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高层建筑结构设计重点

高层建筑结构设计重点范文第1篇

【关键词】高层建筑;结构特点;体系;抗震设计;轴向变形

0.前言

由于高层建筑与多层建筑相比,最显著的一个特点就是“高”。因此,在进行高层建筑设计的时候,就需要在抗震以及自重等方面进行重点设计。本文主要论述了高层建筑结构的特点。由于高层建筑的特殊性,我们全面分析了高层建筑结构的特点,从而为对高层建筑设计的准确定位奠定良好的基础。另外,本文还分析了高层建筑结构体系,通过系统的了解高层建筑结构体系,在进行高层建筑结构设计中,把握其体系,促进高层建筑结构设计工作的顺利进行。

1.高层建筑结构特点

1.1抗震设计要求更高

在进行高层建筑结构设计的时候,有一项重要的设计就是抗震的设计。由于高层建筑结构的特点,本身高度就是非常的高[1]。因此,在抗震设计方面比多层建筑抗震设计要求要更高。由于我国是出现地震比较多的国家,因而在进行建筑物设计的时候,都要对其进行抗震设计,尤其是本文所谈到的高层建筑,更是要注重对其进行抗震设计。在实际的高层建筑结构的抗震设计中,除了要充分的考虑竖向荷载以及风荷载等因素外,还必须使高层建筑的结构具有良好的抗震的性能,具体实现的目标应该做到小震不坏,大震不倒。

1.2尽量减轻高层建筑的自重

在高层建筑结构设计中,需要对其建筑物自身的自重应该做到尽量的减轻,在一定的程度上来讲,减轻高层建筑的自重比多层建筑减轻的意义要更高。之所以这么说主要是从地基的承载力以及桩基的承载力方面进行考虑的,如果高层建筑物与多层建筑物在同样的地基或者桩基的条件下,减轻建筑物的自重就意味着不会增加基础的造价及其相关的处理措施。并且能够增加层数[3]。尤其是在软土土层具有非常明显的经济上的效益[2]。另外,尽量的减轻建筑物的自重能够提高高层建筑的抗震能力。如果高层建筑物的重量过大的话,那么作用在建筑物结构上的地震剪力就会增大,并且如果高层建筑物的重力过大的话还会造成重心高震作用倾覆力矩大,对建筑物竖向构件会产生很大的附加的轴力,进而造成附加弯矩会更大。

1.3 对水平力的设计

在以往的低层建筑及其多层建筑中,主要的建筑特点是对重力进行重点的设计,然而在高层建筑中,主要的设计上的一个要点是对其水平力进行相关的设计。由于在高层建筑结构中,高层建筑物本身的自重以及楼面使用的荷载在竖向构件中引起的轴力和弯矩的数值与建筑高度的一次方是成正比的;而高层建筑物水平的荷载对结构产生的倾覆力矩而引起的轴力,与建筑物的高度两次方是成正比的[3]。因此,在对高层建筑进行结构设计的时候,需要对水平力方面的具体数值进行准确的计算,将水平力的设计在高层建筑结构设计中作为一项重点的设计进行实施。

1.4 重视概念设计以及理论计算

在高层建筑结构设计中的抗震设计主要分为两部分,一是,计算设计,二是,概念设计。对于高层建筑结构的计算设计一般是在假定的条件下进行性,不论分析手段多么高,分析原则多么完善,但是由于地震的不确定性及其复杂性,以及地基土影响复杂性和结构体系本身的复杂性,容易出现对于高层建筑的计算设计与实际的数值有很大的偏差,特别是当高层建筑的结构进入弹塑性的阶段,往往会出现构件局部的开裂甚至是破坏,这时的结构已经很难采用常规的计算原理进行具体的分析。因此,在进行计算设计的同时把握好概念设计是非常有必要的。

1.5 轴向变形问题

高层建筑自身的一个特点就是比较高,因此,建筑自身的竖向荷载施加的作用力也比较高。进而常常会造成柱体内部轴向变形,甚至会影响到连续梁弯矩。另外,轴向变形还能够影响到整个高层建筑建筑预制构件下料的长度[4]。在进行构件的预制的时候,应该根据轴向变形的情况,进行系统和全面的计算,并且将结果作为下料的依据,对下料的长度进行及时的调整。

2.高层建筑结构体系分析

在我国的高层建筑结构设计中,对于建筑结构的体系上的选择,一般是选择采用钢筋混凝土的结构类型。结构体系主要分为,框架结构体系,剪力墙结构体系等。高层建筑的框架结构体系主要是由楼板,梁,柱,基础等构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架,是高层建筑的主要的承重结构,各个平面框的架由连系梁进行连接,从而构成了一个空间的结构体系。

2.1框架结构体系

应用框架结构体系主要有以下几方面的优势:一是,建筑平面的布置比较灵活,从而能够获得大的空间。二是,建筑的立面比较容易处理,结构的自重也比较轻,在其计算理论的理论上也较为的成熟。框架结构也有其自身的缺点,主要是框架结构的柔性比较大,从而导致抗侧力的能力较差,容易产生较大的水平位移。但是,由于采用框架结构能够提供较大的建筑空间,在平面布置方面也较为的灵活,从而可以适合多种工艺使用的要求,在高层建筑结构中已经得到了广泛的应用。

2.2剪力墙结构体系

剪力墙结构体系是指,在高层建筑结构中为了能够提高建筑结构整体的抗侧力刚度,从而设置的钢筋混凝土墙体,称为“剪力墙”,剪力墙在高层建筑结构中主要的作用是能够提高整个高层建筑的抗剪强度以及刚度。高层建筑采用剪力墙的结构体系,从历史的抗争能力上分析,剪力墙结构表现出非常好的抗震性能,从而大大的减少地震破坏的严重程度。高层建筑采用剪力墙结构主要适用于墙体较多并且房间面积不大的情况,从而可以使房间不露梁柱[5]。剪力墙结构的墙体较多,因而不太容易布置较大的房间,为了满足需要大空间的要求,可以在部分底层以及部分层取消剪力墙代之以框架,从而形成框支剪力墙结构。

3.结束语

本文对高层建筑的结构特点极其体系进行了相关方面的探讨与分析,通过本文的研究,我们了解到,在进行高层建筑结构设计时,应该全面的了解高层建筑的结构特点及体系,才能够在具体的设计中,把握相关的重点,规避不利的因素,在设计中将各个方面都能够考虑的充分,从而使高层建筑结构设计合理,促进高层建筑结构设计工作的顺利进行,同时也为高层建筑的顺利施工打下良好的基础。

【参考文献】

[1]于险峰.高层建筑结构设计特点及其体系[J].中国新技术新产品,2009,(24).

