高层建筑结构设计研究

高层建筑结构设计研究（通用12篇）

高层建筑结构设计研究 篇1

我国东南沿海以及四川盆地和青藏高原正是处于地壳运动比较强烈的地区, 这些地区发生地震的概率也是很大的, 汶川地震就是其中一个比较典型的例子。自此以后, 我国对于建筑物抗震结构设计的需求急剧增加, 尤其是高层建筑的抗震结构。该文对高层建筑抗震结构设计做出了研究, 希望能够给参与高层建筑结构设计的工作人员提供理论支持。

1 建筑物抗震结构简介

结构设计是指建筑设计师经过特定的手段或者方式将建筑师想要表达的语言以建筑的形式表达出来。在这个设计过程当中可能会涉及到建筑设计师没有的知识, 比如:结构师可以将自己所要表达的意思和语言通过设计图纸结构的形式表达出来。因此, 完成一个项目的建筑设计, 不仅仅需要建筑师来完成, 还需要与建筑相关的其它专业的专业人士来辅助建筑师完成。建筑设计师或者其它相关专业人士通过在建筑设计原有基础上增加部件或者器械以增加建筑物整体的抗震能力, 这就是建筑物抗震结构设计。

2 荷载与应力分析

2.1 荷载以及建筑物外力种类

建筑物的荷载和外力主要是指建筑物已经完成以后, 能够使建筑物的结构或者部分发生形变的影响因素。建筑物的荷载和外力主要分为建筑物横向受力以及横向荷载, 建筑物纵向外力和纵向荷载等。这两种类型是建筑物自身所产生的一种内力, 除此之外, 建筑物还会受到外力的影响。按照受力时间的长短可以分为长期作用在建筑物上的力和临时作用在建筑物上的力两种。不管是建筑物自身的内力还是建筑物所受的外力都应该在建筑物设计的标准范围内, 否则, 建筑物就会因为长期承受超负荷的力而发生形变甚至倒塌, 对使用者造成巨大的伤害和经济损失。

2.2 荷载和结构因素

在建筑物设计当中, 为了能够有效的降低建筑物遭遇地震以后所受到的伤害, 常会在建筑物当中用到一种结构———刚接。刚接存在于钢结构的连接点处, 在钢结构发生形变时, 由于刚接的存在, 能够将这种形变的量控制在建筑物能够承受的范围内。由于刚接结构是作用在竖向承载钢结构之上, 所以能够有效的降低钢结构在纵向结构上的材料重量, 降低了建设成本和设计难度。

2.3 连接点的种类

对于高层建筑而言, 每一个部件的支点或者节点都是整个建筑重要的组件之一, 能够将建筑物矗立于建筑地基之上的点叫做建筑物的支点, 而在一个横向结构中出现两个以上的支点, 那这个由两个支点组成的结构就是建筑物的节点。当建筑物在受到较大的外力作用时, 建筑物的节点能够有效的缓冲这种外力的能量, 这种由支点产生用来对抗外力的力能够和外力保持一致, 使整个建筑物处于相对静止状态。

2.4 应力与变形

由于建筑物在建成以后受到的力有很多, 较强的外力作用于建筑物之上的情况也常有发生。所以, 将这些力划分为:当外力作用于建筑物整体轴向上时, 轴材所产生的对抗力的应力称为轴方向力;建筑物在受到外力影响, 基于建筑物某个点上的拉扯力被称为建筑物的拉力;由于建筑物发生的形变或者扭曲, 而使建筑物某些部位发生挤压而产生的力被称为建筑物内部压力;由于建筑物的某一个应力点长期处于同一作用力之下, 建筑物可能会发生的扭曲称为屈曲等。

3 基础结构的抗震作用

基础是加载在地基之上, 以地基为基础, 用来承受整个建筑物的一种抗震结构。基础结构是针对于整个建筑物而言的, 在建筑物的地基上加建基础结构能够有效的防止建筑物在遭遇地震后产生的位移和塌陷等现象。为此, 基础必须是在有足够承载能力的地基之上建设, 除此之外, 基础结构被建设在地基的那个层面内, 就是最主要也是最难的问题了。由于建筑物的高度决定了整个建筑物的质量和若是发生位移以后的位移量, 基础结构的抗震效果主要体现在当建筑物遭遇地震时, 建筑物塌陷能够均匀下沉而不是局部塌陷, 有效的防止了建筑物由于局部塌陷而导致的楼体坍塌等问题。

4 高层建筑抗震设计

依靠目前的科技水平, 人类还无法预测地震的发生时间和强度, 所以亦无法对地震灾害做出有效的防范措施。我们只能依靠增加建筑物的抗震能力最大限度的降低地震灾害发生时所造成的损失。地震灾害对建筑物造成的伤害程度随着地震的强度、建筑物地基的坚实程度而变化, 要做到降低建筑物受到地震后的损坏, 只能在建筑过程或者建筑设计阶段增加建筑物的抗震能力。而建筑物受到地震伤害的程度也会随着楼层的增加而增强。建筑物抗震设计最主要的方向就是将建筑物经过改造以后能够对地震作用于建筑物的力产生与之对抗的力。两种力相互抵消, 才能够达到这个目标。建筑物在受到地震灾害的影响时, 需要将建筑物看做是一个整体来分析建筑受到地震以后建筑物对于地震产生力的承受分配。

5 隔震结构的设计

以往的高层建筑抗震能力较差, 在遭遇地震灾害以后, 整个建筑物的主要受力结构会受到损伤, 从而影响建筑物的功能使用。现代的高层建筑物为了能够有效的降低建筑物主要受力结构的损伤, 保证建筑物的功能正常, 会在建筑设计阶段给建筑物设计一种有效的抗震结构, 即隔震结构。这种结构之所以被称之为隔震结构, 主要是由于它能够使建筑物在遭遇地震灾害时地震作用在建筑物上的力最大程度的隔离在建筑物以外, 使建筑物承受的只是地震产生力的一小部分, 极大的降低高层建筑在地震中受到的损伤。同时, 在下层楼层中加入这种隔震结构, 能够有效的阻止地震能量向建筑物高层传递, 在一定程度上能够对高层建筑起到较大的保护作用。

5.1 隔震结构在地基中的设计

地基作为承受整个建筑物的载体, 在地基当中使用隔震结构能够使建筑物在发生地震时, 将地震所产生的能量在地基阶段就被阻挡在地下;也可能是因为隔震结构的缓冲作用极大的降低了这些能量从而保护了建筑物。

5.2 隔震结构在楼层中的设计

与5.1所述一样, 在楼层中是用隔震结构将地震产生的能量阻隔在建筑物底层, 或者抵消很大一部分能量, 使高层不受或者很少受到这种能量的冲击。

6 结语

高层建筑已经成为现在城市建筑的主流, 对于高层建筑的抗震设计已经是重要的工作之一。该文对高层建筑抗震结构设计进行了研究, 希望能够对相关工作人员提供相应的理论依据。

摘要：高楼的抗震设计已经成了建设高楼之前必须进行的一项工作。而高楼的抗震结构设计也变得复杂多样, 该文针对高层建筑的抗震结构设计进行了简要分析。

关键词：高层建筑,抗震结构,设计研究

参考文献

[1]黄云叶.高层建筑结构设计中的抗震设计探讨[J].城市建设理论研究, 2012, 2 (20) :56-58.

[2]王火竹.高层建筑结构设计抗震的分析[J].城市建设理论研究, 2011, 1 (32) :21-24.

[3]金明彦.超长地下室侧墙预应力抗裂技术应用研究[D].杭州:浙江大学, 2008.

[4]吴忠飞.高层建筑结构设计中的抗震设计探讨[J].建筑知识:学术刊, 2013, 33 (6) :102-102.

高层建筑结构设计研究 篇2

高层建筑的结构性能设计是高层建筑结构抗震设计的关键。在城市化的快速发展下，人们对建筑的使用需求提升，高层建筑结构设计目标不仅仅是要保证人们的安全，而且还需要注重控制高层建筑物的地震破坏，提升高层建筑的抗震性能。为了提升高层建筑的抗震性能，在高层建筑结构设计的时候需要有关人员加强对地震标准下建筑构件变形问题、承载力问题、局部构造问题得到分析，全面提升高层建筑构建的变形条件、承载力等。另外，在加强高层建筑结构设计的时候需要对抗侧力构件位置的科学确定，从而保证高层建筑承载力的科学、合理分布。为了进一步提升高层建筑的稳定性，还需要有关人员采取措施提升构建的强度、刚度。

2.2选择合理的高层建筑结构设计方案

高层建筑结构设计方案的选择需要考虑多重因素，包括：①结构的选型需要满足高层建筑各个功能的实现。比如为了提升高层建筑的视觉和传音效果，在进行结构设计安排的时候需要放弃一部分的竖向支撑构建，加强对大跨度结构的应用;②在高层建筑结构设计的时候需要通过防震缝的设计形成一定规则的结构单元;③需要有关施工人员根据高层建筑所在的地区情况对施工地下水位变化、地址土层、周围建筑物、建筑材料选择、工程造价等问题进行综合的权衡考虑;④需要加强对建筑结构的延展性设计;⑤加强对高层建筑结构水平力的关注;⑥保证高层建筑结构设计的规则性。高层建筑结构设对规则性有着很高的要求，比如结构嵌固端上层和下层的刚度比、平面规则问题等。为在高层建筑结构设计之后不出现后期施工改动的情况，在高层建筑结构设计的时候需要严格按照相关的规范条件进行施工。

2.3对建筑的扭转问题进行优化设计

对建筑的扭转问题进行优化设计能够减少地震、风荷载等问题对高层建筑结构设计的影响。为此，在高层建筑结构设计中需要有关人员选择适当的建筑结构安排布局，实现建筑物的“三心”合一。根据一些城市规划发展要求和建筑物场地的限制，高层建筑结构设计不能采取简单的模式，而是需要根据实际需要采用不同的模式，比如I型模式、T型模式等，将建筑结构设计凸出的位置限定在合理、允许的范围内。

2.4加强高层建筑结构的包络设计

包络设计是近年来比较常见的设计方式，可以有效解决工程项目结构设计中存在的各种问题。当前工程设计问题变化比较多，有许多因素都会影响到结构效应，各种问题盘根错节，使用目前已经掌握的只是或者软件很难对其进行准确的分析。学术科学和工程的不同点在于后者难以长时间等待。因此要通过优化结构设计的形式，利用最少的经济投入来获取最大的经济效益，并解决工程项目存在的问题。不同的工程条件可以用不同的网络设计原则来处理，在对待转换结构转换层或者连体结构时，也可以用网络设计，对构件进行分析验算，取不利值包络设计。

3结束语

综上所述，随着社会经济发展进步，高层建筑成为城市发展的重要标志。为了提升高层建筑结构设计的安全性、稳定性，需要有关人员认识到综合性、技术性很强的高层建筑结构设计工作对于建筑设计的重要作用和意义，加强对高层建筑结构设计的分析，应用多种技术，结合高层建筑结构特点，遵循相应的高层建筑结构设计原则，从而设计出符合社会发展需要的高层建筑结构。

参考文献：

[1]王宇.超高层建筑结构健康监测系统研究与设计[D].哈尔滨工业大学,2013.

