对高层建筑结构设计中存在问题的分析
高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策

高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策【摘要】高层建筑在抗震设计中存在诸多问题,如设计标准滞后、结构设计不合理、施工工艺不当、监理不严格等。
为提高抗震性能,需加强设计标准修订、优化结构设计、控制施工质量、严格监理、协调抗震与节能设计。
通过这些对策,能有效提升高层建筑的抗震能力,确保建筑安全稳定。
【关键词】高层建筑、结构、抗震设计、设计标准、抗震性能、施工工艺、材料选择、监理、质量控制、节能设计、对策、修订、更新、优化、施工质量、监理力度、协调、双赢。
1. 引言1.1 高层建筑结构抗震设计存在的问题及解决对策高层建筑作为城市的地标性建筑,其结构抗震设计至关重要。
在实际工程实践中,高层建筑结构抗震设计存在着诸多问题,需要采取相应的对策进行解决。
设计标准滞后,无法满足实际需求。
当前的抗震设计标准与高层建筑结构的复杂性和变化性不相适应,需要加强标准的修订和更新。
结构设计不合理,抗震性能不足。
一些高层建筑的结构设计存在缺陷,导致其在地震等自然灾害中易受损,需要优化结构设计,提高抗震性能。
施工工艺和材料选择不当也会影响结构抗震性能。
在施工过程中,需严格控制施工工艺和材料质量,确保符合抗震要求。
监理不到位、质量控制不严格也是问题之一,需要加强监理力度,确保施工质量。
抗震设计与节能设计之间存在矛盾,需要协调抗震设计与节能设计,实现双赢。
为了提高高层建筑结构的抗震性能,需要全面思考这些问题,并采取相应的对策,以确保高层建筑结构在面对各种自然灾害时能够安全稳固地屹立不倒。
2. 正文2.1 问题一:设计标准滞后,无法满足实际需求设计标准滞后是高层建筑结构抗震设计面临的主要问题之一。
由于抗震设计标准的滞后,很多高层建筑的结构设计并不能满足当前社会的实际需求,造成了抗震性能不足的情况。
设计标准的滞后意味着设计中所采用的抗震参数和计算方法可能已经过时,无法充分考虑到地震对建筑结构的影响。
随着地震工程领域的不断发展和新技术的涌现,原有的设计标准已经难以满足当前的抗震需求。
高层住宅建筑结构设计的问题及解决办法

高层住宅建筑结构设计的问题及解决办法1. 建筑设计不合理:可能存在结构分布不均匀、楼板大小不一致等问题,导致整体结构不稳定。
解决办法是通过合理的结构设计,确保结构的均匀性和稳定性,比如采用对称结构和等跨结构等。
2. 抗震设计不完善:高层住宅建筑在地震等自然灾害面前容易受到严重破坏。
解决办法是加强抗震设计,采用抗震墙、剪力墙等结构措施,增加结构的抗震能力。
3. 竖向承载能力不足:高层住宅建筑存在较大的自重荷载和使用荷载,需要具备足够的承载能力。
解决办法是合理设置柱网和采用高强度的材料,确保结构的承载能力,并进行承载能力计算和验证。
4. 梁柱布局不合理:梁柱布局对结构的稳定性和承载能力有重要影响。
解决办法是根据实际情况设计合理的梁柱布局,避免悬挑、短柱等设计缺陷。
5. 高层结构的温度变化影响:高层住宅建筑由于高度较大,会受到温度变化的影响,导致结构产生应力、变形等问题。
解决办法是通过合理的温度控制措施,如设置伸缩缝、使用隔热材料等,减小温度变化对结构的影响。
6. 施工技术问题:高层住宅建筑的施工存在一定的困难性,施工技术要求较高。
解决办法是采用先进的施工技术和设备,进行施工质量的控制和监督,确保结构的稳定和安全。
7. 管道布置和预留不合理:高层住宅建筑的水、电、气等管道布置不合理或者预留不当,会影响结构的稳定性和实用性。
解决办法是在设计阶段充分考虑管道布置和预留要求,合理安排管道的走向和通道的位置,确保结构和管道的协调。
在解决这些问题时,需要工程师和设计师充分考虑建筑的结构特点、使用功能和环境条件,并依据相关的建筑设计规范和技术标准确定解决方案,以确保高层住宅建筑的结构安全和稳定性。
高层建筑结构优化设计中的问题与对策分析

高层建筑结构优化设计中的问题与对策分析摘要:建筑结构优化设计与建筑工程的施工进度、工程质量都密切相关,尤其在高层建筑的结构优化设计中,由于高层建筑结构非常复杂,工作量非常大,在具体结构优化设计中经常会出现各种问题,严重影响了高层建筑的质量和安全。