[2]Lu Min-rise building structural design features and precautions[J].The China new technologies and products,2011,(14).

[3]Zhao Minghua,Zhao Xiaohui design and analysis of the high-rise building structure in China[J].Private Science and Technology,2010,(05).

高层建筑结构设计重点范文第2篇

【关键词】高层建筑;结构设计;问题分析

中图分类号: TU208 文献标识码: A

一、高层建筑结构设计

近年来,高层建筑的迅速发展,高层建筑是一个复杂的结构模型。但建筑结构设计效果不理想,从而在结构设计过程中,建筑结构设计人员应根据建筑结构特点,认真研究建筑实践,合理设计,保证建筑的安全性和稳定性,发挥施工效率,以满足建设的使用要求。对高层建筑超高的问题,高层建筑结构的高度有严格的规定,不仅有限制规定的高度,并增加了对高层建筑结构设计的方法和措施,为了避免施工设计阶段后的更改,高层建筑结构设计必须遵循严格的约束规范。在高层建筑结构的设计,工程结构设计人员应考虑固定端设置,考虑嵌入地板端的设计,必须尽量减少或避免剪力的应用。与此同时随着建筑物高度的增加,高层建筑结构载荷不仅承担水平方向的受力,而且也承受着垂直方向上的载荷,这也是抗震的一种要求。在高层建筑结构设计过程中,不仅要考虑竖向荷载,同时还要考虑水平荷载作用。此外,在外力的情况下,建筑结构有一定的位移,包括弯曲,轴向变形和剪切变形。高层建筑轴向力较大,轴向变形产生显著,在建筑结构设计中要充分考虑轴向变形。

二、高层建筑结构设计过程存在问题分析

在一般情况下,高层建筑结构需要体现建筑结构水平,高层建筑结构设计是延性设计的重要指标,由于高层建筑具有楼层高的特点,从而高层建筑更容易发生变形,因此,在施工过程中,必须充分考虑如何保证高层建筑的延性,应该在建筑设计阶段采取相应的措施保证结构延性。所以从高层建筑结构设计过程的影响因素来分析,影响高层建筑结构设计过程的问题主要有:一方面是只注重优化结构尺寸。在高层建筑结构设计过程中,往往只注重几何结构最优截面约束条件的优化,而忽视整体结构的优化,但是有时形状优化比尺寸优化更有意义,尺寸优化根本无法接近最优的结果,因而为了改善应力状态,增加材料消耗,但是增加构件截面没有明显改善所存在的状况。在工程设计中,忽略了对高层建筑超高和建筑类型结构变化的问题,导致建筑方案审批不予采用,在这种情况下,整个建筑成本好项目建设期会受到很大的影响。另一方面是结构设计优化存在薄弱环节。由于实际结构往往是很复杂的,有许多设计变量和约束条件等因素的制约,甚至不确定因素使目标函数在成立后只能是相对最优解。目前高层建筑实际优化没有软件分析,因此这种优化方法的实现更加困难。许多高层建筑方案设计,结构和布局合理,同类型的结构构件截面也是常用的尺寸,但结果仍然存在一些薄弱环节。

三、提升高层建筑结构设计水平的措施

(一)合理设计高层建筑计算图

高层建筑设计计算需要基于结构计算图,才能确保高层建筑结构设计合理,如果计算图的选择不科学,那么就比较容易导致高层建筑出现意外事故,所以在一定程度上,高层建筑结构计算简图是确保高层建筑理性选择的安全设计。同时,建立相应的高层建筑计算图方法应保证建筑安全性设计。另外,高层建筑结构设计的原则是强剪弱弯,合理分配强弱压力,根据高层建筑工艺设计原则和结构要求,加强薄弱环节的加固,并把重点放在对构件的延伸性能和温度应力的要求上。

(二)确保高层建筑地基基础设计

高层建筑的地基基础设计是高层建筑的基本设计选择之一,根据高层建筑的地质条件进行合理选择,对高层建筑的结构类型和荷载分布进行综合分析,并综合考虑高层建筑的施工条件,研究相邻建筑物的影响因素,最终确定科学、合理的基础设计方案。基于程序的选择可以充分保障高层建筑地基基础设计的有效性,能够满足路基变形的检验要求。此外,在对高层建筑设计中需要进行详细的地质调查,确保高层建筑地基的基础设计。

(三)合理选择高层建筑整体结构

高层建筑的合理结构设计必须满足经济要求,并满足系统的结构形式要求。高层建筑的整体要求是受力明确,传力简单。在同一个建筑结构单元,应选择相同的系统结构,建设高层建筑需要符合当地的地理地形条件,满足工程设计要求,并且充分考虑施工条件,对建筑材料进行综合分析,实现整体结构的相协调,以确定该方案的结构合理科学。

(四)准确分析高层建筑结构计算结果

随着科学技术的不断进步,计算机技术已广泛应用于建筑结构设计之中,但是在目前的市场上,有许多形形的结构设计计算软件,通过使用不同的软件得到的结果可能不同,因此,高层建筑结构设计中应采取相应的施工措施,需要全面了解建筑设计软件的使用前提条件和建筑结构的设计范围是否相互匹配,科学合理的选择计算软件,同时由于高层建筑实际情况和建筑结构的计算机程序不一致,所以需要结合计算机进行辅助设计,避免软件本身所导致的缺陷,对计算机软件工程的结构设计应进行检查,确保得到高层建筑结构计算的精确结果。

四、结语

社会经济的迅速发展促进了高层建筑的迅速发展。高层建筑结构设计在建筑设计中起着非常重要的作用和意义。随着我国高层建筑的不断发展,高层建筑结构设计要求越来越高,本文对高层建筑的结构特征分析,探讨了高层建筑结构的设计原则,阐述了高层建筑结构体系的选择,并着重对高层建筑结构设计存在的问题及对策分析,可为建筑结构的顶层设计提供参考和依据。

参考文献:

[1]吴大炜.高层建筑的结构优化设计研究[J].四川建筑科学研究,2006(04):127-130.