[2]蔡静敏.某超限高层建筑结构抗震超限设计与分析[D].华南理工大学,2013

[3]赵东晓.高层建筑结构设计的问题与对策研究[J].商品混凝土,2012,(9):132-133.

高层民用建筑结构设计研究 篇3

【关键词】高层建筑；结构设计；平面结构；竖向结构

1.影响高层民用建筑结构设计的因素

1.1水平荷载

水平荷载是高层民用建筑结构设计的决定因素。建筑结构整体近似于一个悬臂梁，水平荷载引起的倾覆力矩和轴力与楼房高度的平方成正比。对高层民用建筑来讲，水平荷载主要有风荷载和地震作用等，在水平荷载的作用下，建筑结构容易出现失稳现象，所以水平荷载是建筑设计过程中必须要考虑的重要因素。

1.2轴向变形

轴向变形在高层民用建筑结构设计过程中不容忽视。高层民用建筑结构设计中，建筑自重和楼层载重荷载所产生的轴力和弯矩与楼房高度的呈线性关系。高层民用建筑的竖向的荷载包括建筑自重和楼层载重等，数值很大，容易引起较大的轴向变形。轴向变形会是建筑的内力分布发生变化，引起构建的塑性变形。因此，在高层民用建筑设计中，要充分考虑竖向荷载的作用，进行合理的配筋设计。

1.3侧移

侧移成为高层民用建筑结构设计的重要控制指标。在地层的楼房设计中，基本不存在侧移问题，但如果高层民用建筑设计不合理，在水平荷载的作用下，楼房发生侧移的可能性很大。为了维持建筑结构的稳定性，在高层民用建筑结构设计中一定要把侧翼变形维持在一定的范围之内，只有这样才能保证建筑结构的安全。

1.4结构延性

结构延性是高层民用建筑结构设计过程中的重要指标。为了保证建筑结构的安全可靠，防止高层民用建筑结构在地震等自然灾害作用下出现倒塌等重大破坏，必须要在高层建筑结构设计师采取措施，提高结构的延性，是高层建筑结构在进入塑性变形阶段后，仍具有变形能力。

2.高层民用建筑结构设计布置要求

2.1平面结构布置要求

高层民用建筑结构设计的平面形状应采用规则的结构布置，要尽量做到简单、规则、对称，使结构的质心与刚心重合。由于建筑功能要求必须进行不规则设计时，可以将建筑结构进行划分，使其形成比较规则的简单独立结构单元，防止产生扭转效应。扭转效应对建筑结构中的端部构件位移，建筑结构扭转过大还会出现应力集中现象，造成建筑结构的破坏。判定建筑结构扭转十分过大有两种方法：第一，概念设计法。设计者在进行平面结构布置时，近似计算出质心和刚心，找出偏心距，并通过控制平面规则性，尽量让质心和刚心重合。第二，比值法。通过控制楼层最大弹性水平位移与楼层两端弹性水平位移的比值来确定结构扭转情况，如果比值超过1.2，则为结构扭转不规则。

2.2竖向结构布置要求

高层民用建筑结构竖向布置的最基本原则是均匀、规则。均匀是指建筑结构的上下体型、刚度、承载力和质量的分布及变化均匀。就建筑结构的上下体型来讲，应当是自下而上逐渐收进，且应限制收进尺寸，不应出现过大变化或突然变化。上部楼层收进后，楼层的平面尺寸会减小，高振型影响会加大。如果竖向结构布置上部楼层设计过大，就会造成扭转明显加大，头重脚轻，使建筑结构失去稳定性。就建筑结构的刚度来讲，其竖向结构设计也应该为下大上小，从下而上逐渐减小。如果建筑结构下层设计刚度较小，会形成建筑结构薄弱层，导致建筑结构下部变形，严重的还会造成建筑倒塌。规则主要是指建筑体型规则。如果必须要求变化，也应是有规则的渐变。建筑体型严重不规则的的建筑在地震时特别容易形成集中变形，引发倒塌事故。

3.高层民用建筑结构设计相关问题研究

3.1高层民用建筑结构体系选取

设计者在设计建筑结构时首先要明确建筑的结构体系，只有根据具体情况，正确选取建筑结构体系才能设计出经济合理的结构。目前，高层民用建筑一般都是钢筋混凝土结构，采用剪力墙结构或框架剪力墙结构。

框架剪力墙结构由框架和剪力墙组合而成，以剪力墙作为主要抗侧力构建，承受大部分水平荷载，框架则主要承受竖向荷载，框架和剪力墙合理分工，共同受力。剪力墙应均匀设置平面形状变化较大和竖向荷载较大的部位。该结构体系以框架结构为主，剪力墙为辅助，较适用于25层以下的建筑。

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的粱柱，剪力墙作为竖向承重和抵抗侧力的结构，伞部承受结构的竖向和水平力。这种结构体系通常采用平面布置形式，由于剪力墙受竖向荷载和水平荷载共同作用，剪力墙应双向或多向布置。同时由于该结构全部由剪力墙组成，其刚度要比框架剪力墙结构更好，该结构体系常用f40层以下的高层住宅建筑等，而且该结构高宽比不宜大于6，其高度也应考虑抗震要求。

3.2高层民用建筑结构设计的参数控制和调整

在高层民用建筑结构设计中，各参数的控制和调整直接影响建筑结构的安全性，合理的选择各个控制参数，并作出适当的调整，可以提高建筑结构的整体控制效率，增加建筑结构的合理性。以下介绍了一些重要参数的控制与调整：

（1）轴压比：通过限制轴压比，可以保证建筑结构的延性要求。轴压比可以通过增大墙、柱的截面，提高墙、柱混凝土强度等方法进行调整。

（2）层间位移角：限制建筑结构的层间位移角，可以保证高层建筑结构的稳定性，避免因出现过大位移影响使用。层间位移角只能通过加强竖向构件刚度的方法进行调整。

（3）周期比：建筑结构的抗扭刚度不能太弱，以减小扭转对建筑结构产生的不利影响。周期比只能通过改变结构布置进行调整。

（4）剪重比：限制各楼层的最小水平地震剪力，确保建筑结构的安全。剪重比可以通过加强竖向构件刚度的方法进行调整。

（5）刚度比：刚度比的规范主要是为了是建筑结构布置更有规则性，避免建筑结构沿竖向突变，形成薄弱层。刚度比可以通过适当加强下层墙、柱和梁的刚度，或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度来调整。

【参考文献】

[1]倪荣荣.高层建筑结构设计若干问题探讨.2011，（23）.

[2]郑军红.论高层民用建筑结构设计问题的研究.2012，（24）.

[3]王振勇.关于高层民用建筑结构设计中的问题探讨.2012，（20）.

高层建筑结构设计的发展研究 篇4

现代高层建筑起源于美国, 1894年纽约曼哈顿的人寿保险大厦标志着进入超高层建筑发展阶段。建筑业作为国民经济发展中的一大行业部门, 受近几年土地价格上涨和建筑技术提高因素的推动, 高层建筑如雨后春笋般涌现, 逐渐成为国内建筑业中的核心力量。2008年竣工的上海环球金融中心, 总楼层数101层, 主体高度492 m, 居世界第二;2009年的珠江新城西塔, 总高度432 m, 楼层数104层;2010年的广州电视塔, 主体高度450 m, 总建筑高度510 m……但是, 数量的增加并未带来质的提升, 国内的高层建筑在结构设计方面还存在着一系列的问题, 这些问题的存在也阻碍了建筑行业的进一步提高。为此, 本文将从各方面、各角度入手, 探析高层建筑中所存在的结构设计问题, 谈谈解决问题的对策。

2 高层建筑结构设计所存在的问题

我国高层建筑的结构材料一直以钢筋和混凝土为主, 而随着建筑设计思想和理念的更新与变换, 国内各建筑设计师对高层建筑的结构设计趋于多样化和复杂化, 这不仅对建筑结构材料提出了更高、更细的要求, 也给建筑技术带来了一定的难题。

2.1 嵌岩桩的竖向承载力计算和长径比问题的分析和计算

桩作为建筑物的基础, 在建筑的设计、施工等环节都有着重要的影响, 其承载能力的高低、对地层条件的适应性强弱和控制沉降性能的好坏对今后建筑施工有着积极的意义。自80～90年代以来, 受建筑技术和设备不断提高和升级的影响, 业内发明了很多新的桩型和新的工艺, 使得桩能更好、更大程度地满足于各类土木工程的实际需求。据相关数据统计, 有70%以上的建筑在设计和施工中需要利用桩, 而桩的费用占了工程造价的25%-33%左右。为此, 对设计人员来说, 对桩的承载能力如何计算和分析有着重大的现实意义。随着国内高层建筑的发展, 嵌岩桩得到了广泛应用, 然而由于嵌岩桩具有承载力大、试验耗费大的特点, 故完整的试桩实测资料不多, 这就约束了其承载性能的全面认识。近年来, 国内外大量的实测资料都表明, 嵌岩桩即使是在无覆盖层条件, 并非一律就是端承桩, 而较长的嵌岩桩大多属于摩擦桩, 很长的嵌岩桩可能完全属于摩擦桩。

2.2 超长钢筋混凝土结构温度应力

近年来, 超长钢筋混凝土结构在公共建筑和高层建筑中不断得到应用, 然而建筑设计理念与美感的要求, 使得建筑设计师要求在结构设计上不设或者少设温度伸缩缝, 导致不设温度伸缩缝的建筑结构长度远远超出了我国规定的伸缩缝限值。相反, 国外对伸缩缝的间距并没有严格的要求与规定, 只是要求建筑结构的长度超过一定值时, 计算温度引起的应力即可。同时, 由于混凝土结构尺寸的增加, 温差变化所引起的温度变形和混凝土水化热, 而温度变形和混凝土水化热又引起伸缩变形而造成应力问题。目前, 国内对温度荷载作用并没有严格的定义与规定, 只是在结构构造上做了一定的要求。由于温度应力是引起超长结构裂缝的主要原因, 容易受到自然环境或人为作用的影响, 也时时刻刻经受温度的改变, 当温差变化所引起的拉应力超过荷载引起的拉应力值时, 混凝土结构便会出现裂缝, 将危及结构的安全。

2.3 地下车库的建设

人民生活水平的提高使得近年来私家车数量逐渐增加, 城市中停车已经成为了一大难题, 而各高层建筑作为人口密集地, 如何解决好停车问题成为了建筑设计中的重要一环。为此, 国内大部分高层建筑的停车场都将地下停车库作为首选。据相关规定, 地下车库的柱网尺寸基本上在8.4 m×6 m左右, 而其结构设计由地质结构与水文条件所决定, 且车库内部还需保有消防通道和消防设施, 使得车库容积大大缩小。

2.4 钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载能力

城市高层建筑一般都是作为写字楼的办公之所, 因此, 在建筑设计与施工中往往需要考虑配置空调、消防等设备, 而这些设备通常都是配置在楼层梁底下, 而这些梁需要在其腹部进行开孔后, 才能进行设备的安装。腹部开孔后的梁的承载能力与未开孔的大大不同, 其承载能力大大减小, 且不仅容易在弯矩或剪力最大处发生破坏, 而且还有可能发生在洞口处, 这大大增加了梁破坏的概率。