因此,必须针对高层建筑结构优化设计中问题,提出和实施有效的解决对策,不断提高高层建筑结构设计质量,为高质量高标准的高层建筑奠定良好基础。
关键词:高层建筑;结构优化;问题;对策1高层建筑结构设计工作中的问题1.1概念性设计工作认识不充分一些设计人员在设计高层建筑结构的时候,未能充分地认识一些概念性工作,一些设计人员在计算出建筑范围内最后结构就开始构思草图,这种的思想理念尚未和实际的流程相一致。
通常来说,真正标准的图纸需要专业设计人员反复前往基地观察、测量、计算和修订之后才绘制的,可是我们国家有些建筑行业在设计过程中没有重视概念性设计工作,有的设计人员不具备较高的专业能力,而是使用计算机来进行绘制和设计,计算机的设计往往和实际存在差距,这样就容易影响高层建筑结构优化设计工作的有效开展。
1.2图纸的信息表达不清晰资料图纸的信息不清晰主要体现在这些方面,首先,图纸资料的细节上存在问题,有关的信息说明不够准确和具体,具有含糊其词的特点,这将会给施工工作产生不利影响。
比方说,测量部门不是统一的,数值的计算大大超过实际结果。
第二,图纸信息和实际的结构情况不一样,因为设计人员自身的问题,图纸中的信息在设计的时候没有将重要信息表达出来,或者是表达的信息不清晰和准确[1]。
我们知道不精准的图纸信息将会影响施工工作的顺利开展,还会加剧建设的经费,从而出现一些安全问题,并产生不可预计的后果。
1.3基础设计不够科学和合理基础设计作为高层建筑结构设计中的重要环节,它关系到建筑物的整体质量还和高层建筑物的使用性能有着密切关联。
因此设计人员在开展基础设计工作的时候务必选用科学合理的模型。
高层结构设计中存在的问题及设计方法

高层结构设计中存在的问题及设计方法高层结构设计在建筑工程中起着至关重要的作用,它不仅承载着建筑物的重量,还要考虑到风荷载、地震作用等外部力的影响。
在高层结构设计过程中,常常会出现一些问题,例如结构稳定性、梁柱连接、横纵向约束等方面的设计不足,导致结构安全隐患的存在。
本文将就高层结构设计中存在的问题及设计方法进行探讨。
1. 结构稳定性不足高层建筑结构的稳定性是设计的重中之重,但是很多设计中存在着不足之处。
一些设计在结构稳定性方面未考虑周全,导致在自重、风荷载或地震等外部力作用下,结构容易发生倾斜、位移等问题,从而造成安全隐患。
2. 梁柱连接设计不合理梁柱连接设计不合理会导致整体结构的稳定性受到影响,甚至可能发生结构破坏。
在高层结构设计中,梁柱连接的设计需要考虑到承载能力、适应性等因素,因此设计不合理将会对结构的安全性产生负面影响。
3. 横纵向约束设计不足高层建筑结构的横纵向约束是确保结构整体稳定的重要因素,但在设计中常常存在疏漏。
横纵向约束设计不足将导致结构承受外部力作用时产生严重的变形和位移,进而威胁到结构的安全性。
二、高层结构设计方法在高层结构设计过程中,需要对结构的整体稳定性进行充分的分析。
这包括对结构的受力情况、承载能力、变形情况等进行详尽的计算和分析,从而确保结构在受到外部力作用时能够保持稳定。
在高层结构设计中,需要对梁柱连接进行合理的设计优化。
这包括选择合适的连接形式、材料和工艺,确保连接的承载能力和适应性达到设计要求,从而有效地提高结构的安全性和稳定性。
为了确保高层结构的整体稳定,需要加强横纵向约束的设计。
这包括增加结构的横向约束形式、增加约束构件的数量和强度等措施,从而有效地减少结构的变形和位移,确保结构整体的稳定性。
4. 应用新型结构材料在高层结构设计中,可以考虑采用一些新型的结构材料,如钢筋混凝土、钢结构、复合材料等。
这些新型材料具有较高的抗压、抗拉、抗弯等性能,能够有效提高结构的承载能力和稳定性,从而提高结构的安全性。
浅析高层建筑结构设计中存在的问题

范的推 出对结构整体计算和 分析部 分相 当多的 内容进行 了调 整和 改进, 因 此, 结构工程师也应该相 当地对这一 阶段 比较 常见的 问题有一个清 晰的认
识。
对 于 低 层 、 层 和 高 层 建 筑 , 向和 水 平 向 结 构 体 系 的设 计 基 本 原 理 多 竖
()结构 整体计 算的软件选择 。目前 比较通 用的计算软件有 :A W 、 1 S T E TTTS A 、 BA或 E A ¥ S P等 , 是, T B 、A 但 由于各软件在 采用的计算模型 上存在着