[2]容柏生.国内高层建筑结构设计的若干新进展[J].建筑结构,2007(09).

高层建筑结构设计重点范文第3篇

中图分类号:[TU355] 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013

关键词:高层建筑 结构设计 经济合理 安全 可靠

城市空间是人类生产和生活所需要的重要因素,它为居民提供各种活动的可能。在当今社会经济高速发达的前提下,城市发展也不断的快速、科学、高效化,随着科学技术的发展,尤其是高科技建筑材料的出现,城市建筑高度不断在刷新,同时由于城市空间及建筑土地等条件的限制,高层建筑就成了实用性较强的综合性建筑。那么,如何使高层建筑的功能性、安全性发挥到最大化,同时又能与周边环境完美融合就成了设计师们最大的问题。

高层建筑结构设计的主要特点

相比于低层建筑结构设计来说,高层建筑结构的设计在各个专业中占据的位置更为重要。高层建筑结构体系的选择与建筑物的平面布置、楼层的高度、技术的施工要求等都有直接关系,整体来看,高层建筑结构设计主要由以下几个特点:

水平力:高层建筑设计的主要因素就是水平力,低层建筑的房屋结构中,结构设计的竖向载荷往往是以重力为代表,以此来控制。然而在高层建筑中,竖向载荷对于结构设计的影响不容忽视,但是起决定性作用的还是水平载荷。水平载荷其主要作用的原因是建筑物的自重与楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑高度的一次方成正比,;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力,是与建筑高度的两次方成正比。另一个重要原因是,高层建筑的竖向载荷一般都是一个定值,变化较大的就是风载荷与地震作用,都是水平载荷,它们的数值会随着结构动力性的变化而变化。

结构侧移:高层建筑与低层建筑有一点不同就是结构侧移在结构设计中非常重要。建筑物的高度增加,就会导致结构的侧向在水平荷载下变型增大,侧移与建筑物高度的四次方成正比。高层建筑在施工中,高度逐渐增加,对于轻质高强的材料用量也会增加,新的建筑结构体系也会出现,侧移会随着增大,在设计中,需要结构具有足够的强度,还要求抗推刚度足够强,主要就是为了控制水平荷载下的侧移,如果侧移过大将会产生严重的后果。

抗震设计:高层建筑结构设计要考虑抗震设计,这也是除竖向荷载与风荷载外要考虑的一个重要问题。

高层建筑自重:对与低层建筑来说,如何减轻高层建筑的自重非常重要,高层建筑要重点考虑地基载荷与桩基础,在同样的地基或者桩基础上,减轻建筑物的自重意味着不增加基础造价,在此基础上可以多建层数,增加经济效益。

剪力墙:剪力墙受竖向荷载的作用比较大,其竖向荷载一般是结构的自重和楼面的荷载作用产生的。竖向荷载在墙肢内产生轴力,在连续梁内产生弯矩,这时候可以按其受力面积进行计算即可。

高层建筑的结构体系

高层建筑结构设计的原则

高层建筑都是钢筋混凝土施工,结构设计应该与施工、建设、设备等密切配合,在整个过程中要做好安全工作,还要经济合理。高层建筑结构设计要注重结构构造,结构体系要选择好,抗震性和抗风性能要好,在整个结构设计中,要保证其具有自购的承载力、刚度及强度。

2.高层建筑的结构该体系

目前我国的高层建筑结构都采用混凝土形式,主要的结构体系包含四个方面:框架结构、剪力墙结构、框架---剪力墙结构、筒体结构。

(1).框架结构体系:框架结构体系主要包含四个部分:楼板、梁、柱和基础,框架结构主要的作用就是承重,各个平面的框架连接主要依靠梁,框架结构是一个空间结构体系,高层建筑结构中常用的结构形式就有框架结构体系。

框架结构体系的优点主要就是具有较大的空间,建筑体系的平面布置比较灵活,施工方便,框架结构的自重很轻,对于高层建筑来说,有着更好的经济效益。缺点则是框架结构是空间体系,自身具有一定的柔性,受水平力的作用影响较大,在风荷载作用下容易产生水平位移,在地震作用下,框架结构的构件也会受到一定的损坏。框架架构使用的楼层一般是五到十五楼层,基于框架结构的种种优点,目前已经广泛应用于多种多层建筑中。

(2)剪力墙结构体系:对剪力墙的设计要做到安全、经济合理,所以在设计的过程中除了对位移限制值的要求外,还要充分发挥框剪结构中各抗侧力构件的作用。在剪力墙数量的设计的时候,位移限制值要满足规范的规定,应尽量减少剪力墙数量,但应满足在基本振犁地震作用下,剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的一半。剪力墙结构体系具有较好的抗震性能,在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点,而且可以使房间不露梁柱,整齐美观。

在工程设计的时候,对于不同类型的剪力墙受力特点可以对其进行简化计算。在水平力作用下,整体墙的截面弯矩和剪力可以按照悬臂构件来计算。小开口整体墙虽然因为洞口影响而出现墙肢间应力不再按直线分布,但是产生的影响也不是很大,所以仍然可以按整体墙计算基础上对其进行修改即可。壁式框架可以简化为带刚域的框架,用改进的反弯点法进行计算。联肢墙是由一系列连梁约束的墙肢组成,可采用连续化方法近似计算。

(3)框架—剪力墙结构体系:这种体系是由框架结构体系中加入一定数量的剪力墙结构组合而成的。这种结构集合了框架结构与剪力墙结构的优点,因此,在高层建筑中得到广泛应用。

(4)筒体架构体系:随着高层建筑的兴起,对于抗震设计的要求越来越高,目前的以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系,往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体,成为竖向悬臂箱形梁,加密柱子,以增强梁的刚度,也可以形成空间整体受力的框筒,由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。

结束语:近年来,随着城镇化的发展,高层建筑成为现在建筑行业的宠儿,高层建筑的结构设计,在整个建筑施工中占有重要地位,也是我国设计人员一直努力钻研的方向。只要做好结构设计,才会建造出更好的高层建筑。