3 解决对策

(1) 运用有限元理论和ANSYS软件解决嵌岩桩的相关计算与分析问题。有限元方法是将结构离散化, 把荷载和位移简化到结点上来分析的数值计算方法。其既可以以位移为未知数, 也可以以应力为未知数。运用岩土的本构模型 (本构定律) 对材料的应力、应变、强度和时间的关系进行计算与分析, 为了便于计算与分析, 可广泛应用ANSYS软件。ANSYS软件在钢筋混凝土房屋建筑等工程中可以广泛地应用, 对这些建筑结构在各种外载荷条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性做出全面分析, 从力学计算、组合分析等方面提出了全面的解决方案。同时, 根据工程设计与施工的实际情况, 建立嵌岩桩的三维弹塑性有限元模型, 计算分析得到了嵌岩桩单桩竖向承载力特征值。

(2) 运用温度应力理论对温度载荷进行分类, 并加强对混凝土结构温度变形和温度应力的计算与分析, 着重分析计算季节温差引起的温度应力。同时, 考虑到影响温度载荷的因素涉及各方个面, 通过设定温度载荷组合系数、刚度折减系数和松弛系数等来分析和构造混凝土结构温度载荷的组合。

(3) 在地下车库设计与构建过程中, 加强顶板布置结构的设计和消防车等荷载的计算。地下车库的顶板设计关系着建筑物的结构受力与开发商的经济效益, 为此, 地下车库的次梁如何布置, 是否布置有着重要的影响。对此, 可采取8.4 m跨度方向设置1道次梁, 6 m跨度方向设置1道次梁, 顶板厚度180 mm;8.4 m跨度方向设置1道次梁, 6 m跨度方向不设置次梁, 顶板厚度取22 mm等各种不同的方案来权衡顶板的结构受力与经济效益。同时, 由于地下停车库需要设立消防通道, 为此, 要计算地下停车库对消防车的载荷能力。通过输入板跨长度、板厚以及覆土深度等信息, 结合《建筑结构荷载设计手册》得出消防车通道的荷载, 再考虑地下室顶板板跨和覆土深度, 计算各种情况下的消防车荷载。

(4) 结合不同类型, 加强钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载能力计算与分析, 并就梁腹部的开孔进行规范。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《混凝土结构构造手册》的相关规定, 对钢筋混凝土梁腹部开孔的位置、大小、环节与流程等进行规范。同时, 通过计算开孔梁承载力、开孔梁挠度、开孔梁裂缝宽度以及孔洞周边补强钢筋等方面的计算, 来分析钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载力;也可以根据计算的方法与依据, 对该计算过程进行编程, 简化计算流程, 提高建筑设计与施工的效率。当然, 在计算过程中, 要结合各种不同类型的腹部开孔方式来计算钢筋混凝土梁的承载力。例如早期建成的北京京伦饭店, 其剪力墙结构无缝长138 m, 超过了当时《高层建筑混凝土结构技术规程》45 m的限值。南京国展中心工程主体部分是两层的部分预应力混凝土框架结构, 建筑物总长度达292 m, 宽158 m, 纵横向不设缝均远远超出了我国规范规定的限值。此外, 杭州萧山国际机场楼228 m火72Jn, 采用无粘结扁梁一平板体系, 短向不设伸缩缝;杭州江干区全民健身中心117 m×51.6 m, 在梁上布置了无粘结预应力筋, 设置后浇带及加强配筋等措施以减少温度应力对结构的不利影响;浙江省金华市文化中心, 地下室197 m×76.m未设缝, 属于超长地下室钢筋混凝土结构。这些工程都采取了有效的裂缝控制措施, 并取得了理想的效果。

4 结语

高层建筑已成为了现代建筑业的中心, 且也是未来的发展方向, 正所谓“凡事要从源头开始抓起”, 因此, 探析高层建筑的结构设计问题具有十分重要的意义。本文就嵌岩桩的竖向承载力、地下车库、超长钢筋混凝土结构温度应力以及钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载能力等4个高层建筑结构设计方面的问题进行了剖析。同时, 在今后的高层建筑结构设计中, 应特别注意这几方面的问题, 并通过理论模型与计算机编程的方法, 对这几个问题进行控制与完善, 保证建筑结构的完整与安全。

参考文献

[1]李文萍.建筑结构设计中若干问题的分析与研究[D].浙江大学, 2010.

[2]王兴锋.新益大厦高层建筑结构设计中几个抗震问题[D].天津大学建筑工程学院, 2008.

[3]曾立辉, 方铁成.浅谈建筑结构设计三问题[J].民营科技, 2008, (9) .

[4]段建华.国际工程建筑结构设计探讨[J].有色金属设计, 2006.

高层建筑节能设计研究论文 篇5

【关键词】：高层建筑;围护结构;节能;

复合墙体节能是我国的国策，建筑节能是节能中的重中之重，应该列为我国建设工作中的重要位置。建筑能论文耗在我国整个能耗中的地位也越来越重要。中国建筑年消耗3·3亿吨标准煤，占能源消耗总量的24%，到已达到3·76亿吨，占总量消耗的27·6%，年增长比例千分之五;随着建筑业的高速发展和人民生活质量的改善，建筑能耗占全社会总能耗的比例还会继续增长。据有关数据显示，我国当前的房屋建设规模堪称世界第一。目前全国房屋数量有400亿m2左右，房屋建筑规模看来已超过所有发达国家，仅去年一年房屋竣工面积是19·7亿m2，这几年差不多都是接近这个数字。而据预测，到，我国房屋总建筑面积将达到519亿m2，其中城市171亿m2。然而，截至到去年，我国节能建筑的总面积还只有2·3亿m2，在每年近20亿m2的竣工面积当中，只有五六千万平方米是节能建筑，只占3%左右，也就是说有97%属于高耗能建筑。我国的高层建筑有近七十年的历史，然而城市中任何建筑都是城市设计、规划的一部分，城市设计是一项十分复杂的工作，我国在这方面的经验不多，而且管理机制尚不健全，往往受一些因素的影响，工作不甚周密和协调，甚至失去控制，有许多的问题等待我们去解决，有待于探索和改进，所以说，今天的高层建筑设计仍处在一个不太成熟的阶段。

高层建筑体形庞大，如容积率过高，相邻建筑互相遮挡、不通透，形成大面积阴影区，城市人居环境质量下降，市中心人口膨胀、交通拥挤。除此之外，近些年在某些城市建高层建筑已成风气，设计者往往贪大求高，大部分精力放在追求立面形式和使用功能上，而往往忽略生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄，造成高能耗、低效益，影响常年使用，浪费巨大。

建筑节能包含两部分内容，一部分是加强围护结构的保温隔热能力，另一部分就是从供暖、供冷的热源、输送渠道及实现方式来节约能源。一般的房子里，30%的热量从窗户跑掉了。如果选用双层玻璃，中间再充上惰性气体，就可在一定程度上阻断热量散发。35%热量从墙体散发，如采用隔热材料，增加保温层，节能效果就很明显。智能化建筑首先要达到节能的标准和良好的居住舒适度，其次才是家具的智能化和安全保卫的智能化。实际上，智能化建筑不一定就是豪华的，但它必须是低能耗的。美国有些智能化建筑造价比普通建筑还低15%，因为它们追求合理的结构，讲究实用功能和外观的简洁，利用了可回收材料，而不追求豪华装饰。还可以充分利用地热泵技术，如冰岛等国家，建筑房子时先在地上打两个洞，通过电泵将地下水循环起来，为整座房子供热。惟一耗能的就是电泵。而在丹麦等国，由于地处海边，太阳能和风能的利用条件得天独厚，使用热泵技术时结合风能与太阳能，用风能与太阳能来带动电泵就可以做到“零能耗”。所以建筑节能不仅是建筑本身的节能，且由城市的综合环境、气候条件、总体布局;建筑物的形体变化、朝向;外围护结构保温、隔热的性能;门窗质量等许多综合性因素构成，因此，高层建筑的节能首先应为设计者重视。

1优化建筑位置及朝向设计高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响容积率过高很难满足日照要求，阳光有着巨大辐射能量。据有关资料分析，地球每年接收的.能量有60亿亿千瓦，这么大能量弃之可惜，从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器，阳光不仅对人的身体健康有着很大影响，对建筑的节能也有着十分重要意义。城市规划应注重应用日照原理，合理的确定建筑位置与朝向，使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能，因此，建筑的方位与节能有着直接关系。如，在北纬40°~45°度地区，冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多两倍，而在夏天东、西向所得到的能量比南向多2·5倍，不同朝向，不同季节，建筑物所得到的太阳辐射热能量不同，热损失也不同，尤其是在冬至前后，由于太阳高度角低，房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况，按其太阳高度角做出日影响图，以确定冬季每天的日照时间，建筑南向开窗面积尽可能大些，在满足采光条件下，北向、东向窗尽可能小些，从而获得更多的太阳光线，减少热损失，保持室内舒适的温度环境。

2优化围护结构墙体设计(1)外墙是围护结构的主体部分，高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋，前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重，因此，围护结构属于填充材料，为了减轻荷载，达到保温、隔热要求，采用轻质高效保温材料，目前在寒冷地区常用的墙体做法有：页岩陶粒混凝土空心砌块;粘土空心砖与实心砖复合墙体;粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多，节能的效果仍达不到标准的要求。围护结构的材料布置分外侧和内侧，在寒冷地区的同一气候条件下，由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同，为防止墙体内产生冷凝水，保温层设在外侧更为妥些。

(2)高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板(舒乐板、PG板)，岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年，多则上百年，材料的应用与建筑整体的寿命应同步。对于轻质的外保温复合墙体，笔者认为存在以下不足之处：1)抗震能力差，易松散，与结构构件结合不好，整体性能差。2)不能承受外部装修贴、挂荷载，如：贴石材，安装装饰构件等。3)不能承受有振动的凿、刨的装修，如：剁斧石面层、予留洞、槽易出现冷桥。4)墙表面易出现裂纹。除此之外，复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入，墙体内容易造成冷桥，是保温、隔热的薄弱环节。据测定，高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5%~13%，因此应引起设计者重视，采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥。(3)国外普遍推广采用混凝土空心砌块用于高层建筑围护结构保温，欧、美各国取得不少先进经验。如：美国研制的TB型保温隔热复合砌块;波兰的咬合式保温砌块，两块组合成320厚墙体，在空心砌块内填入高效保温材料，墙体传热系数K=0·1209W/m2·k~1100W/m2·k;芬兰研制的一种空心砌块，空隙之间填入聚胺脂保温材料，300厚，传热系数K=0·25W/m2·k~0·28W/m2·k。某些欧美国家50%左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。由于混凝土空心砌块保温效果好，又具有一定强度，避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。

3影响建筑节能的其他因素(1)高层建筑外围护墙体耗能量较大，占整个建筑耗能的25%左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一，体形系数越大耗能越多，国外的一些高层建筑造成圆塔形，比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼、纽约第三大街53号办公楼都是圆型或椭圆形，我们知道，相同的面积，圆的周长最短，这样使建筑外露面积较小。因此，基于能量损耗的考虑，高层建筑的形体变化不宜过多、复杂。(2)高层建筑的“风环境”是影响建筑耗能因素之一。在冬季，风力对建筑的热损失很大，增大冷空气的渗透量，使室内热损失加大。由于建筑某些部位处理不当，墙体内部易产生冷凝水。因此，建筑保温材料的选用，建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上。3·6恢复补偿功能将试件放入水中养护14天测其膨胀率，然后放空气中任其干燥28天。失水后的试件产生微量干缩，重新放入水中后试件恢复失去的膨胀和自应力值，经试验，第一天恢复20%~30%;第3天恢复40%~50%，14天基本全部恢复。3·7微小裂缝自愈合性能如果蓄水池或建筑物地下室墙板由于某种原因出现微小裂缝，膨胀纤维防水剂中部分成分的AI3+和SO42—在CaSO4、Ca(OH)2溶液中形成针柱状钙矾石晶体。当重新接触水后继续增长，经过一段时间会发生物理和化学的结合，晶体大量填充缝隙，使裂缝愈合。