如, 在所有条件相 同时 , 在风荷载作用下 , 建筑物基底 的倾覆 力矩近似 与建 筑物 高度 的平方成正 比,而其顶部的侧 向位移 与高度 的四次方成正 比, 地 震 的作用效应更加 明显 。 在高层建筑中, 问题 不仅仅 是抗剪 , 而更重要的是 整 体抗弯和抵抗 变形, 可见 , 高层建筑的结构 受力性能与低层建 筑有很大
设计过程 中各人的理解不同可能对整个设计带来相当大的区别。还有 部分 是属于概 念设计 的范畴 , 尤其值得我们一起探讨 。
将结构作 为一个整体并按多塔类型进行计算 , 是将结构人 为地 分开进行 还 计算 , 是结构工程师必须注意的问题。如果 多塔 间刚度相差较大, 就有可能
出现 即 使 振 型 参 与 系 数 满 足 要 求 , 是 对 某一 座 塔 楼 的 地震 力 计 算 误 差 仍 但
的 竖 向稳 定 和 水 平 方 向 的 稳 定 都 是 非 常 重 要 的 , 由于 建 筑 物 是 由 一些 大而
重 的构件所组 成 , 因此结构 必须能将 它本身的重量传 至地 面, 结构 的荷载 总是 向下作用于地面自 而建筑设计的一个基本要求就是要搞 清楚 所选择
高层建筑结构设计难点分析

高层建筑结构设计难点分析高层建筑作为城市的地标和象征,其结构设计一直是建筑领域的一个重要课题。
随着城市化进程的不断加快,高层建筑的数量和高度也在不断增加,因此高层建筑结构设计的难点也逐渐凸显出来。
本文将对高层建筑结构设计的难点进行分析,并探讨如何克服这些难点。
一、受力分析复杂高层建筑由于其高度较大,受力分析通常会比较复杂。
在高层建筑的结构设计中,受力分析是基础和关键,只有深入研究高层建筑所承受的荷载和受力状况,才能有效地解决高层建筑结构设计中的难题。
在受力分析方面,高层建筑在不同楼层和不同构件上所受的荷载和力的分布都会有所不同,需要对整个建筑结构进行全方位的受力分析,确保每一个构件都能满足受力要求。
高层建筑的结构设计还需要考虑各种不同作用下的受力情况,包括静载荷、动载荷、风荷载等,这些都增加了受力分析的复杂性。
针对受力分析复杂的难点,结构设计师需要运用先进的受力分析方法和工具,如有限元分析、结构动力学分析等,对高层建筑的受力状况进行准确的模拟和计算,为结构设计提供科学的依据。
二、抗震设计要求高高层建筑所处的地理位置和环境不同,其抗震设计要求也会有所不同。
一般来说,地震是高层建筑面临的最大威胁之一,因此抗震设计是高层建筑结构设计中的一个重要难点。
高层建筑的抗震设计要求通常比较严格,需要考虑地震波的作用、建筑结构的受力状态、结构的位移要求等多个方面。
抗震设计需要考虑建筑结构在地震作用下的变形和破坏情况,要求建筑结构在地震发生时能够安全稳定地承受地震力的作用,减小地震对建筑结构的影响。
对于高层建筑抗震设计的难点,结构设计师需要根据建筑所处地区的地震烈度和其他地质条件,结合抗震设计规范,进行合理的抗震设计方案设计和结构计算。
还需要采用高性能材料和先进技术,提高建筑结构的抗震能力,确保建筑在地震发生时能够安全稳定地运行。
三、构造系统选择和优化高层建筑的构造系统选择和优化也是结构设计的难点之一。
构造系统的选择直接影响到建筑的结构性能和经济性,因此需要根据建筑的形式、功能和受力特点,合理选择和优化构造系统。
高层建筑结构设计存在问题及对策分析
2 . 2 制 定合 理科 学抗 震结构 设 计方案
对 于 高 层建 筑 抗震 结 构 的设 计 , 如 今 仍存 在 较 多 的 问题 以 及难点 , 笔 者 经走 访 相关 建 筑 工地 以及 企业 发 现 , 要最 大 程度 上 做好 高 层建 筑抗震 结构 的设 计 , 需要做 到 以下 几 点。 1 )为 了提 高 结构 的连 续性 以及 稳定 性 , 在 设计 中应 该合 理 布 置 抗 测 力 构件 。在 设 计时 , 通过 改变 抗 侧 力 构 件 的位置 , 形
问题 , 并对 此提 出几点 建议 。
关键 词 高层建 筑 ; 结 构设 计 ;问题 对策 中 图分 类号 : T U 2 0 8 文献 标识码 : h 随着 城 市 化 进 程 的加 快 , 大 量农 村 人 口涌 向城 市 , 城 市 用