参考文献:

[1]袁莹,苏粤.关于建筑设计中环境影响评价因素的几点思考[J].华中建筑,2005(1)

[2]孙军. 高层建筑结构设计的问题分析[J].山西建筑.2008.19

高层建筑结构设计重点范文第4篇

关键词:高层建筑,结构设计,抗震,基础,自重

随着社会经济和科学技术的飞速发展,建筑设计理论以及建筑施工技术不断完善,建筑材料与施工机械设备的性能不断改进,这为高层建筑的发展提供了良好的条件。但是高层设计是一项十分复杂的工程,涉及体系众多,为了保证建筑设计的科学和合理性,高层建筑的结构设计必须放在设计工作的首位。

一、高层建筑结构设计总体原则

高层建筑结构设计的最终目的就是保证整座建筑的安全与稳定,因此,高层建筑结构设计也要遵循一定的原则:结构计算在计算简图的基础上进行,在结构设计时一定要选择适当的计算简图;在基础设计时,要综合考虑建筑的整体结构、周围环境以及施工条件,并且要有详细的地质勘测报告,选择科学合理的设计方案。计算机飞速发展为工程设计带来方便的同时,也带来了很多工程计算的问题,由于软件和人为的因素,结构工程师要对电算结果认真分析,仔细校对;结构设计必须确保建筑物具有足够的承载力、刚度以及变形能力,对于结构设计中的关键受力构件以及薄弱位置,必须采取合理的构造措施[1]。

二、结构设计的主要特点

1、 高层建筑结构设计中水平荷载成为设计的决定性因素

(a) (b)

图1 高层结构设计的受力和变形示意图

垂直轴向载荷对高层建筑物的设计有很大的影响,但是由受力分析可以看出,水平载荷同样起着很大的作用,并已成为结构设计的控制因素。

高层建筑结构底部所受的竖直向下的轴向力N和倾覆力矩M与高度H之间的关系如下:

结构底部的轴力N = ωH

结构底部的倾覆力矩

M =1/2 qH2 (均布水平荷载)

式中,ω、q分别为沿建筑单位高度的竖向荷载、均布水平荷载。

对于达到一定高度的建筑来说,建筑物的自重在竖直方向上会产生轴力,由于不同的建筑有着不同的结构设计,所以不可避免还会在某些竖直的构件上产生弯矩,这些数值的大小与建筑的高度成正比关系。

2、 高层建筑结构设计中侧移成为设计的控制指标

因为高层建筑与其它较低的建筑有很大的不同,较高的建筑物受到的风载荷比较多,在此作用下结构的侧移会急剧增大,水平位移增加的速度最快。为了有效抵抗高层建筑结构水平载荷产生的结构侧移,必须慎重选择抗侧力结构体系,不仅要有足够的承载力,而且还要有较强的侧向刚度,将侧移控制在一定的范围之内,避免不安全因素的出现[2]。

3、 高层建筑的结构设计中结构延性成为其中重要的设计指标

与普通高度的建筑不同,高层建筑的柔性会更大一些,因此在地震剪切波的作用下,会产生相对较大的变形。为了确保建筑具有较好的抗震特性,要求结构在塑性变形之后仍然具有较强的结构变形能力和较强的能量吸收和耗散能力。

4、 高层建筑的结构设计中的轴向变形不容忽视

对于高层建筑来说,由于建筑比较高,无法避免相对较大的竖向载荷产生,所以就会在柱中引起比较大的、轴向的变形,对建筑中的连续弯梁的弯矩产生一定的影响,进而连续梁中间支座处的负弯矩值就会减小,相反,跨中正弯矩和端支座的负弯矩就会变大。

三、高层建筑结构设计中的要点分析

1、重点考虑有关抗震的设计要求

抗震设计是高层建筑需要重点考虑的问题,建筑在正常使用的时候存在竖向载荷和风载荷等,为了符合抗震设计所有要求,高层建筑必须要有良好的结构抗震性能[3]。使高层建筑能够在小地震中不坏,中度地震可维修,大地震保持不塌,从而避免大量的人员伤亡和财产损失。建筑结构的延性计算是比较困难的,建筑构件需要达到一定的柱轴压比和剪切压比等等,从而达到理想的延性,保证高层建筑的质量。

非抗震设计时,结构构件截面承载力设计表达式为γ0S≤R

式中: γ0 ―结构重要性系数。在一、二、三级的情况下,系数分别不小于1.1、1.0 和0.9[4]。

R ― 结构构件的承载力设计值。

抗震设计时,其表达式为S≤γRE

式中, γRE ― 承载力抗震调整系数。

对钢筋混凝土构件,按表2-1 中的规定采用,当仅考虑竖向地震作用时,各类结构构件的承载力抗震调整系数均采用1.0。

表1 承载力抗震调整系数

构 架

梁 轴压比小于0.15 的柱 轴压比不小于0.15的柱

剪力墙 各类构

节点

受 力状 态 受弯 偏压 偏压 偏压 局部承压 受剪、偏拉 受剪

γRE 0.75 0.75 0.80 0.85 1.0 0.85 0.85

在抗震设计中一般采用材料在非抗震设计时的许可强度值,但是必须要引入承载力抗震调整系数γRE 来提高其承载力。对于轴压比小于0.15的偏心受压柱,其承载力抗震调整系数与梁相同[4]。

2、高层建筑基础设计要求

无论高层建筑还是普通建筑,基础设计都是至关重要的。要保证建筑物的基础有足够的抗压强度和足够的稳定性,将地基的变形限制在允许的范围之内,地基的压强设计值P不大于地基的许用承载力设计值F,即

P=[(F+G)/A] ≤F

式中 F ― 上部结构传至基础顶面的竖向力设计值

G ― 基础自重和基础上的土重设计值

A ― 基础底面面积

F ― 地基承载力设计值(是经深度、宽度修正后的地基承载力)

地基的变形计算值Δ不大于地基的允许变形值Δmax。由于基础需要长期在地下容易受到潮湿的环境,有时甚至会受到地下水的浸渍。基础应该采用具有高耐久性的材料,并且在混凝土中应该适当加大钢筋保护工作。要将建筑物整体的刚度和相邻建筑物的影响综合考虑,做到安全、经济并有足够的强度。