4微膨胀聚丙烯纤维混凝土的施工4·1材料①水泥：天瑞P·O42·5级。②外加剂：“神翔”缓凝高效减水剂，减水率15%，缓凝时间约6h。③膨胀纤维：凯吉凯祥KJ—LZB膨胀纤维。④细集料：鲁山产中粗河砂，细度模数2·6。⑤粗集料：郏县产碎石5~25mm，连续级配。⑥掺合料：姚孟电厂F类Ⅱ级粉煤灰，细度模数15·1，需水量比102kg/m3，烧失量1·43，含水量0·20。4·2配合比强度等级水泥水砂碎石掺合料减水剂膨胀纤维C303561807501050408·718·8C4041018068010604010·321·54·3施工注意事项(1)加强混凝土养护。不能因为掺了膨胀纤维而放松对混凝土的养护，膨胀纤维防水剂在混凝土早期养护过程中必须有充足的水分，才可以发挥作用，如早期养护保湿不当，过早曝露于干燥空气中，则其膨胀作用会停止，主体施工阶段，在楼面混凝土浇注约4h后，开始二次抹面、拉毛，随即覆盖塑料膜，终凝后覆盖毡布，浇水养护，柱子养护采用包裹塑料布，喷水养护，为了充分发挥膨胀纤维防水剂的补偿收缩作用，潮湿环境下的养护时间不少于14d。(2)适当延长混凝土搅拌时间，膨胀纤维混凝土与普通混凝土的施工工艺相差不大，但由于加入了聚丙烯纤维，为保证它们在混凝土中的均匀分散，搅拌时间比普通混凝土适当延长90s，但不宜搅拌时间过长，否则会损坏纤维。(3)重视振捣。加入膨胀纤维，并不改变混凝土的施工工艺，混凝土一定要振捣密实，不能过振或漏振，杜绝出现蜂窝、麻面。(4)加强抹面。当混凝土初凝后，终凝前进行二次抹压收光，使混凝土的面层再次达到密实，同底部结合牢固，整个抹压时间控制在混凝土终凝前完成。

高层建筑结构设计研究 篇6

关键词：高层建筑；结构设计；不规则；应用措施

众所周知，在建筑工程设计的过程中，需要考虑到建筑工程的所处的地理条件，气候特点等诸多客观因素，为了满足建筑需求，在设计中常常会采用不规则性结构设计方法。结构设计的不规则可以表现在很多方面，其中以平面布局、水平受力、竖直受力以及刚度等方面较为突出。在具体的建筑结构设计的过程中，设计人员需要找到结构不规则点，进而对建筑的规模和方案等进行认真地设定。进而采取切实可行的措施来对这种不规则结构进行改进和完善。因为，不规则的结构会降低整体结构的作用力。减少一定的安全性和可靠性，因此需要设计和施工人员加强对建筑不规则结构的重视。

一、高层建筑结构中不规则性发展的现状

随着我国经济快速发展，人们生活水平不断提高，城市化进程加快、范围扩大，对建筑的类别和建筑高度等方面的要求也不断提高，也推动了建筑行业的不断发展和革新。建筑工程设计为了适应当前城市发展和迎合市场需求，打破了传统的高层建筑设计上要求建筑结构规则、对称的设计理念。建筑设计师为了设计出新颖别致、独树一帜的建筑，使之成为城市里的一道靓丽风景，通常使高层建筑方案很不规则，这就给结构设计人员带来了极大的难度和挑战。

二、高层建筑结构设计不规则的特点和形式

由于社会经济的不断发展，人们的基本生活需求已经得到满足。因此，人们追求更高层次的需求，其中最重要的方面就是对建筑结构的需求。通常情况下，建筑结构都以对称的结构为主，这种设计缺乏了一定的新意，因此，不规则的建筑结构就受到了设计师们的青睐。这也是对设计方式的创新。对于设计师来说，设计是一门艺术，要赋予一定的美感，建筑的美首先表现在结构的设计上。因此，不规则的建筑结构应运而生。这种结构得到了人们的普遍关注，在城市的建筑中应用范围较广，逐渐成为现如今建筑结构设计的重要趋势。

不规则性的建筑结构虽然能够给人带来一定的美感，满足了人们的审美需求，但是这种结构在设计的过程中给设计师们带来了较大的难题，对于一些不平整的部位或者是楼板的间断性等问题，都需要进一步解决。最重要的是，建筑结构在满足一定美观性的基础上，需要对质量提出一定的要求。但是这种结构方式很难做到这一点。另外，不规则建筑结构所用成本也相对较高，增加了工程的造价。

三、高层建筑结构存在不规则的种类

（一）平面不规则。所谓的平面不规则首先是平面的扭转程度不规则，主要是在设计的过程中，各个楼层中的层面最大位移远远高出了平均位移，这种情况下就会产生平面不规整的问题。其次就是凸凹程度不规则，衡量的方式主要是按照凹陷的长度和总体长度之间的比例来完成。最后，楼板局部也会出现不连接的问题。对这一点进行控制主要是看楼板的长度或者是平面的强度等是否出现较大幅度的波动现象。

（二）豎向不规则的类型。对于竖向不规则来说，其表现的方式较广，主要是侧向刚度不规则或者是结构的抗侧力、承载力、重力等等因素。对于侧向刚度来说，其参数不能超过楼板的十分之七。另外，抗侧力分布不均也是影响结构不规则的重要因素，因为，结构的受力情况，主要是依据相关的设施来进行力的传递的。楼层的承载力如果出现较大幅度的变化，也增加了抗测力结构的受剪程度。

四、高层建筑结构设计不规则形的应用

高层建筑的不规则结构在实际的应用中，体现出一定的弊端，尤其是在地震的情况下，建筑结构中不规则的部位较容易受到损坏，而且刚度作用较大的结构受到的损害尤为强烈。为了改善这一问题，需要建筑设计工作人员在进行高层建筑不规则结构设计的过程中，加强对这些部分的控制，同时也要对主体结构加强重视。通常情况下，才去的具体的措施主要有：保证平面结构的对称性，使得结构的分布具有一定的规则性，这样才能保证空间的稳定性，进而减少整个建筑结构的扭转性。要根据设计方案来对建筑结构的扭转刚度值控制在相应的范围内，最大限度地减少建筑结构的抗扭刚度。具体来说可以从以下几个方面来进行具体的分析：

（一）尽量减少高层建筑结构的相对偏心距

在多数的建筑结构中，高层建筑的扭转程度和偏心距之间存在着明显的联系性。因此，为了减少建筑结构的扭转效应的发生，就应该从偏心距的角度入手，改变其参数值。这种做法不仅有效地改善了平面分布的不合理状况，同时也减少了高层主体结构的相对偏心距的大小，进而确定结构中心和刚度中心的具体位置。

（二）最好改进高层建筑结构抗侧刚度与抗扭刚度的大小

根据有关的调查的结果分析，可以得出这样的一个结论：高层主体结构出现的扭转效应和结构自我震动周期的平方值保持线性函数关系，因此，在设计高层主体结构时，可合理地降低建筑结构自我诊断的周期长短，来削弱高层主体结构的扭转效应。在有关剪力墙的设计过程中，就应该在有效区域内科学调节墙体的长度或者厚度大小，尤其是那些离高层结构刚度中心较远的墙体。改善高层主体结构的抗扭刚度在实际应用中通常是采取在结构边缘装置柱梁的方式，来降低高层主体结构的自我震动周期，另外提高边缘连梁的刚度值大小同样可以达到改善高层主体抗扭刚度的目的。

（三）合理增强高层主体结构边缘构件的抗剪强度

如果仅仅局限于协调高层建筑主体结构的协调分布，就不能达到良好的设计效果，一旦出现较大额外力作用，其主体结构就会受到不可逆的破坏。通过相关科研人员不断深人的研究，发现如果高层建筑长期处于非弹性阶段，一开始有规则的建筑在受到多重地震作用影响下就会因变形而出现偏心的问题。要保证高层主体结构具有很强的抗震性能，就应该合理增强边缘构件的抗剪强度，这样整体结构即使受到较大的外力作用，仍然在自身弹性作用的影响下，回复正常状态。

（四）科学建立防震缝

在实际的建设过程中，结构工程师往往会碰见空间与平面形体繁杂的高层建筑图纸，在多种因素的制约下，很难将这种繁杂结构设计成有规则性的整体，这就需要依靠建立一些防震缝来保证工程项目的质量。在建立防震缝的时候，应该注意以下两点内容：一是如果建立防震缝两侧的设施并不相同或者对地震的抗力不同，就应该按照不利一侧结构进行建立；二是如果出现临近建筑沉降超出限值的情况，就应该建立沉降的防震缝。

五、结论

在项目建设过程中，高层建筑结构呈现的不规则性会或多或少地对主体结构的占地规模、基础设施分布等方面造成不利，进而影响了建筑的经济效益和社会效益。在规划不规则性的高层建筑结构时，相关的设计人员应该采用先进的设计技术，尽可能地降低因建筑的不规则性而带来的高层建筑结构扭转效应，以削弱其引发的负面影响，在保证工程质量的同时，还能体现建筑不规则的外观特色。

参考文献：

[1]马恺泽，刘伯权.高层建筑结构抗震性能评估方法的研究与改进[J].建筑科学与工程学报.2012（4）

[2]金鑫.与高层建筑结构不规则性有关的核心问题分析[J].科技信息，2012（35）

高层建筑下人防工程结构设计研究 篇7

1 工程实例

某高层住宅建筑, 主楼26层, 主楼下设置两层地下室, 负一层为储藏室, 负二层为人防地下室, 该人防地下室的人防等级为核6级。主楼四周设置有地下停车场, 设计为框架结构, 基础形式为独立式基础。地下车库基础底标高与主楼的基础底标高一致, 车库的顶板标高则处于负一层的层间。顶板上覆土1.6米, 车库与主楼连成为一体。主楼一侧设有裙房, 两层、框架结构, 它是由地下车库上延而成, 从车库顶板开始与主楼脱开。

2 人防工程结构设计

2.1 人防工程的概念以及设计原理

人防工程的全称为人民防空工程, 其作用主要是在发生战争时, 为人民提供躲避、物资掩蔽、医疗救护等的场所。人防工程可以分为以下四种类型:地道式、坑道式、单建式、附建式, 其中附建式应用较为广泛。附建式防空地下室具有经济合理、建设方便、节约土地、战时居民躲避方便、防空能力强等诸多优点, 因此是防空工程建设的主体, 是最为广泛应用的人防工程形式。