地 曰益紧 张 。为 了缓 解这 一 问题 , 高层 建筑 应运 而 生 。其 具 有 减 少 市政 投 资 、会 给 企业 带来 显著 的 社会 效 益与 经 济 效 益 、加 快 城 市化 建 设 的进 程 等 特 点 。其 存在 不仅 可 以节 约城 市用 地 ,
一
2 高层制 定 合理科 学抗 风结构 设 计方案
要 保 证高层 建筑 结构 具有 良好 的抗风 性 。 1 )要 确 保建 筑结 构基 础 的稳 固 , 可 在基 础 设计 时采 用高 级 砂石 , 在 基础 持力层 设计 时加 设抗 拔锚 杆 。 2 )增 加 高层 建筑 内部 耗 能结构 的 设计 , 如 利用 耗能 构件 对 剪 力 墙 、 楼板 等 非承 重 构件 进 行耗 能 设 计 ,以减 少风 能对 建 筑
1高层建筑结构设计需要攻克的技术要点
高层 建 筑 结 构 设计 需要 攻 克 的技 术 要 点 与难 点 有很 多 , 包 括: 如 何 合理 计 算 高层 建筑 体 型 的 高 宽 比例 ; 如 何尽 量 保 持 建
高层建筑结构设计中常见问题分析
高层建筑结构设计中常见问题分析摘要;城市高层建筑不断增加,其结构的变化也越来越复杂,本文就结构设计中常见的问题进行分析,以供同行参考。
关键词;建筑结构设计方案选型基础承重梁柱中图分类号:tu3文献标识码: a 文章编号:随着高层建筑的结构体系的形式多样化,设计部门所面临压力和挑战也越来越大。
结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。
本文从事多年结构设计工作,发现在建筑结构设计过程中,会出现一些常见问题,影响了日后的施工和使用,为了避免结构设计过程中的错误,现将这些常常出现的问题分析总结如下:1. 结构选型对于高层结构选型问题,结构设计师应该注意以下几点:1.1 设计者要注意结构的规则性问题新规范在这方面的规定较之旧规范增加了许多的限制条件,新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。
”因而设计中的选型问题,一定要遵循新规范的上述规定。
避免后期施工图设计阶段的变更。
1.2 结构设计的超高问题结构的超高问题,是建筑设计的敏感问题。
在抗震规范与高规中,严格限制了建筑结构的总高度,在规范中把建筑高度划定为a、b 两级,因此,设计中应该严格控制结构的高度,如果结构为b 级高度建筑甚或超过了b 级高度,对于设计方案的影响是很大的。
如果考虑不到,在实际工程设计中会出现施工图审查时的麻烦,导致不通过设计方案的后果,影响工程工期、造价等。
1.3 嵌固端的设置问题现代都市的高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防工程,在这种情况下,嵌固端的设计有两种选择,一种是设置在地下室顶板,一种是设置在人防顶板,有一部分设计师往往忽视了由嵌固端的设置而发生的变化,如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题,任何一个因素考虑不周,都会给后期工作带来麻烦,甚至是质量事故。
1.4 短肢剪力墙的设置问题规范对墙肢截面高厚比为5-8 的墙定义为短肢剪力墙,根据以往的实际情况,规范重新更正了对短肢剪力墙在高层建筑中的应用,所以结构工程师在结构设计中应尽可能少采用或不用短肢剪力墙,避免不必要的麻烦。
高层住宅建筑技术难点分析
高层住宅建筑技术难点分析随着城市化进程的加速,高层住宅建筑在城市中越来越常见。
高层住宅建筑不仅能够有效地利用土地资源,还能提供更多的居住空间,满足人们的居住需求。
然而,高层住宅建筑的建设并非易事,其中涉及到诸多技术难点。
一、基础工程高层住宅建筑由于其高度和重量较大,对基础的承载能力和稳定性要求极高。
首先,在地质勘察方面,需要详细了解地下土层的分布、性质和承载力等情况,以确定合适的基础形式,如桩基础、筏板基础等。
地质条件的复杂性可能导致勘察结果不准确,从而影响基础设计的合理性。
其次,在基础施工过程中,桩基础的施工质量控制是一个关键问题。
灌注桩的成孔质量、钢筋笼的制作与安装、混凝土的灌注等环节都需要严格把控,任何一个环节出现问题都可能导致桩身质量缺陷,影响基础的承载能力。
