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    高层建筑结构设计的技术要点分析及控制

        摘 要:随着我国城市建设用地越来越紧张,为了最大限度对空间加以利用,高层建筑得以迅速地发展。于此同时,高层建筑的结构体系也随之而变得越来越复杂,为了获得更大的灵活且自由的空间,并且满足广大用户的不同需求,高层建筑的设计人员就必须及时的制定科学有效的结构设计方案,并尽快地将高层建筑结构设计当中存在的诸多问题加以解决,以促进我国城市的建设和发展。本文主要探讨了高层建筑结构设计的注意事项,并对其要点进行重点分析。
        关键词:高层建筑; 结构设计;
        1 高层建筑结构设计体系需注意的问题
        在高层建筑结构设计中,在设计体系的选择上需要注意以下几个方面的问题:
        1.1 在设计体系中要注意保证建筑结构的规则性
        在高层建筑结构设计中有固定的规范作为依据,随着我国建筑业的快速发展,高层建筑结构设计的规范也在逐渐更新,在现行的新规范中,对于高层建筑结构的规则性做了详细的说明。例如:高层建筑不应采用严重不规则的结构体系。所以,建筑设计师要尽量保证建筑结构的规则性。
        1.2 在设计体系中要注意保证高层建筑的整体高度不能超高
        在高层建筑的设计与建设过程中,并非越高越好,而应该根据抗震要求和实际需要设计高层建筑的整体高度。在目前的高层建筑设计与建设过程中,必须要充分考虑建筑抗震需要,并考虑高层建筑物的稳定性,注意建筑物的高度要与地基和主体设计相配套,切不可盲目的追求建筑物的高度,而忽视了安全性和稳定性。
        1.3 在设计体系中要注意选取合理的位置作为嵌固端
        目前的高层建筑普遍设置了地下室和人民防空设施,对嵌固端的位置选择可以设置在地下室,也可以设置在人民防空设施顶端,在嵌固端的选择中,建筑设计师应该特别注意嵌固端选择带来的安全问题,应该既保证嵌固端刚度要求,又要保证嵌固端上下的抗震性能一致。除此之外,还要对嵌固端的整体结构进行设计计算。
        1.4 在设计体系中要注意根据实际设置短肢剪力墙
        在高层建筑的设计体系中,短肢剪力墙的概念是墙肢截面高厚比为 5~8 的墙称作短肢剪力墙。由于短肢剪力墙的作用比较特殊,在实际的高层建筑设计中应用的比较少,如果设置了短肢剪力墙,容易给后续设计带来麻烦,所以,短肢剪力墙的设置要根据实际进行。
        2 高层建筑结构设计注意事项
        在高层建筑结构设计的过程中,必须要做好结构计算和分析工作,要对结构的合理性和设计强度进行详细的计算,用数据作为设计的重要依据。在高层建筑结构设计所执行的新标准中,对于结构计算和分析做了不同程度的调整,对原有的结构计算和分析进行了有益的补充。因此,我们在高层建筑结构设计中,要合理运用新标准,并在以下几个方面加以注意:
        2.1 要合理选择高层建筑的结构形式
        在选择高层建筑的结构形式的时候,不但要考虑到建筑的美观性,还要考虑到结构形式的选择是否合理,是否符合整体的安全性和稳定性的要求。在选择的过程中,一定要执行高层建筑设计的新标准和新规范,使高层建筑的结构形式符合平面规则。
        2.2 要合理设计高层建筑的总体高度
        在上面的建筑设计体系中我们已经对高层建筑的总体高度做了探讨,在这里我们还要继续明确这一点。高层建筑的总体高度除了要符合使用要求之外,还要符合高层建筑整体的安全性和稳定性的要求,只有满足这两项要求,高层建筑的总体高度才是合理的。
        2.3 要做好高层建筑的地基与基础设计工作
        高层建筑和其他建筑物一样,地基和基础是关键,如果没有坚固的基础,高层建筑将无从谈起。在地基与基础设计的过程中,首先要对地质条件进行充分的了解,其次要根据地质条件选择地基设计方法,最后要将地基与基础设计工作与整体计算结合在一起。
        2.4 要做好结构件之外的普通构件的强度计算工作