附建式人防工程的经济效益尤为显著, 附建式人防程的建设是与建筑物结合为一体的, 尤其是高层建筑, 它本身就需要设置地下室, 而在高层建筑物稳定性的计算时也必须考虑设置地下室。平时这些地下人防工程又可以用来作为车库、储藏室来使用, 充分发挥其使用价值, 实现其经济效益。

地下人防工程结构设计时必须考虑到战争时核弹爆炸产生的冲击荷载, 因为人防工程结构需要直接承受抵抗这种冲击波及压缩波的作用。但是这种动荷载的内力计算十分复杂, 因此必须将其进行简化, 并使之与动荷作用状态的受力情况相符合。可以采用等效静载法来实现设计计算的简化, 而且可以保证人防工程结构的防护能力。

2.2 基础设计

在进行人防工程的基础设计时, 和其他建筑工程设计一样, 应该考虑到结构的承载能力、结构的耐久性能的同时, 还需要兼顾其经济性, 选用最优的基础形式。

为保证人防工程人防工程结构的安全性, 必须对核弹爆炸动荷载作用下的结构承载力进行验算。但是由于其荷载作用时间非常短, 所以对地基的承载力、变形、裂缝等可以不进行验算。虽然人防等效静荷载往往非常的大, 但是不一定就可以将其作为设计的控制条件, 而是应该与平常使用的情况对比, 选择最不利的情况作为设计的主要控制依据。对于和平时期人防工程的验算, 与其他普通工程基本相同, 将恒载、活载都乘上规范规定的相应的分项系数。而战争时期的验算则需要同时考虑到核弹爆炸等效静荷载与恒载, 而活载则可以不考虑, 核爆荷载也不需要乘上分项系数。考虑到主楼的层数较多, 结构自重较大, 活载层数较多, 通过对比分析, 往往为平时的受力情况控制。主楼基础的设计计算按平时和战时两种状态进行比较, 取大值。

对于主楼四周的裙房, 其基础若采用筏板基础显然是不经济的, 因为其层数少 (仅2层) 、荷载也非常小, 因此决定采用独立式基础。但是独立基础自身不具备防水能力, 而地下工程有防水要求, 因此在独立基础间设置防水板, 不但解决了防水的问题, 还能节约投资。

当主楼四周不与土壤直接相连时, 则要考虑主体结构的侧限是否可靠, 因为这直接影响到结构的稳定性。本工程四周的普通车库结构的刚度非常大, 再加上车库顶覆盖有1.6米厚的土壤, 这些都能很好的起到侧限的作用。由于车库顶板标高处于主楼负一层的层间, 对主楼倾覆力的传递极为不利, 设计时应减小车库顶板与负一层底板的高差, 并采取楼板加腋等措施, 保证水平力的传递。

关于主楼基础下地基承载力的深度修正问题, 当主楼地下室四周有裙房地下室时, 如果基础为筏型基础, 并且基础之上的重量能够等同挖出土体的重量时, 主楼基础下承载力的深度修正可以按室外地坪至主楼基底的距离进行。本工程裙房基础形式为独立基础, 修正的深度则可按照主楼基础底到裙房地下室内地坪的距离。

2.3 顶板设计

人防工程上部结构关系到各层的安全性以及建筑物的使用功能, 因此, 上部结构的型式的选择必须与人防工程结构选型匹配。对于该工程, 地面上不设人防, 只要荷载、构件的结构尺寸选取合理, 就很容易满足要求, 因此, 重点对第二层的人防顶板设计进行研究。

2.3.1 基本算法

人防工程与一般普通工程根本的区别在于普通工程只承受静荷载, 而人防工程则要在极短的时间内承受爆炸产生的动荷载冲击波。

人防工程在瞬时加载的时, 其材料的强度得到了提高, 因此利用普通情况下的材料强度应乘以一个大于1的材料强度综合调整系数。钢材按不同的种类有着不同的调整系数, 混凝土按不同的强度等级、砌体按不同的材料也有着不同的调整系数。

人防工程结构构件在承受延性破坏时, 其安全储备大, 当承受脆性破坏时, 其安全储备小。所以, 当构件承受脆性破坏力的状况时应该乘上一个小于1的强度折减系数, 这样一来, 易产生脆性破坏的部位则不会过快的破坏, 从而延长整个结构的破坏时间。

在以下两种情况下应该进行折减, 一是按照等效静荷载对梁、柱斜截面承载力进行验算时, 砼及砌体在动载作用下的设计强度值应该乘以一个折减系数, 其数值为0.8;另一种是按照等效静荷载对墙、柱受压正截面承载力进行验算时, 砼及砌体在动载作用下的轴心抗压强度设计值应该乘上一个折减系数, 其值为0.8。

在进行人防工程结构计算时, 应该根据不同的项目分别修正其材料强度的设计值, 有的只需要乘上材料强度综合调整系数, 有的在需要同时乘上材料强度综合调整系数与折减系数。

2.3.2 电算法

由于人防工程梁、板传统的计算方法其过程相当的繁琐, 很容易出现错误。随着现代计算机软件在工程设计计算中运用, 大大减小了计算工作量, 而且计算准确, 不容易出错。但是, 电算程序有着其自身的缺陷, 在使用计算程序前应该对该程序的计算准确性进行考验, 其采用的技术标准应该与现行的技术标准一致。对电算出来的结果, 应该经过验证复核后方能使用。

2.3.3 参数的选取

现在, PKPM计算软件已经在工程设计计算中得以相当广泛的应用, 在计算梁、板时, 仅需要根据工程的建筑现状输入相应的模型, 再将梁、板相关信息输入, 便立即可以计算出梁、板的配筋图。所以, 电算结果的合理性相当重要。在电算时, 输入的计算模型为主楼与裙楼连接在一起的, 楼板是非抗震构件, 因此计算出来的结果并不受SATWE中的系数选取的影响。但是, 梁是抗震构件, 因此, 其计算结果与软件中人工输入的各项调整系数有着很大的关系。该工程主楼为剪力墙结构, 而裙房及地下车库均为框架结构, 这两种不同类型的结构体系采用相同的设计参数显然是不合理的。第一, 这两种结构体系其周期折减系数应该是不同的。在进行结构内力位移分析时, 仅将梁、柱、墙等主要构件的刚度计算在内, 而未将填充墙的刚度考虑进去, 这就使得计算出来的结果中周期较长, 计算结果偏小。而在实际计算过程中, 为保证计算结果的准确性, 应该根据建筑物不同的结构类型及填充墙的数量来调整周期折减系数。本工程中主楼为剪力墙结构, 其填充墙较多, 而裙房及地下车库为框架结构, 填充墙较少, 因此计算时应该区分开来。第二, 主楼还应该考虑连梁的刚度折减。在承载能力极限状态和正常使用极限状态设计中, 高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析。但剪力墙结构中的连梁刚度相对墙体刚度较小, 而承受的弯矩和剪力往往较大, 超筋现象严重。因此, 抗震设计时, 可考虑在不影响其承受竖向荷载能力的前提下, 允许其适当开裂而把内力转移到墙体等其他构件上。根据该工程的具体情况, 我们将连梁的刚度折减系数取值为0.55。

我们采用了以下方法对负二层顶梁、板进行计算。我们对其进行了两次计算, 第一次, 输入人防荷载, 并取连梁刚度折减系数为0.55, 将结构体系选定为剪力墙结构, 取0.9为周期折减系数, 计算结果中我们只选取主楼部分的结果;第二次, 将人防荷载取消, 将结构体系选定为框架结构, 不需要考虑连梁刚度折减系数, 而将周期折减系数调整为0.8, 此次计算结果中我们只选取裙房部分。这样虽然增加了计算的工作量, 但是计算出来的结果则更符合结构的实际受力状况。

3 构造设计

由于人防工程需要承受的荷载较大, 而且需要承受核弹爆炸的动荷载作用, 因此其结构材料、抗渗等级、构件的最小厚度等都要高于普通结构的要求。

地下人防工程结构构件的截面尺寸往往比较大, 因此, 在进行配筋设计时, 应该注意避免出现配筋率小于最小配筋率的情况, 以防止结构物在荷载的作用下产生脆性破坏, 出现突然压溃现象。

地下人防工程的板、墙等都应该采用双面配筋, 并且按照规范要求设置梅花形拉筋, 确保构件在震动状态下钢筋与混凝土结合良好, 共同受力。

地下人防工程不宜在防护单元内设置沉降缝、伸缩缝。因为, 要想让这些缝又能够阻止抵抗巨大的冲击力又能起到其自身的功能几乎是不可能的。应该在室外出入口和主体结构想连接的位置设置沉降缝。

4 结语

高层建筑下附建式地下人防工程是最为广泛应用的一种类型, 其结构设计的优劣直接关系整个人防工程的质量, 关系到人们的生命财产安全, 因此, 我们在进行人防工程结构设计时应该选用合理的结构形式, 采取恰当的计算方法, 充分利用计算机电算程序, 做到既简化计算又要与工程的实际情况相符合, 达到优化设计的目的。

参考文献

[1]GB50007-2002, 建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]JGJ3-2002, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[3]GB50038-2005, 人民防空地下室设计规范[S].2005.

高层建筑下人防工程结构设计研究 篇8

1 工程实例

某高层建筑为住宅楼,主楼一共26层,地下有2层地下室,分别为储藏室和人防地下室。人防地下室多数会被设计者安置在负二层。其人防等级为核6级。地下停车场建在主楼的四周,采用的是框架结构、独立式基础形式。其基础的底标高同主楼的基础底标高相同,顶板标高设置在负一层的层间。顶板上方实行了1.6m的覆土结构。车库和主楼为一体结构。此外,工程还建设了2层裙房,位于主楼之外,使用的是框架结构。裙房与主楼脱开是从车库顶板开始。

2 人防工程概述

2.1 人防工程概念及主要工程类型

人防工程,全称是人民防空工程,工程建设目的是战争发生时期为人民群众提供安全防护场所,人们可以在该处进行物资隐藏、人员躲避及医疗救护等。近年来,人防工程主要形成了4种建筑类型,包括坑道式、地道式、附建式及单建式。其中,高层建筑中尤以附建式的应用最为广泛[2]。附建式的人防工程,其建设步骤相对较少,建设方便,对建筑面积的要求不高,同时建设投入资金较少。对战争时期的避难有很好的应用效果,防空能力比较强。目前,其是防空工程建设的主体建设,应用最为广泛。值得一提的是该建筑形式的经济效益。因为附件式的结构多是建在建筑主体内部的地下,相比较其他结构来说,其相当于是一体的建筑结构,对节约建设成本的工程来说其是首选。目前,很多建筑尤其是高层建筑在建设最初就会设置地下室,人防工程建成后可以临时用来储藏各种物品,充当储藏室使用。此外,可以临时作车库使用,如图1所示。战时则可以转为避难场所。其使用价值显著,经济效益明显。

2.2 人防工程设计原理

人防工程结构在进行设计时,一定要充分考虑其防护能力,增强其核弹爆炸后的冲击荷载。所以,在设计时一定要简化计算动荷载的内力计算,使其与动荷作用状态的受力情况保持一致。主要方法可以采用等效静载法等。