另外,基础的防水处理也是不容忽视的。
地下水位的变化、地下水的腐蚀性等因素都会对基础的防水性能提出挑战。
如果防水处理不当,地下水可能渗入地下室,影响建筑物的使用功能和结构安全。
二、结构设计高层住宅建筑的结构设计需要考虑多种因素,如风荷载、地震作用、温度变化等。
在风荷载作用下,建筑物的表面会受到较大的压力和吸力,需要通过合理的结构外形和加强措施来保证结构的稳定性。
地震作用是高层住宅建筑结构设计中的重要控制因素,需要根据建筑物所在地区的抗震设防烈度进行抗震计算和设计,确保结构在地震作用下具有足够的承载能力和变形能力。
结构体系的选择也是结构设计中的关键问题。
常见的高层住宅建筑结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等。
不同的结构体系在受力性能、经济性和施工难度等方面存在差异,需要根据具体情况进行综合考虑。
在结构设计中,还需要考虑混凝土的收缩和徐变、钢材的疲劳等因素对结构性能的影响。
同时,为了保证建筑物的使用功能和美观要求,结构构件的尺寸和布置需要与建筑设计相协调。
三、施工技术1、垂直运输高层住宅建筑施工中,垂直运输是一个重要的问题。
由于建筑物高度较高,需要使用塔吊、施工电梯等设备进行材料、人员的运输。
高层建筑结构设计的问题及方法分析
高层建筑结构设计的问题及方法分析在现代城市建设中,高层建筑的建设已经成为一个不可或缺的部分。
然而,由于高层建筑的高度和复杂性,其结构设计存在着很多问题。
本文将对这些问题及其解决方法进行分析。
问题一:地震和风的影响。
高层建筑所处的地理环境对其结构设计产生了深远的影响。
地震和风是两个最主要的因素。
地震时,建筑物所遭受的地震力和地震波的影响对其结构设计提出了更高的要求。
设计者必须根据该地区的地震参数进行考虑和计算,并对振动、位移和基础进行加固,以确保建筑物的稳定性和安全性。
在风影响下,设计者应准确预测建筑物的抗风性能,计算风荷载和排风风口的数量、位置和大小。
问题二:重量和压力的考虑。
由于高层建筑的高度和质量,设计者必须重视建筑物的自重。
过度的自重将会导致建筑物的结构失衡和崩塌。
另外,由于建筑物上部的质量和压力,也会给基础设计带来极大的挑战。
设计者必须正确估算和确定建筑物质量和压力的大小和分布,并采取科学的结构设计和加强措施,以确保基础的稳定性和安全性。
问题三:创新设计与经济实现之间的平衡。
高层建筑的设计越来越需要创新和个性化,但是,与此同时,高层建筑的建设成本也越来越高。
设计者必须找到一种平衡方法,既可以实现创新的设计,又能保证设计的经济性和可行性。
解决方案:首先,对于地震和风的影响,设计者需要使用相关的软件和计算方法来考虑这些因素,并给出高层建筑的抗震和抗风性。
其次,为了解决重量和压力的问题,建筑物的设计应该遵循所处的环境和地理条件,并通过对建筑物结构的分析和计算,确保重量和压力的均衡分布。
最后,创新设计和经济实现的平衡需要设计者从需求和成本两个方面进行考虑,充分研究和利用新型材料和技术,以降低成本。
总之,高层建筑的结构设计需要设计者对建筑物的质量、稳定性和创新性有深入的理解和把握,充分考虑地震和风的影响,并采取科学的结构设计和加固措施,平衡创新性和经济实现。
只有在这些问题的综合考虑下,高层建筑的结构才能够真正符合安全、可信、高效等标准,展现出其灵动的魅力。
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对高层建筑结构设计中存在问题的分析摘要:随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化,城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要,促使高层建筑得以快速发展。
另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展,抗风和抗震理论的不断完善,加之新的施工技术和设备的不断涌现,特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高,为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。