3、减轻高层建筑结构的自重

在高层建筑的结构设计中,如何减轻自重是个十分有意义的问题。单从地基的承载能力或桩基的承载能力来考虑,同样的桩基或者地基,在不加基础造价或处理措施的情况下,减轻建筑物的自重,将会有显著的经济效益。同样,减轻建筑物的自重对建筑物提高自身的抗震性能是一个十分有效的办法,比较轻的自重就会使建筑物在地震上下振动时的惯性大幅减弱,从而减弱对基础造成的冲击。高层建筑的重心比较高,由于地震的作用,在建筑物低层会作用很大的倾覆力矩。由于惯性的作用,在竖直方向上,构件会产生比较大的附加轴向力。所以,在保证设计要求的前提下,减轻建筑物自重就显得尤为重要[3]。

四、结语

如今摩天大楼在世界主要城市已经随处可见,高层建筑的结构设计也给工程设计人员带来新的挑战。在高层建筑结构设计中,工程设计人员必须综合考虑各项设计原则和实际因素,确保高层建筑物的结构设计安全,消除设计安全隐患。

参考文献:

[1] 黎藜,李志. 高层建筑结构设计浅析[J].中国建筑企业,2011(6):27-28.

[2] 杨利,席艳. 浅谈高层建筑结构设计的注意事项[J].城市建设理论研究(电子版),2011(16).

高层建筑结构设计重点范文第5篇

1体系的分类以及选用原则

超高层建筑一般是按照建筑使用功能要求、建筑高度不同以及建筑抗震防水、防火和经济、可靠、合理、安全的设计原则,将超高层建筑结构体系分为框架结构体系、框架-剪力墙结构体系、剪力墙结构体系、框-筒结构体系、束筒结构体系以及筒中筒结构体系。在超高层建筑结构设计中主要采用钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和全钢结构。目前,钢筋混凝土结构是我国超高层建筑的主要应用材料。在进行超高层建筑结构体系的选用时,首要考虑其安全及经济性,其次要依据超高层建筑的高度和施工环境来选择,同时要求超高层建筑的结构应具有较强的承压能力。

2超高层建筑的结构材料分析

钢筋混凝土材料之所以成为我国目前超高层建筑建设中使用最为广泛的材料,是因为钢筋混凝土在适应超高层建筑结构设计的前提下,能够全面发挥其的性能,并且钢筋混凝土耐久性较强,结构刚度较大,在维护过程中成本费用较低,因此钢筋混凝土作为建筑材料被广泛应用于建筑领域。为了更好的发挥钢筋混凝土的性能,在选择的时候要注意其材质问题。

3超高层建筑结构体系的选择

(1)框架结构体系,框架结构是指利用梁柱组成纵横两个方向的框架结构体系,它可以同时承受水平荷载和垂直荷载。主要的优点是建筑平面布置较为灵活,有较大的建筑空间,并且建筑立面处理比较方便,被广泛的应用于超高层建筑中。但是这种结构也有一定的缺点,就是横向刚度较小,当楼层层数较高时就容易发生侧移,易造成非结构性构件破坏而影响使用。

(2)剪力墙结构体系,是指钢筋混凝土构成的承重体系,剪力墙又被称为抗风墙或抗震墙。剪刀墙结构的优点是整体结构性较好,刚度大,在水平方向的荷载作用下不宜变形,承载力也毋庸置疑,并且房间内无梁柱外露,较为美观。此结构在高层建筑中被大量运用,其缺点就是剪力墙不能被轻易的破坏或拆除,不利于形成大的空间。

(3)框架-剪力墙结构,毫无疑问这种结构就是将框架结合和剪力墙结构的长处集于一体,在此情况下超高层建筑的结构不仅满足了建筑布局的灵活性,而且增强了超高层建筑的抗震能力,可以满足不同建筑功能的需求,但是剪力墙过多则会影响建筑的经济性和使用性能,过少则会增大建筑物侧墙的压力而出现变形的现象。

二超高层建筑结构设计的问题及对策

1超高层建筑的超高问题

目前,超高承重的问题在很多超高层建筑中普遍存在,因此,我国对超高层建筑的抗震能力方面要求严格,并且严格规定了超高层建筑的高度。在超高层建筑结构的设计过程中,禁止出现由于结构类型的改变而导致超高层建筑的超高问题出现。在设计过程中要认真审核和设计超高层建筑的结构设计方案,解决设计中存在的超高问题。

2超高层建筑的扭转问题

刚度的中心、整体结构的重心和几何形心是超高层建筑结构设计的三个核心。超高层建筑结构的扭转问题关键在于进行设计的时候未将刚度的中心、结构重心和几何形心重合,造成建筑物在水平压力下出现扭转的现象。设计者在设计时要尽量注重平面布局图的合理性,在一定程度上避免或预防建筑物的扭转问题,从而保证了在超高层建筑中刚度中心、整体结构的中心和几何形心三个核心的重合。

3嵌固端设置问题

我国现有较多超高层建筑物在结构设计时都会配置地下室,超高层建筑的嵌固端自然而然地被设置在地下室顶板的位置。超高层建筑的结构嵌固端对高层建筑基础具有一定的要求,其基础需具有一定的埋置深度,目的是为了保证整体结构的稳定性,并对减弱地震反应也起着一定的作用。设计师在嵌固端设置的问题上面一定要表现出高效的工作状态,从而避免在施工过程中由于嵌固端的设置而修改设计方案,造成日后不必要的麻烦。

三超高层建筑的基础设计

超高层建筑中最重要的设计就是基础设计,建筑物所受的各种荷载都需通过基础传至地基,可谓“承上启下”。超高层建筑的特点是层数多,上部结构荷载大且较为集中,因此其基础必须埋置深度大。在进行基础设计的时候要保证其埋置深度必须满足基地稳定和变形的具体要求,以避免日后建筑物出现倾斜的状况发生。超高层建筑物的基础通常采用桩形、筏形或者复合基础,其选型设计应根据工程地质条件、施工条件、上部结构情况、抗震设防和周围环境条件等因素综合考虑。