3 人防工程结构设计的最终研究结果

3.1 基础设计研究

良好的结构承载力,加之结构可靠性才能构建一个良好的人防基础结构,进行承载力和可靠性的判定,需要对这些内容进行详细的分析和计算。同时,在设计中要充分地考虑其经济效益,只有多方面的研究和计算下才能构建最佳的人防工程。首先,从安全性考虑,在进行人防工程结构设计时一定要验算结构的承载力。在设计时,要选择最不利的情况作为控制参照。验算要从两方面一同进行,一是和平时期的验算。验算方法为活载、恒载乘以其具体相应的分项系数。二是战争时期的验算。要考虑到核弹爆炸等效静荷载和恒载,这时可以不用考虑活载。核爆荷载不用乘以分项系数。因为高层建筑主楼的层数很多,其结构自重很大。所以,在对其进行基础设计时,一定要计算出2个不同时期的数值,然后比较之后取其中的最大值[3]。

在设计施工裙房时,为了节省化工产品的施工成本,提高建筑结构的稳定性,所以一般都设计2层左右,使用独立式建筑基础施工方式。这种两层结构的设计施工一定要充分考虑其本身的防水功能,所以多会设计一层防水板,既能够提高建筑结构的稳固性,还较为经济实惠,具有节能环保效应。实际的建筑设计有时会出现结构分离四周的土壤情况,为了提高其稳定性,必须在地下人防结构中铺设土壤,此次工程中1.6m厚的土壤铺设就是因为此种目的。一系列的地下结构建设目的都是为了保障结构的稳定性及可靠性。

还有就是考量主楼基础下的地基承载力的深度问题。一些建筑的主楼地下室四周设有裙房地下室,如果其设计采用的是筏型基础,加之其负载重量相同于挖出的土体重量,那么进行深度修正就可以按照地面至楼的基底距离设计即可。本文研究的是独立基础形式,所以裙房基础的修正深度就可以依照主楼的地基至裙房地下室的地面距离。

3.2 顶板设计研究

高层建筑中的人防工程多建在地下,所以其上部的结构一定要具有一定的安全性和稳固性,这样才能承托起整个高层建筑。一个高层建筑最重要的建筑就是地基建设,一旦地基建设做不好,很可能造成高层的稳固性受到影响,严重情况下可能会致使楼层坍塌,危害人民群众的生命安全。可见顶板设计对高层建筑的稳固性有很大的影响。在设计地下人防的上部结构时,其型式选择一定要合适且匹配。对于本项工程来说,地面不用设计人防结构,只要选择好构件的结构尺寸及合理荷载即可。

3.3 构造设计研究

良好的人防工程需要具备一定的承受荷载能力,尤其是承受一些大爆炸引发的动荷载作用。所以,该项工程的建设所需的结构材科及抗渗等级等必须较普通的建筑结构高,同时构件的最小厚度也要高于普通结构。通常地下人防工程中的结构构件需要较大的截面尺寸,所以在设计时一定要充分控制受力钢筋的百分率。这样就能够增加结构的荷载能力,减少压塌、崩溃现象。在对地下人防工程的板和墙进行结构设计时,要对其两面都加设钢筋。增加混凝土和钢筋共同受力作用。值得注意的是,伸缩缝和沉降缝切勿设置在防护结构内。在室外的出入口或者在与主体结构连接的部分设置沉降缝为好。

4 结语

目前的高层建筑设计中,人防工程是其重要的结构设计部分之一。相关的人防设计结构不断优化,正在积极融合高层建筑理念,尽量满足高层建筑的设计要求。本文结合高层建筑的设计案例对其中的人防结构设计问题进行了相关论述与研究,概述了其设计概念与设计原理,并具体提出了相关的基础设计、顶板设计及构造设计等。

摘要：目前,我国城市建设不断发展,高层建筑逐年增多,其相关的安全防护工程日渐受到人们的关注与重视。由于人防工程关乎人民群众的财产和生命安全,所以其结构设计等问题备受关注。基于此,针对高层建筑中此项工程的结构设计情况进行相关研究与分析,力求进一步提高人防工程的安全防护作用和建设价值。

高层建筑结构设计研究 篇9

随着社会的发展, 人类社会逐渐工业化、商业化、城市化。随着城市人口的日益增多, 造成了城市生产和生活用房紧张, 地价的昂贵迫使人们不得不考虑对空间的竖向利用。建筑由多层发展到高层, 满足了人们生产和生活的需要。如何做好建筑设计, 是结构工程师在结构设计中需要考虑的重要问题。

二、抗震设计问题

在抗震设防中应做到三水准抗震设计目标, 即“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”。对于不同重要性的建筑物, 可采取甲、乙、丙、丁四类抗震设防类别。

因此在高层建筑结构设计中应遵循刚柔协调原则, 拥有足够的延性。同时, 在抗震方面应遵循多道设防原则。当第一道防线的抗侧力构件在强震作用下遭到破坏后, 后续的第二道甚至第三道防线的抗侧力构件应立即接替, 挡住地震的冲击, 从而保证建筑物不倒塌。多次震害表明, 重力荷载是结构在遭受地震作用破坏后发生倒塌的最直接原因。因此, 在高层建筑结构的抗震设计中, 选材要遵循轻质高强原则。在拥有足够的强度和变形的同时, 材料自重应尽可能轻。在分合原则中应充分利用抗震缝的作用, 合理设置抗震缝。最后在设计高层建筑结构时, 应优先采用成熟的新技术和可靠的新型产品, 以提高设计水平, 以便取得良好的经济效益。

在设计建筑结构时, 通过结构自身的抗震性能 (强度、刚度、延性) 来抵抗地震作用是一种被动消极的抗震对策。一旦发生破坏将产生严重地经济损失和人员伤亡。因此, 要加强结构减震控制, 即对结构施加控制装置。由控制装置和结构共同承受地震作用, 来调谐和减轻结构的地震反应。基础隔震就是一种很好的方式, 它通过设置隔震装置系统形成隔震层, 延长结构的周期。使结构基本上处于弹性工作状态, 从而使建筑物不产生破坏或倒塌。耗能减震则是通过设置耗能减震装置 (如摩擦耗能器、粘滞阻尼器) 有效地消耗或吸收地震输入结构的能量, 来减小主体结构的地震反应。从而避免结构产生破坏或倒塌, 达到减震控震的目的。

三、防排烟系统设计问题

1. 没有正确认识排烟方式的差别

在进行一些高层建筑的防排烟系统设计时, 一些开发商为了能够扩大利润、节省资金, 会在防烟楼梯间、前室的防烟设施以及消防电梯前室的设计中使用自然排烟的方式, 而不是设计相关的机械防烟设施。但在实际生活中, 在高层建筑中使用自然排烟的方式是非常行不通的。

2. 未对不具备自然排烟条件的封闭楼梯间进行防烟设计

在进行高层建筑的结构设计时, 尤其是像一些大型的商场, 在其中间部位设置封闭的楼梯。为了节省一定的资金, 将商场的可使用面积增大。在很多高层建筑结构设计中, 没有根据有关规范进行设正压送风, 也没有增设前室。

四、高层建筑结构设计中的扭转问题

我们将建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心称为建筑三心。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, 尽最大的可能使建筑物做到三心合一。

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。在结构平面布置时, 应尽可能使结构处于对称状态。

五、高层房建筑结构的强度和延性

结构在受力进塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力, 为避免倒塌, 尤其是在结构抗震设计中, 一方面要保证结构具有足够的强度;另一方面, 要保证结构具有一定的延性。强度要从电算的位移刚度等进行控制, 而延性则主要从以下几个方面控制, 以防结构的脆性破坏。

1. 构件截面抗震承载力调整

水平地震作用与重力荷载效应组合对应的结构构件截面抗震承载力须根据受力状态进行调整放大提高, 以达到结构的柔性破坏。

2. 竖向构件轴压比控制

高层建筑竖向构件在重力荷载、水平荷载共同作用下的轴压比控制是保证高层建筑结构延性和安全度的重要措施之一, 轴压比的高低直接体现了构件延性的优劣。轴压比较低的构件延性较好, 反之延性较差。因此, 地震作用效应组合下的竖向构件轴压比必须满足规范限值。

3. 结构构件剪压比控制

高层建筑各类结构构件在重力荷载、水平荷载共同作用下的剪压比控制, 是保证高层建筑结构延性、安全度的又一重要措施。

4. 结构构件合适含钢率选择

高层建筑结构构件截面尺寸及混凝土强度等级合适确定后, 构件配置的各种受力钢筋和非受力构造钢筋具有合适的含钢率, 是控制高层建筑结构强度、刚度及裂缝, 使之能正常工作的另一个极其重要的设计原则和手段。合适含钢率的配置是现浇钢筋混凝土高层建筑结构本身应有特性的体现。

六、高层建筑结构体系问题

高层建筑结构体系也是多种多样的。

框架结构体系是由梁与柱这两类构件通过刚节点连接而成的, 其整个结构荷载均由框架承担。根据其构成不同又可分为钢筋混凝土框架、钢框架和混合结构框架三类。这种结构体系具有可以较灵活地配合建筑平面布置的特点, 一般都有较大的空间。但框架结构的框架节点具有应力集中显著、侧向刚度小、属柔性结构等缺点。

剪力墙结构体系是承受建筑物竖向和水平荷载的主体结构, 其结构整体性好、刚度大, 但其间距通常为3~8 m。间距不能太大, 否则平面布置不灵活, 则很难满足大空间的建筑要求, 而且结构自重较大。

框架——剪力墙结构体系是在同一结构中同时采用框架和剪力墙结构, 共同承担竖向和水平荷载, 可以起到取长补短的作用。框架底部和剪力墙上部的层间相对位移会因协同工作而减小, 从而降低了整个结构体系的层间相对位移和顶端位移, 提高了结构的侧向位移;剪力墙的存在不但使框架各层梁、柱弯矩值降低, 而且使各层梁、柱弯矩沿高度方向的差异减小, 在数值上趋于均匀。因此, 框架剪力墙结构的抗侧刚度和承载能力较好, 抗震性能也较好。

筒体结构体系是由一个或多个实腹筒体或非实腹筒体组成的结构体系。它比框架——剪力墙结构具有更大的强度和刚度。根据筒体的组成形式不同可分为框筒结构、筒中筒结构、筒束结构等。巨型结构体系是指一幢建筑中由数个大型结构单元所组成的主结构与常规结构构件组成的子结构共同组成了建筑的结构体系。其结构刚度大, 空间协调性好。具有良好的抗风、抗震性能和更大的稳定性。另外, 其在建筑使用空间布置方面也有良好的建筑适应性。

七、结语

人口的不断增长, 建筑用地的逐渐增多, 加快了我国高层建筑的建设步伐。只有对高层建筑进行高效地、准确地分析, 才能保证高层建筑结构设计的可靠性。通过对以上高层建筑结构设计中几个问题的分析可以看出, 关于高层建筑结构设计的方面还存在着许多问题, 我们必须对高层建筑结构设计的方方面面进行分析和思考。实践表明在高层建筑的结构设计与施工过程中, 设计及技术人员只有概念清晰, 措施得当, 才能不断地完善和发展高层建筑。

摘要：近年来, 我国城市建筑的高度不仅越来越高, 外形也越来越多样化, 这些都给高层建筑的结构设计带来了很大的挑战。在高层建筑结构设计中, 我们必须对一些重点问题进行分析和研究。本文主要阐述了在高层建筑结构设计中的一些问题。

关键词：高层建筑,结构设计,问题

参考文献

[1]翁映华.高层建筑结构设计中应注意的若干问题[J].有色矿山, 2001 (06) .

