设计方案必须针对雷电这一自然现象采取一系列防御措施,尤其是对于盐城这种多雷雨天气的城市。事实上,在防雷系统设计问题上,通常按照“综合治理,整体防御,突出重点,多重保护”的原则,充分依据高层建筑自己的建筑结构特点以及周边配套设施,对高层建筑的顶端以及其它易受雷击位置装配避雷针或避雷网等有效设施,并辅以钢筋混凝土这一接地装置,将雷电对建筑的安全威胁降到最低。
三、高层建筑结构设计要点
(一)地基与基础设计
高层建筑结构中地基是建设施工的基础。建筑设计师在进行高层建筑结构设计的过程中要对建筑地基进行全面了解,要对建筑结构和建筑环境进行全面分析,确保将环境和施工有效结合在一起,提高设计的可实行性。我国的建筑环境差异较大,地质情况各不相同,因此在进行设计的过程中设计人员要对地质状况进行深入研究,确保施工顺利进行。设计人员要首先对地质水位进行勘探,对地质数据、上层结构类型、使用功能、施工条件进行综合考虑。其次要对周围建筑环境安全进行研究,观察建筑物沉降或倾斜状况。最后要对建筑物设置位置及标高进行了解,对建筑施工科学性进行分析,确保施工顺利进行。
(二)结构侧移问题
侧移问题是当前高层建筑设计中的关键影响因素。在高层建筑结构中,水平荷载作用可以导致高层结构向侧面变形,导致建筑结构出现侧移。因此,设计人员要对结构强度进行有效控制,加强对风荷载作用力产生的内力抵抗效果,要对内侧的刚度进行强化,确保在水平荷载下产生的侧移在一定的范围内,降低可能出现的侧移问题,提高高层建筑的使用安全性。设计人员要对高层建筑的侧移进行定时监测,对超出侧移范围的高层建筑及时进行处理,降低可能出现的建筑质量问题和安全问题。
(三)结构延性问题
高层建筑结构具有较好柔和性,在地震作用下可以形成更大的形变。为了提高高层建筑结构的抗震作用,设计人员要对建筑结构塑性形变进行强化,保证高层建筑在进行塑性形变的过程中仍具有较强的抵抗变形能力。要在进行高层建筑结构设计的过程中对高层建筑结构进行合理强度强化,对高层建筑边角、高层建筑底座等部分进行合理处理,保证高层建筑结构具有足够的延性,加强高层建筑的安全性和稳定性。
(四)抗震及连梁问题
在进行抗震设计的过程中,高层建筑一般不采取单纯框架结构体系,常选取框架一剪力墙、剪力墙、筒体结构等完成对自身结构的加固和抗震。这种方法可以有效提高对地震的抵抗效果,加强建筑结构的经济性。除此之外,高层建筑在进行内力和位移计算的过程中还常使用弹性刚度。弹性刚度可以有效对连梁超筋或截面控制超过剪压比的连梁刚度进行控制,提高连梁的效果。在框架-剪力墙结构中,设计人员可以对连梁的刚度进行降低,对刚度系数进行折减。当折减后建筑结构仍不能满足设计的需要和要求,设计人员可以适当对连梁进行内调幅,但是在实际调幅过程中要保证调幅力度低于20%
结语
综上所述,建筑产品的好坏直接的影响着人们的健康与安全。任何的工程与项目想要做好,就应该先认识到自己的不足,然后不断地完善改进优化,最后取得很好的成果,这样我们才会不断的发展。
参考文献:
[1]韩波.高层建筑结构设计与高层建筑结构方案的合理性[J].中华民居(下旬刊),2014,03:41.
[2]李国珍.高层建筑结构设计中抗震概念设计的应用浅析[J].江西建材,2014,02:29.
[3]陈大为.高层建筑剪力墙结构设计要点分析[J].现代装饰(理论),2014,04:179-180.