        在高层建筑中,除了主要结构件之外,还有一些在外墙及房顶上起到美观作用的普通构件。虽然这些普通构件对整个建筑物不起结构支撑作用,但是由于风阻以及载荷等原因,需要考虑这些普通构件对建筑物的影响,因此需要做好普通构件的强度计算工作。
        3 高层建筑结构设计特点分析
        在高层建筑结构设计中,要想做好设计工作,获得满意的设计方案,就必须对高层建筑结构设计的特点进行分析,把握其设计要点。通过多年的高层建筑结构设计发现,高层建筑结构设计具有以下特点:
        3.1 高层建筑的水平载荷是保证安全性和稳定性的重要因素
        高层建筑的水平载荷是结构设计中必须要考虑的因素,因为高层建筑与普通建筑不同,楼房的自身重量和楼房侧面的载荷在楼房纵向的构件会引起轴力和弯矩的变化,这些数值变化都关系到高层建筑的水平载荷。只有处理好了水平载荷,在能有效保证高层建筑具有较强的稳定性。
        3.2 高层建筑在结构设计中一定要防止出现轴向变形
        在高层建筑结构设计中,除了要保证水平载荷外,还要控制好轴向变形,使轴向变形在可控的范围之内。由于高层建筑的纵向载荷较大,会引起主体立柱的轴向变形,如果轴向变形过大,将导致跨中弯矩与端支座弯矩变大,影响整体的结构的稳定性和安全性,会造成一定程度的侧移动。
        3.3 高层建筑在结构设计中必须要考虑侧移的因素,并加以控制
        除了以上两个特点之外,在高层建筑结构设计中,我们还要避免产生侧移。对于侧移的危害我们都有了解,不但危害高层建筑的寿命,而且极大的危害了高层建筑的安全性和稳定性。所以,我们要充分考虑到高层建筑与普通楼房的差异,在设计中要充分考虑侧移的因素,并加以控制。
        3.4 高层建筑在结构设计中要保证一定的结构延性
        由于高层建筑的高度决定,高层建筑的整体结构要偏柔一些,一旦遇到地震,发生的形变也比较大。为了保证高层建筑在发生变形之后能够及时的恢复原有的形状,避免垮塌,就要在结构设计的时候,充分考虑这一因素,保证高层建筑的结构具有一定的延性,使高层建筑能够在一定的范围进行形变。
        4 如何解决高层建筑结构设计的扭转问题
        建筑的三心通常是指结构重心,刚度中心以及几何形心,因此,在设计高层建筑的结构时,应当特别注意最大限度地将建筑的三心融汇在同一点上,也就是要保证高层建筑的三心合一。高层建筑结构的扭转问题具体指的是在设计高层建筑的结构时,没有切实的保证三心合一,因此,在水平荷载的作用之下,扭转振动效应便产生了。为了有效地防止由于在水平荷载所导致的扭转破坏,因此就必须在建筑结构的设计阶段,来对结构形式与平面布局进行科学及合理地选择,最大限度地保证建筑物的三心合一。
        往往由于受到了水平荷载的不良影响下,建筑物所产生的扭转作用实际的大小是由质量分布所决定的。为了使建筑楼层的水平用力能够均匀地分布于水平面,尽可能地将建筑结构的振动减轻,那么对于建筑的平面来讲,就应当采用正多边形、矩形、方形、或者圆形等较为简单的平面形式。由于建筑场地受到一定的限制以及城市规划对建筑街景的要求,这就使得高层建筑无法全面的采取简单的平面形式,如果需要采取一些不规则而又非常复杂的平面形式,比如十字形、L形、T形,那么就必须尽可能地把突出部分的厚度和凸出部分的宽度的比值控制在允许的标准范围之内。与此同时,在布置平面结构的时候,还应当确保结构的对称。
        5 结语
        高层建筑的结构设计是一项全面及系统性的工作,需要设计人员具备严谨认真的工作态度、灵活的创新思维,而且还需要具备扎实且丰富的理论知识,高层建筑的设计人员应当针对高层建筑结构设计当中应当重点强调的问题,深刻的理解各项设计规程及规范的具体含义,同时积极的与其他专业相配合,善于总结及反思设计工作当中的教训与经验,切实的避免安全隐患的存在。


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