高层建筑结构设计研究 篇10

随着城市化进程的加深, 高层建筑的不断涌现, 具有整体好、刚度大、位移小等优点的钢筋混凝土也随处可见。实际上, 钢筋结构的设计是高层建筑的关键和重点。随着经济的发展和社会的需要, 高层建筑的功能要求也越来越复杂, 相应的结构体系也更加的多样化, 这使得在高层建筑设计和施工中会出现各种问题。基于此本文提出“高层建筑钢筋结构设计与施工技术研究”的命题, 目的是通过对钢筋结构设计与施工技术的探讨, 促进我国高层建筑的发展。

二、高层建筑钢筋结构设计

高层建筑钢筋结构设计是为了高层建筑的稳定和安全, 基于此, 高层建筑钢筋结构设计必须遵循相应的原则:安全可靠性, 持久耐用性以及经济适用性。下面将从梁柱主筋受力处钢筋设计, 墙梁节点钢筋设计和主梁节点和次梁节点的设计三个方面介绍高层建筑钢筋结构设计。

1、梁柱主筋受力处钢筋设计

高层建筑的钢筋结构中, 由于框架柱和框架梁在主筋受力处会产生矛盾, 因此在设计中必须考虑框架柱和框架梁的受力问题, 坚持“强剪弱弯、强柱弱梁”的设计原则, 也就是说, 在设计过程中必须保证框架柱受力主筋的位置, 避免框架梁截面宽度与框架柱的边长等长或者是框架梁一边与框架柱想重合。为保证上述过程, 采取的对策主筋从框架柱内侧通过, 框架梁靠近柱侧增加四根钢筋作为架立, 用于保证框架梁截面宽度的长度。

效果分析:通过以上方法设计梁柱主筋受力处钢筋设计, 可以保证柱主筋受力位置的确定, 并得到设计师的认可, 并在施工中得到广泛应用。

2、墙梁节点钢筋设计

对于框架-剪力墙结构来说, 由于主次框架梁都直接放在筒墙体暗梁或过梁的核心处, 易出现:如果框架梁截面、暗梁以及过梁具有相同的截面高度, 会使框架梁与核心筒的暗梁或过梁在主筋方面产生矛盾。为了避免此种情况的产生, 一般采用的设计原则是:依据框架梁在固定端处的弯矩方式, 框架梁在支座处应采用上拉动铁处, 挤压下铁位置, 同时在暗梁或过梁的位置扭动, 但要保证暗梁与连梁在箍筋处的完整。如图所示为为固接框架梁弯矩的示意图, 可以使大家更好的了解什么是弯矩结构。

具体措施为:在过梁的下铁处设置两排少于六根主筋的布置, 框架梁下铁则布置在两排少于六根主筋的位置中间, 并依照接头全部处于支座周围, 并以比例50%错开;框架梁上铁应直接放置在过梁上铁位置, 用于保证锚固长度的设计要求;将过、暗梁截面减少5cm, 框架梁的上铁直接放置在过梁位置, 来保证钢筋保护层的深度。

效果分析为:为预防过梁箍筋收到破坏, 采取的调整框架梁下铁受力主筋位置的方法已经得到认可;在锚固长度的设计要求下, 将过、暗梁截面减少5cm, 框架梁的上铁直接放置在过梁位置, 来保证钢筋保护层的深度, 也得到很多的应用。

3、主梁节点和次梁节点的设计

高层建筑钢筋结构的框架剪力墙设计中, 重点是主梁节点和次梁节点的设计, 特别是主梁节点的设计已经成为当今剪力墙设计的焦点。传统的设计是:次梁上铁设置在主梁钢筋之上, 而板筋却设置在次梁主筋上, 这容易导致位置设置出错, 便不能满足钢筋保护层厚度的需求, 从而严重影响其抗震能力。因此设计的关键是:位于主梁上方的次梁应在延伸到悬挑梁处的主梁的上侧, 因而在设计时应保证悬挑梁的尺寸, 不能过小。框架梁与劲性柱在主筋上关于锚固长度关系。

三、高层建筑钢筋施工技术

在高层建筑钢筋施工中, 首先要做的是统一测量的仪器以及钢尺的量具。我们知道建造高层大楼设计很多的测量仪器, 包括:土建方面的测量仪器和钢尺、钢结结构方面的测量仪器和钢尺等, 如果不统一这次仪器和钢尺, 会严重影响建造的过程以及传递, 因而必须采取国家统一的计量单位和标准。

其次, 应对轴线、标高和地脚螺栓进行定位。一般来说, 轴线的定位是依据场地的宽度, 在建筑物外部或内部进行确定的。设置控制桩, 用于确定经纬仪和激光仪的位置, 通常以满足通视、可视为基准。钢柱长度一般采用2-3层为一节, 来满足起重量以及运输。每一节的定位柱子到下一节的定位轴线, 应从地面引致高空。地螺栓则是用在第一节钢柱时, 用于控制平面大小和标高所采用临时措施。

再次是钢柱制作与安装。钢柱作为高层建筑中主要的竖向结构部件, 在制作过程必须现行规范其验收的标准。钢柱柱脚的环板定位及附件安装为:首先做好防腐或除锈的工作, 根据现场吊装要求及运输, 确定钢筋长度 (一般低于12cm) , 控制焊接尺寸以及防变形和保持对称, 用于实现焊接后的平直, 附件安装时应符合需求。

最后是钢梁柱的制作与安装。钢梁柱在高层建筑中一般采用的是H型结构, 这需要较好的任性和连通性。一般在制造过程中, 在框架梁所设置悬臂梁, 悬臂梁上下翼缘采用剖口熔透焊缝方式与钢柱相连。在安装时, 应先焊接下翼缘, 再焊上翼缘, 腹板利用高强度螺栓进行连接。

四、结束语

高层建筑钢筋结构的设计与施工技术在高层建筑中至关重要, 但也是一项长期的、复杂的工程, 应必须充分重视。在以后的发展中, 必须研究相关素材进行总结与摸索, 找出更多的结构设计方法与施工技术, 促进高层建筑的发展。

参考文献

[1]霍英杰.浅析高层建筑钢筋结构设计及施工工艺[J].科技创新与应用:191.

高层建筑消防系统的设计研究 篇11

关键词消防;设计;建筑工程

中图分类号TU976文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0112-01

消火栓给水系统是高层民用建筑的最基本的灭火设备,不论何种类型的高层民用建筑,不论何种情况都必须设置室内外消火栓给水系统。在高层建筑中,有些场所因有易燃、可燃气体或存在与水接触会引起燃烧、爆炸的物质、发生火灾时不能用水扑救。有些场合用水灭火会造成严重的水渍损失。这就要求高层建筑内部除了设置消防给水系统外,还应根据其内部不同房间或部位的具体功能、性质的要求,选择设置适宜的灭火装置,用以控制和扑灭火灾。

1高层建筑消火栓给水管网布置

建筑消火栓给水系统一般由水枪、水带、消火栓、消防管道、消防水池、高位水箱、水泵接合器及增压水泵等组成。高层建筑室内消防给水管道应布置成环状。需要由环状管道上引出枝状管道时(例如设置屋顶消火栓),枝状管道上的消火栓不宜超过一个。室内环状管道的进水管不应少于两条,并宜从建筑物的不同方向引入。若在不同的方向引入有困难时,宜接至竖管的两侧,若在两根竖管之间引入两条进水管时,应在两条进水管之间设置分隔阀门。当其中一条进水管发生故障时,其余进水管应仍能保證全部用水量。

室内消防给水管道为环状管网时,应采用阀门分成若干独立段。高层建筑应保证检修管道时关闭停用的竖管不超过一根,当竖管超过四根时,可关闭不相邻的两根;高层建筑的裙房及多层建筑应保证检修管道时停止使用的消火栓在一层中不应超过五个。阀门常开,并应有明显的启闭标志。室内消防环状管网上阀门的设置,除满足上述相关要求外,还应符合下述原则设置:应在每根立管上下两端与供水干管相连处设置阀门;水平环状管网干管宜按防火分区设置阀门,且阀门间同层消火栓的数量不超过五个,任何情况下关闭阀门应使每个防火分区至少有一个消火栓能正常使用。

在建筑物走廊端头,应设消防立管,走廊的立管数量,应保证单口消火栓在同层相邻立管上的水抢充实水柱同时到达室内任何部位的要求,其间距由计算确定。但消防立管的最大间距不宜大于30米。一般塔式住宅设置两根消防立管,高度小于50米、每层面积小于500米,,且可燃物少的耐火等级高的建筑物,设置两根立管有困难时,亦可设一根立管,但必须用双出口消火栓。

2高层建筑消火栓布置

室内消火栓应设在易于发现,易于取用的地点,严禁伪装消火栓,消防电梯前室应设消火栓。消火栓的间距应能保证同层相邻的两个消火栓的水枪充实水柱同时到达室内任何一点。消火栓水枪的充实水柱的确定。当室内消火栓栓口直径、水龙带长度和水枪喷嘴口径已经确定后,水枪充实水柱应根据建筑物层高再通过计算确定。以保证水枪充实水柱能达到室内任何部位,包括顶棚。只有在计算得出的充实水柱小于“高规”规定的10米时,才采用规范规定的充实水柱值。

室内消火栓布置的具体要求:每个消火栓处应设启动消防水泵的按钮,并应设置保护按钮的措施。高层建筑室内消火栓的直径采用65毫米,配备的水龙带长度不超过25米,水枪喷嘴口径不应小于19毫米。按照消火栓的机械强度,其所承受的静水压力不应大于1兆帕,若果超过时,应采取分区给水或在消火栓处设减压措施。

3高层建筑消火栓给水系统的安全设施

消防管网上的阀门:高层建筑室内消防给水管网应设置一定数量的阀门,以保证火场供水安全,阀门的布置应使管道在检修时,被关闭立管不超过一条。一般可按分水节点的管道数n-1的原则布置。

屋顶消火栓:高层建筑屋顶应设检查和试验用的消火栓,供本单位和消防队定期检验室内消火栓给水系统的供水能力时使用,这对保护本建筑物免受临近火灾的威胁有良好的效果。

水泵接合器:高层建筑消防给水管网系统均应设置水泵接合器,水泵接合器是消防车往室内管网供水的接口,当室内消防水泵发生故障或室内消防用水量不足时,消防车即从室外消火栓、消防水池或天然水池取水,通过水泵接合器将水送至室内管网,保证室内火场用水。

消防水箱:在高层建筑独立的临时高压消防给水系统,或区域集中高压消防给水系统中,扑灭初期火灾,主要依靠消防给水系统中贮存一定消防水量的水箱。当室内某处发生火灾而消防水泵尚未启动时,依靠高位水箱的设置高度而产生的压力作用,把水箱中贮备的消防用水输送到火源附近的消火栓进行灭火,这是一种在火灾初期非常经济可靠的措施。

消防水泵应设工作能力不小于主要消防水泵的备用水泵,消防水泵应采用自闭式吸水;每台消防水泵应设独立的吸水管,水泵的出水管上应装设试验和检查用的放水阀门,消防水泵房应设不少于两条出水管与环状管网连接。