本文对高层建筑结构设计中值得重视的几个问题进行了探讨,仅供参考。
关键词:高层建筑;结构设计;问题分析1.结构计算与分析在结构计算与分析阶段,如何准确,高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理,是决定工程设计质量好坏的关键。
由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进,因此,结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。
(1)结构整体计算的软件选择。
目前比较通用的计算软件有:satwe、tat、tbsa或etabs、sap等,但是,由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异,因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。
(2)是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。
该部分内容实际上在新老规范中都有提及,只是,在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下建筑结构计算自振周期折减系数。
(3)振型数目是否足够。
在新规范中增加一个振型参与系数的概念处理措施进行设计。
并明确提出了该参数的限值。
由于在旧规范设计中,并未提出振型参与系数的概念,或即使有该概念,该参数的限值也未必一定符合新规范的要求,因此,在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。
(4)多塔之间各地震周期的互相干扰,是否需要分开计算。
一段时间以来,大底盘,多塔楼的建筑类型大量涌现,而在计算分析该类型建筑时,是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算,还是将结构人为地分开进行计算,是结构工程师必须注意的问题。
如果多塔间刚度相差较大,就有可能出现即使振型参与系数满足要求,但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大,从而便结构出现不安全的隐患。
(5)非结构构件的计算与设计。
在建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。
对这部分内容,尤其是建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于建筑的地震作用和风荷载均较大,因此,必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。
2.高层建筑结构受力性能对于低层、多层和高层建筑,竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的,但是,随着高度的不断增加,竖向结构体系成为设计的控制因素,其原因有两个:其一,较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒;其二,侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。
与竖向荷载相比,侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的,而随建筑高度的增高迅速增大。
例如,在所有条件相同时,在风荷载作用下,建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比,而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比,地震的作用效应更加明显。
在高层建筑中,问题不仅仅是抗剪,而更重要的是整体抗弯和抵抗变形,可见,高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。