四结束语

高层建筑结构设计重点范文第6篇

关键词:高层建筑结构;设计;对策

中图分类号:TU97 文献标识码:A 文章编号:

引言

随着科技和社会的不断发展和进步,自从19世纪以来出现了现代高层建筑,高层建筑越来越广泛的出现在人们的生活中。作为一个庞大复杂的系统,高层建筑的结构设计,一方面要满足包括抗震,抗风等在内的安全性能的要求,另一方面,也要满足高层建筑结构的科学性和合理性。

1 高层建筑结构的特征

高层建筑结构不但承受着由于外界的风产生的水平方向的荷载,同时也承受着在垂直方向的荷载,并且对于地震的抵抗能力也有要求。一般情况下,建筑结构受到低层建筑结构水平方向上的影响比较弱,然而在高层建筑中,外界地震的影响和外界风产生的水平方向的荷载的影响是主要的影响因素。随着建筑物高度的增加,高层建筑的位移增加较快,但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度,同时使得建筑物的使用受到影响,并且容易损坏结构构件以及非结构构件。基于此,在设计高层建筑结构时,首先控制侧移在规定的范围之内,所以,高层建筑结构设计的核心是抗侧力结构的设计。

2 高层建筑结构设计的原则

2.1 选择合理的高层建筑结构计算简图

在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算,如果选择不合理的计算简图,那么就比较容易造成由于结构问题发生的事故,基于此,高层建筑结构设计安全保证的前提是合理的计算简图的选择。同时,计算简图应该采用相应的构造方法保证安全。在实际的结构中,其结构节点不单是钢节点或者饺节点,保证和计算简图的误差在规范规定的范围内。

2.2 选择合理的高层建筑结构基础设计

按照高层建筑地质条件进行基础设计的选择。综合分析高层建筑上部的结构类型与荷载分布情况,考虑施工条件,相邻的建筑物的影响等各个因素,在此基础上选择科学合理的基础方案。基础方案的选择应该使得地基的潜力得到最大程度的发挥,必要的时候要求进行地基变形的检验。高层建筑设计要有详细的地质勘查报告,如果缺失,那么应该进行现场勘查并参考相邻建筑物的有关资料。一般情况下,相同结构单元应该采用相同的类型。

2.3 选择合理的高层建筑结构方案

合理的结构设计方案必须满足经济性的要求,并且要满足结构形式和结构体系的要求。结构体系的要求是受力明确,传力简单。在相同的结构单元当中,应该选择相同结构体系,如果高层建筑处于地震区,那么应力需要平面和竖向的规则。在进行了地理条件,工程设计需求,施工条件,材料等的综合分析的基础上,并和建筑包括水,暖,电等各个专业的相协调的情况下,选择合理的结构,从而确定结构的方案。

2.4 对计算结果进行准确的分析

随着科技的不断进步,计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计中。当前市场上存在着形形的计算软件,采用不同的软件得到的结果可能不同,所以,建筑结构设计人员在全面了解的软件使用的范围和条件的前提下,选择合适的软件进行计算。由于建筑结构的实际情况和计算机程序并不一定完全相符,所以进行计算机辅助设计的时候,出现人工输入误差或者因为软件本身存在着缺陷使得计算结果不准确的问题,基于此,结构设计工程师在得到了通过计算机软件得到的结果以后,应该进行校核,进行合理判断,得出准确结果。

2.5 高层建筑的结构设计要采用相应构造措施

高层建筑结构设计的原则是强剪切力弱弯变,强压力弱拉力,强柱弱梁。高层建筑结构设计过程中把握上述原则,加强薄弱部位,对钢筋的执行段锚固长度给予重视,并且要重点考虑构件延性的性能和温度应力对构件的影响。

3 高层建筑结构体系的选型

建筑的结构在抵抗来自于水平方向和竖直方向的荷载时构件的组成形式和传力的路径就是高层建筑的结构体系。通过包括墙,柱等的竖向构件和楼盖等水平构件将竖向荷载传递到基础,利用抗侧力体系将水平荷载传递到基础。

根据高层建筑结构的材料将高层建筑的结构体系分为钢筋混凝土结构体系,钢结构体系,钢-混凝土混合结构体系以及钢-混凝土组合结构体系。钢筋混凝土结构体系被广泛的应用在各类的工程结构中,具有混凝土和钢筋两种材料的协同受力性能特征,造价低廉,耐久耐火,成本低,整体性能优良,但存在着自重大,延性差,施工慢等缺点;钢结构体系的强度高,抗震性能比较好,施工方便,跨度大,用途多,但是存在着费用高,防火性能差,施工复杂等不足;钢-混凝土混合结构结合了钢筋混凝土构件和钢构件的长处,不但增加了钢构件的材料强度,同时具有较高的抗震性能,成本低廉,然而这两种材料构件的连接技术还存在着不足;钢-混凝土组合结构具有承载能力高,抗震性能强,比钢结构具有更优良的耐火性,施工速度快,但是存在着节点的构造比较复杂的缺点,一般被用于小屁偏心受压构件。

根据结构形式可以将高层建筑结构分为框架结构体系,剪力墙结构体系,框架-剪力墙结构体系。利用柱,梁等结构体系作为高层建筑竖向承重的结构,并且承受水平荷载,这种结构侧向位移大,框架结构内力大,适于50m 高度以下的建筑;通过高层建筑的墙体当做抵抗侧力和竖向承重的结构体系,就是剪力墙结构体系。这种剪力墙结构的刚度大,整体性能好,不易受水平力作用发生变形,适应于高层建筑,但是由于剪力墙的间距小,使得平面的布置不灵活,因此,在公共建筑中不宜使用;利用框架和剪力墙组合的而构成的结构形式就是框架-剪力墙结构体系,这种结构形式不但具有实用性强,布局灵活的优点,同时承受水平负载的能力更高,在高层建筑中被广泛使用。在框架-剪力墙结构体系中,需要注意考虑剪力墙的位置,设计合理的剪力墙的数量,以及满足框架的设计要求。