4自动喷水灭火系统的选择

报警阀前的管网可分为环状管网和枝状管网,采用环状管网的目的是提高系统的可靠性。当自动喷水灭火系统中设有两个及以上报警阀组时,报警阀组前宜设环状供水管道。报警阀后的管网可分为枝状管网、环状管网和格栅状管网,采用环状管网的目的是减少系统管道的水头损失和使系统布水更均匀。自动喷水灭火系统的管网分为枝状管网、环状管网和格栅状管网,枝状管网又分为侧边末端进水、侧边中央进水、中央末端进水和中央中心进水4种形式,自动喷水系统的环状管网一般为一个环,当多环时为格栅状管网。

一般轻危险等级宜采用侧边末端进水、侧边中央进水,中危险等级宜采用中央末端进水和中央中心进水,以及环状管网,对于民用建筑为降低吊顶空间高度可采用环状管网,配水干管的管径应经水力计算确定,严重危险等级和仓库危险等级宜采用环状管网和格栅状管网,湿式系统可采用任何形式的管网,但干式、预作用系统不应采用格栅状管网。建筑内设有不同类型的系统或有不同危险等级的场所时,系统的设计流量,应按其设计流量的最大值确定。多个雨淋阀并联的雨淋系统,其系统设计流量,应按同时启用雨淋阀的流量之和的最大值确定。

5结语

随着国民经济的发展,高层建筑越来越多,超高建筑也层出不穷,只有不断提高高层建筑消防给水系统的安全可靠性,才能充分保障人民群众的生命财产安全。高层建筑消防给水系统的超压问题必须得到重视,应进一步研究减压的装置和技术措施,提高高层消防给水系统的承压能力,确保消防给水系统不超压,保障消防供水安全。

参考文献

[1]王建平.高层建筑消防给水系统常见问题及其对策[J].山西建筑,2010,

10:167-168.

[2]方立新.高层建筑扭曲形态下的结构应变[J].建筑与文化,2010,02:87-89.

高层建筑剪力墙结构优化设计研究 篇12

高层建筑普遍采用钢筋混凝土结构, 根据抗侧力单元的不同, 我们可以将这些结构分为筒体结构、框架结构和剪力墙结构。相比而言, 这三种结构中的剪力墙结构体系拥有较好的刚度, 整体性能较好, 在抵抗侧向变形和抗震性方面都有良好的表现, 所以在高层建筑中被广泛使用。在建筑中, 进行结构设计的最终目的是要实现建筑安全, 而要真正实现建筑安全, 在结构设计的时候还要将技术的可行性和各种建筑配合进行综合考虑, 最终采取性价比最好的结构设计方案。目前国内建筑的结构设计, 由于设计人员专业意识的淡薄, 在设计过程中往往会忽略某些细节, 而这些细节正是结构优化设计的空间所在。从整体上把握、从细节处着手, 这是建筑结构优化设计的重要方向。

1 剪力墙结构体系优化设计原则

1. 1 利于抗震, 承载能力强

在剪力墙结构体系设计的时候, 首先要考虑到其安全性, 所以要在设计的时候遵循荷载能力强, 有利于抗震的设计原则。在设计中, 为了遵循这一设计原则, 必须要对剪力墙的适宜刚度和合理数值进行科学考虑。在整个体系当中, 剪力墙是最重要的抗震构件, 根据以往的经验, 在地震中, 剪力墙刚度越大, 所受的损伤就越小, 但是刚度越大, 其工程成本也就越高, 所以在刚度设计的时候, 要把握好尺度, 在经济的原则上合理把握剪力墙的数量, 使其既满足承载能力的要求, 又不会造成额外的成本支出。对于剪力墙数量, 一般考虑两个因素, 一方面控制结构的水平位移, 另一方面就是控制地震力。这二者进行综合考虑数量即可确定。

1. 2 材料力学性能明显

在剪力墙结构体系设计的时候, 为了发挥结构体系的最大作用, 一定要将材料的力学性能考虑在内, 这样才能使材料性能在整体结构中充分发挥作用。所以在进行结构优化设计的时候要考虑两方面的因素。 (1) 应该尽量的减少小墙肢和短肢墙的数量。在高层建筑中, 剪力墙结构的侧向刚度取决于剪力墙的侧移刚度, 通过减少小墙肢和短肢墙的数量来发挥建筑材料的力学性能, 在设计成本方面会有很大的节省。 (2) 在设计中要控制墙肢长度的差异。墙肢长度的差异过大, 不利于材料力学的完整性体现, 也会影响整个结构体系的受力。

1. 3 结构经济合理

为了完成经济合理的设计目标, 在设计的时候要进行两方面的考虑。 (1) 材料运用的设计。在建筑中材料浪费是造成建筑成本升高的主要原因, 所以在剪力墙结构体系的设计中, 要做好短肢墙中箍筋和水平分布的钢筋的合并, 这种合并设计会使得工程中的钢筋用量减少, 但是并不会影响工程质量, 是节约成本的重要设计环节。 (2) 要合理处理剪力墙的开洞。在高层建筑当中, 除去必要的门窗洞之外, 往往还需要根据结构布置设计结构洞。从优化设计的经济原则考虑, 剪力墙尽量设计为长墙, 以此来减少结构洞, 从而减少建造成本。

2 工程实例分析

2. 1 概况

某工程为高层建筑混凝土剪力墙结构, 这项工程的总建筑面积约12 570 m2, 建筑的总层数为地上32 层, 局部33 层, 地下共有2 层, 楼层的层高均为2. 8 m, 整体建筑的高度是92. 4 m。此工程的设计基准期为50 年, 设计的抗震强度是9 度。此工程在设计的时候, 关于抗震强度的参照依据是当地的抗震设防强度, 在整体设计构造上也严格的按照GB50009 - 2012《建筑结构荷载规范》的要求来进行。总体来说, 此工程在剪力墙结构优化设计方面做了非常到位的工作。图1 为剪力墙模板平面图。

2. 2 结构方案布置

此工程在结构方案的布置上并没有内收外挑的情况, 整体布置具有一致性, 只是在屋面层存在着楼板跃层和局部突出的现象。在优化结构整体方案的布置上, 建筑竖向刚度的变化主要体现在分段式改变结构构件的截面尺寸和混凝土的强度等级方面, 为了方便施工, 也为了建筑质量的统一性, 改变的次数不宜过多。但是从结构受力的角度来分析, 改变次数过少就会造成每次改变的刚度突变, 这样的刚度改变对于建筑存在安全隐患, 所以在综合考虑的情况下, 决定将改变结构构件截面尺寸和混凝土强度等级错开使用, 避免出现同楼层的刚度突变。在这样的结构布置下, 为了加强建筑物安全, 混凝土的强度等级由下而上逐渐递减, 一方面是考虑荷载力, 另一方面就是考虑混凝土等级的渐变性。

2. 3 参数取值设计

为了使得结构设计更加优化, 在参数取值上也进行了多方面考虑, 最终设计的参数取值如下: 就容重方面而言, 混凝土容重为27. 5 k N/m3, 钢材的容重为77. 0 k N/m3, 对于梁、柱、墙的主筋和箍筋的强度以及墙分布筋, 还有边缘构件的箍筋强度均取用360 N/mm2。在阵型组合数方面共采取18 个阵型, 而将连梁刚度的折减系数取值为0. 55。在整个设计中, 全部只考虑偶然偏心的影响, 而将双向地震作用排除在外。另外就是在计算的时候, 通通利用的是平扭耦连的方式进行抗震计算。

2. 4 结构优化对比分析

在剪力墙结构的对比分析中, 通过对设计效果的整体把握, 分别从四个方面进行了对比。 (1) 楼层的侧移刚度。楼层侧移刚度是剪力墙体系中的重要内容, 此次对比是将以往的剪力墙结构和优化设计下的剪力墙侧移刚度进行对比, 结果发现在优化结构设计下, 虽然剪力墙在材料等方面做除了节省, 但是其侧移刚度依然保持着很好的质量安全。 (2) 楼层层间位移角的对比。楼层位移角的对比主要是根据GB50045 - 95《高层民用建筑设计防火规范》的要求对其进行质量方面的比较。 (3) 对地震反应力和减震比的对比。 (4) 周期比的对比。通过四方面的对比发现, 在结构的优化设计下, 整个高层建筑的质量安全完全在建筑标准要求之内, 而且由于在设计上进行了优化, 各方面的水平都具有了显著的提高, 也节省建筑成本。

3 剪力墙结构材料用量分析

3. 1 混凝土用量

在剪力墙结构体系中, 普遍采用的是钢筋混凝土的结构, 在这种结构之下, 混凝土的使用必不可少。但是在优化结构设计中, 混凝土的使用量相比未进行优化的设计有了明显的减少, 主要体现在两个方面: (1) 在优化结构设计中, 由于减少了短肢墙和小墙肢的数量, 所以在这方面, 混凝土的用量大量减少; (2) 由于优化结构设计充分的考虑了建筑材料的力学性能, 所以有一部分混凝土的承重可以通过对钢筋力学性能的分析得到很好的转嫁, 在这样的条件下, 混凝土的用量也显著减少。

3. 2 钢筋用量

钢筋混凝土结构中, 钢筋是必不可少的材料, 在剪力墙体系中, 钢筋发挥着重要的作用。由于设计结构的优化, 钢筋的使用大量减少, 主要也是体现在两个方面。 (1) 短肢墙中箍筋和水平分布的钢筋的合并, 使得钢筋的使用量减少, 这种材料用量的减少, 大大降低了材料的成本。 (2) 材料力学性能的充分发挥。在结构优化设计中, 由于对细节的把握, 使得一些边角的处理不再依赖钢筋材料的支持, 所以对于边角钢筋材料的使用得到大大的降低。总体而言就是, 在优化结构设计中, 钢筋的使用恰到好处, 而这种结构的优化设计, 使得钢筋用量显著减少。

4 高宽比对材料的分析

4. 1 变化层数改变高宽比

高宽比对于高层建筑材料的整体受力而言具有重要的影响, 首先就体现在变化层数可以改变高宽比。对于高层建筑而言, 高宽比只有处于相对稳定的结构中, 建筑的稳定性才最强, 由于建筑层数的增加或者是减少, 使得整个建筑的高宽比发生了变化, 而这种变化带来的不稳定性无法通过其他形式弥补, 只能借助建筑材料的力学性能进行整体受力的平衡, 使得建筑保持相对的稳定。也就是说, 由高层建筑层数的变化所引起的高宽比, 必须要利用建筑材料来进行解决和弥补, 而材料的选择必须要满足这种变化的需要。

4. 2 变化宽度改变高宽比

宽度的变化也会影响高宽比, 主要是因为宽度增加, 整个建筑中间层面的受力将会出现整体增大的情况。在这样的情况下, 必须加强层面中间部分的荷载能力才能保持建筑层面中间的稳定性。要达到这一目的, 就必须在层面中间进行材料支撑, 所用的材料还要必须满足建筑需求。

5 结束语

剪力墙结构体系在高层建筑中的使用非常广泛, 是因为这种结构体系在建筑方面具有更高的可操作性, 而且在质量上也有可靠的保证。所以为了更好地利用剪力墙结构体系, 使得剪力墙结构体系的优势得到更大地发挥, 在结构设计上进行优化, 掌握好各种因素对结构的影响, 从而进行结构的科学合理布置和方案的设计实施。

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