3.高层建筑结构设计中的扭转问题建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心,在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点,即三心合一。
结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一,在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。
为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏,应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局,尽可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷载作用下,高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。
为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。
在某些情况下,由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制,高层建筑不可能全部采用简单平面形式,当需要采用不规则l 形、t形、十字形等比较复杂的平面形式时,应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内,同时,在结构平面布置时,应尽可能使结构处于对称状态。
建筑结构的振动周期问题包含两方面:(1)合理控制结构的自振周期;(2)控制结构的自振周期使其尽可能错开场地的特征周期。
3.1 结构自振周期高层建筑的自振周期(t1)宜在下列范围内:框架结构:t1=(0.1~0.15)n框—剪、框筒结构:t1=(0.08~0.12)n剪力墙、筒中筒结构:t1=(0.04~0.10)nn为结构层数。
结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内:第二周期:t2=(13~1/5)t1;第三周期:t3=(1/5~1/7)t1。
3.2 共振问题当建筑场地发生地震时,如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近,建筑物和场地就会发生共振。
因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期,通过调整结构的层数,选择合适的结构类别和结构体系,扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别,避免共振的发生。
3.3 水平位移特征水平位移满足高层规程的要求,并不能说明该结构是合理的设计。
同时还需要考虑周期及地震力的大小等综合因素。
因为结构抗震设计时,地震力的大小与结构刚度直接相关,当结构刚度小,结构并不合理时,由于地震力小则结构位移也小,位移在规范允许范围内,此时并不能认为该结构合理。
因为结构周期长、地震力小并不安全;其次,位移曲线应连续变化,除沿竖向发生刚度突变外,不应有明显的拐点或折点。
一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型;框架结构的位移曲线应为剪切型;框—剪结构和框—筒结构的位移曲线应为弯剪型。
4.结构刚度高层建筑的抗侧刚度对结构的抗震性能有很大的影响,应设计得刚些还是柔些,不同的设计人员有不同的看法,因此各结构物的经济指标相差较大。
某商业中心大厦25层,建筑面积约6万平方米,钢筋混凝土框架一筒体加水平刚性层结构,设计时以位移限值作为控制,计算的结构顶点位移和最大层间位移值分别为346mm(h/493)和7.75mm(h/393),满足当时的国家规范且富余很少,基本周期tl=4.355,整个结构比较柔,地震作用也较小,底部剪力fek、0.013ge。
该大厦的各项经济指标均低于同类工程,钢筋用量约为95kg/m3。
为保证结构有较好的抗震性能,在构造上采取了一些加强措施以保证构件的延性。