4 高层建筑结构设计问题分析及对策

4.1 高层建筑结构存在着超高的问题

基于高层建筑抗震的要求,我国的建筑规范对高层建筑的结构的高度有严格的规定,针对高层建筑的超高问题,在新规范中不但把原来限制的高度规定为A级高度,并且增加了B 级高度,使得高层建筑结构处理设计方法和措施都有了改进。实际工程设计中,对于建筑结构类型的改变对高层超高问题的忽略,在施工审图时将不予通过,应该重新进行设计或者进行专家会议的论证等。在这种情况下,整个建筑工程的造价和工期都会受到极大的影响。

4.2 高层建筑结构设计短肢剪力墙设置

我国建筑新规范中,短肢剪力墙是指墙肢的截面的高度和厚度比在5~8 的墙,按照实际经验以及数据,高层建筑结构设计中增加了对短肢剪力墙的使用限制。所以,在高层建筑的结构设计中,必须尽可能的减少或者避免使用短肢剪力墙。

4.3 高层建筑结构设计嵌固端的设置

一般情况下,高层建筑配有两层或者两层以上的地下室或者人防。高层建筑的嵌固端一般设置在地下室的顶板或者人防的顶板等位置。因此,结构工程设计人员应该考虑嵌固端设置会可能带来的问题。考虑嵌固端的楼板的设计;综合分析嵌固端上层和下层的刚度比,并且要求嵌固端上层和下层的抗震的等级是一致的;高层建筑的整体计算时充分考虑嵌固端的设置,综合分析嵌固端位置和高层建筑结构抗震缝隙设置的协调。

4.4 高层建筑结构的规则性

在关于高层建筑的新规范中,对于高层建筑结构的规则性做出了很多限制,比如规定了结构嵌固端上层和下层的刚度比,平面规则性等等,并且硬性规定了“高层建筑不能采用严重不规则的设计方案。”因此,为了避免后期施工设计阶段的改动,高层建筑结构的设计必须严格遵循规范的限制条件。

5 结束语

高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作,对于建筑的设计有着非常重要的作用和意义。随着我国高层建筑的不断发展,高层建筑的结构设计的要求越来越高,分析了高层建筑的结构特征,高层建筑结构设计的原则,阐述了高层建筑结构体系的选型问题,并重点分析了高层建筑结构设计问题及对策,可以为高层建筑结构设计提供参考和依据。

参考文献:

[1]徐培福.复杂高层建筑结构设计

[2]何俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨

[3]田龙.浅谈高层建筑的结构设计

高层建筑结构设计重点范文第7篇

【摘要】高层建筑已成为我国楼房建筑中的主流,随着人们生活水平的提高,人们对楼房的要求也越来越高,高层建筑不仅要舒适,还要具有安全性、经济性等,本文就针对高层建筑结构设计进行简单的探讨。

【关键词】高层建筑;结构设计

随着社会的发展,我国城市的用地面积越来越少,城市的建筑也越来越趋于向高层建筑发展,现在大部分楼层都在十几层以上,三四十层高的楼也已经不少见。建筑的体型和功能越来越复杂,结构体系及结构材料也更为多样化,这样的高层建筑,其结构设计也就成为结构工程师的难点和重点。

1 高层建筑结构设计的概念及内容

高层建筑结构设计是指根据高层建筑特性的建筑结构设计,在满足适用、安全、经济、耐久和施工可行的前提下,按有关的设计标准规定,对建筑结构进行技术经济分析、总体布置、计算、构造及制图工作,并寻求优化的过程。简单来说,就是用结构语言表达出工程师们想表达的东西。在建筑结构设计中,就是把建筑物或者建筑结构体系中的墙、柱子、楼梯、梁等用图纸中的结构元素来表示出来,同时还要计算出它的抗力及承重等能力。在结构设计中主要包括结构方案、结构计算及施工图设计三个阶段,每个阶段对于结构设计来说都是很重要的。

2 高层建筑结构设计的特点

2.1 水平力成为结构设计的主要因素

当建筑物高度增加时,水平荷载(风荷载及地震作用)对结构起的作用将愈来愈大。除了结构内力将明显加大外,结构侧向位移增加更快。我们知道:建筑物楼面的使用荷载和自重在竖向构件产生的弯矩和轴力与其高度的一次方成正比,水平荷载产生的弯矩及轴力与建筑物高度的二次方成正比,水平荷载产生的结构侧向位移与建筑高度的四次方成正比。因此,在高层建筑中,结构要使用更多材料来抵抗水平力,另一方面,对一定高度建筑来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化,所以结构的抗侧力设计成为高层建筑结构设计的主要因素。

2.2 高层建筑中的侧移控制

与低层建筑相比,高层建筑结构设计中的另一个关键因素就是侧移,当建筑越高时,结构的侧移变形就会越大。过大的结构侧移会造成显著的重力二阶效应,造成结构内力增大并影响结构稳定,过大的侧移也会造成建筑构件或设备的破坏以及使用者的不适。对于一定的水平作用,结构的抗侧刚度大,那么结构侧移就小。但过刚的结构也会造成结构地震作用不必要的增大,所以结构设计中要控制结构的合理刚度,把侧移控制在合理范围。

2.3 更高的抗震设计要求

抗震设防区的高层建筑必须具有良好的抗震性能,做到小震不坏,中震可修,大震不倒。相对与多层结构,高层结构在地震作用下,具有更大的水平作用及侧移,因此,高层建筑平立面也更讲究规则性,结构要求具有更高的抗震等级。对于一些较高的高层建筑或具有薄弱层的高层建筑,也要求进行弹塑性分析进行补充设计。

2.4 高层建筑竖向压缩变形不容忽视

高层建筑中,竖向构件的轴力往往较大,其产生的压缩变形量往往相当可观,因此结构设计中要考虑到竖向构件的压缩变形。

3 高层建筑结构设计需选择合适的结构体系

在结构设计当中,结构体系的选择是很重要的一步,合理的结构体系不但可满足结构的受力要求,更具有良好的经济性及更高的结构安全富余。常用的结构体系有框架结构体系,剪力墙结构体系,框架―剪力墙结构体系以及筒体结构体系。