经过几年的强台风和小地震考验,结构安全完好,证明建在较硬场地上的高层建筑可以按变形控制设计,以柔克刚,既安全又经济。
5.高宽比限值一般而言,随着建筑物高度的增加,倾覆力矩也将迅速增大,高宽比大的结构其安全性和经济性较差,所以高宽比限值原则上是需要的。
但目前高宽比限值中考虑的因素过于简单。
首先,结构的杭倾覆性与基砒埋深、基础宽度及基础形式等有很大的关系。
基础埋得越深、基础宽度越大、结构杭倾覆能力就越好,高宽比就可以越大一些;有桩基础的结构上抗倾覆能力比天然地基的抗倾覆能力好,所以高宽比也可以大些。
其次,上部结构的刚度分布不同,结构的整体性也不同,若上部结构通过合理的结构设计能保证结构具有足够的刚度,以使结构在地震作用下和风振下都不会有过大的动力反应,高宽比也可以大些。
比高层建筑更细柔的高耸结构设计时并不用h/b来控制,而是通过计算确定附加弯矩等不利因素从而采取相应的措施,安全性同样能得到保证。
因此,当有设计经验时,可以通过合理的基础和上部结构设计来考虑结构整体性和抗倾覆性的要求,突破高宽比的限值。
6.转换层上下层的刚度比底层大空间剪力墙结构(框支结构)为使刚度不致突变,规范要求转换层上、下层的刚度比尽量接近1,抗震设计时小于2,即:gi+1ai+1hiγ= ·≤2(1)giai hi+1设计中,为满足此要求,增加转换层以下层的剪力墙数量(面积)是最有效和最合理的,但这往往受到限制,而提高混凝土等级所产生的效果比较有限。
设计中可以通过减小转换层以上层的剪力墙数量(面积)来达到减小γ的目的,可将塔楼较长肢的剪力墙用轻质墙隔为短肢墙,即上部为短肢墙结构,这样既能有效地减小t,又能减轻自重及地震作用,达到经济目的,我们在许多工程设计中采用了此方法,效果良好。
另外,有时剪力墙在地面处需要转换(地下室停车需要大空间等),而地下室层高受到限制不允许有较高的框支梁,此时可以将一层的剪力墙当作框支梁看待。
因为框支梁与剪力墙都为钢筋混凝土现浇结构,人为的定义只是为了分析传力而己,实际上框支梁与剪力墙是共同受力的。
如果将一层的剪力墙适当加厚,参照框支梁的配筋构造要求进行布置钢筋,此时就可以不再需要另外设置框支梁了,这在实际工程设计中能较好地满足使用要求。
顺便指出,目前确定转换层上、下刚度比的公式也值得商榷。
首先,上、下层的刚度比用式(1)来控制似有不妥,公式中没有考虑竖向构件的布置问题,布置在中间的剪力墙和布置在外围的剪力墙对层刚度的贡献是不同的,抗侧刚度中弯曲刚度的作用有时是很大的,不应忽略。
7侧向位移的限值高层建筑结构的水平位移随着高度增长而迅速变大,为防止位移过大,规范对顶点位移和层间位移都作了一定的限制。
控制顶点位移u/h的主要目的是保证居住、工作的人有舒适感和防止房屋在罕遇地震时倒塌,但人的舒适感主要与结构的自振周期和顶点的加速度有关,而与顶点位移的大小基本上没有什么直接关系,所以用控制u/h来保证人的舒适度是不合理的。
另外,u/h 较大的结构只是可能会倒塌,而结构遭遇到强烈地震时能保证不倒塌的关键,是结构构件、体系应具有足够的变形能力和耗能能力,如采用一些减振、隔振装置,关键部位用钢骨混凝土等。
控制房屋在罕遇地震时倒塌与否的条件是结构极限变形能力而不是u/h限值。
控制层间位移u/h的主要目的是防止填充墙、装饰物等非结构构件的开裂和损坏,但目前的限值中没有明确u的定义,楼层形心处的水平位移值和角点处的水平位移值有时会相差很大,上下两层的水平位移差与层转角的含义又不同,下层转动引起的上层刚性位移对构件内力并不产生内力,弯曲产生的变形和剪切产生的变形对构件内力的影响也是不一样的。
因此,虽然u/h有限值要求,但不同的算法所得的数值有时会相差几倍,所以u/h实际上失去了指导设计的意义。
另外,衡量填充墙、装饰物等非结构构件的开裂和损坏与否,用△u/h来控制也不是最妥当,如非结构构件与主体结构之间是刚性连接,则应主要看其主拉应力是否超出材料的开裂强度和破坏强度;若非结构构件与主体结构之间是柔性相连且连接材料具有较好的变形能力,则u/h超出限值也并不会破坏。
8、结束语目前新高规和新抗震规范的改进。
对高层建筑结构设计的要求不断地完善,作为工程设计人员必须充分地理解新规范软件的编制原理,密切结合新规范和工程实际情况,不断地提高工程设计水平。