3.1 框架结构体系

框架结构主要由梁柱等杆件单元形成空间的框架结构体系,可以承受竖向荷载及一定的水平力的作用。框架结构的优点是计算理论成熟,杆件受力明确,结构的布置灵活,一定高度内造价较低。缺点是抗侧刚度较弱,在水平力作用下会产生较大的侧移,且大部分侧移发生在内力较大的结构底部部位,破坏后易产生严重后果。因此框架结构常应用于层数较少,高度较低的建筑中。

3.2 剪力墙结构体系

剪力墙结构是空间盒子式结构,其水平作用和竖向荷载完全由剪力墙体承受,其刚度及空间整体性都比较好。剪力墙结构体系的优点是抗水平作用能力强、整体性好、用钢量较小,可以适用较高的建筑。缺点是因剪力墙布置的要求,不易布置成较大的房间。因此剪力墙结构常应用于住宅及宾馆类建筑中。

3.3 框架―剪力墙结构体系

在框架结构中布置一定数量的剪力墙,可以组成框架―剪力墙结构,这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点,又有较大的刚度和较强的抗水平作用的能力,因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。

3.4 筒体结构体系

这种体系是在框架结构、剪力墙结构的体系上发展起来,当高层建筑不断地增加层数、高度越来越高时,原来的框架、剪力墙结构就变得不合理和不经济了,简体结构就相应地诞生了,它是将剪力墙围成箱型,构成了一个空间薄壁筒体,可以提供更大的侧向刚度,所以筒体结构可以适用与更高的建筑。

4 高层建筑结构中需要注意的几个问题

4.1 抗震设计中的注意事项

高层建筑结构设计中的抗震设计是非常重要的一部分,它应符合抗震概念设计的要求,选择规则的设计方案,规则结构其刚度、承载能力及变形能力更强,不规则结构一般会破坏整个结构承受风荷载、重力荷载及抗震能力,因此尽量选择设计对称、规则的结构方案。另外,在抗震设计中,还要注意到结构构件本身的刚度、延性、稳定性及承载力等方面性能,且要遵守强剪弱弯、强柱弱梁、强底层柱及弱构件强节点的原则。对于结构的薄弱环节,要采取措施加强其抗震的能力同时要重视整体结构中其他部位的刚度及承载能力,以免薄弱层发生转移。

4.2 高层建筑结构设计中的受力性能

在高层建筑结构的最初设计方案中,注重点不应该在它的具体结构上而是更多地关注它空间组成的特点,这是因为建筑物的空间形式包括水平方向和竖向的稳定性都是依靠建筑物的地面作为支撑的,建筑地面即地基对于建筑物来说是非常重要的,建筑物基本都是由大构件组成的,它们的重量及结构的荷载基本都是向下作用在地面上的,这就要求在建筑结构设计时,首先要搞清楚所选择的结构体系与地面间承载力的关系,然后对承重墙和承重柱的分布及数量作出总体的设想,这是建筑结构设计方案中很重要的一部分,影响着建筑结构设计的整体质量。

4.3 关于建筑结构设计中扭转问题的注意

在高层建筑结构中,建筑结构有个很重要的建筑三心即刚度中心、几何形心和结构重心,在建筑结构设计时要尽量做到三心合一,而建筑结构的扭转问题就是指在高层建筑结构设计时没有做到三心合一,并且在水平荷载的作用下发生结构扭转振动。因此,在建筑结构设计时应尽量选择合理的结构平面布局及形式,使建筑尽量的三心合一,以免因水平荷载的作用使建筑发生扭转破坏。在实际的高层建筑中我们也经常会看到一些不规则的平面形式如T形、L形及十字形等比较复杂的平面,这种结构设计,应该尽量让突出部分的宽度和厚度的比值在规定的范围之内,让它的结构尽量处于对称状态。

4.4 对结构计算阶段的单位面积重度、剪重比及位移限值要注意

在结构计算阶段,单位面积重度是衡量楼层何在数据是否正确及构建截面取值合不合理的重要指标之一,其公式为V=G/A(kN/m2)。在同种性质的建筑中,单位面积重度为层数较多的建筑要大于层数少的建筑,剪力墙多的大于剪力墙少的建筑。其剪重比的大小则反映了建筑在地震作用下抗震能力的大小,位移限值是衡量结构侧移的重要标准,其数值的大小从侧面反映了结构整体的刚度,刚度的过大或过小会给设计者对结构体系、竖向及平面布置的合理性进行再思考,对于结构计算当中的这些参考数值要给予重视,以便能制定出合理的结构设计。

总结:

建筑结构设计在高层建筑中起着非常重要的作用,同时它又是一项艰巨复杂的工作,需要结构工程师不仅拥有丰富的专业知识及其工作经验还要有很好的耐性,依据高层建筑的设计原理及设计原则,选择合适的结构体系,从而建设出具有世界水平的高层建筑。

参考文献

[1]顾明星.浅谈高层建筑的结构设计[J].大科技・科技天地,2011(4)

[2]傅慧华.浅谈高层建筑的结构设计[J].城市建设理论研究(电子版),2011(13)

高层建筑结构设计重点范文第8篇

【关键词】建筑设计;转换层;结构设计;注意事项;

一、概念与特点分析研究

转换层是建筑施工领域常见的一种建筑结构,由于建筑物不同层面之间的使用功能和结构存在差异,因此需要通过设置转换层的方式作为过渡,对楼层的上下部的结构与设施进行转换。当前,我国的建筑设计、特别是高层建筑的设计,常常会采用商业功能与住宅功能结合的设计模式,在建筑物下部构建举架较高的大跨度商用建筑空间,而上层则采用更加紧密的设计,体现建筑的居住功能。为了对不同的实用功能和建筑结构进行划分,便需要在建筑内部设置转换层,以调整不同结构之间的受力情况,确保建筑物的使用安全。转换层主要功能包括: 对建筑物内部的剪力墙结构或框架—剪力墙体系进行转换,实现剪力墙与框架之间的变换;改变建筑物上下受力柱的分布情况和分布密度; 同时转变建筑层的结构形式和结构轴网,形成上下结构的不对齐布置三种。根据建筑物自身的特点和使用功能的需要,合理的选择转换层的设计模式,充分发挥出转换层在建筑领域所发挥的作用,能够进一步提高建筑物的稳定性,延长建筑物的使用寿命,对我国建筑行业的发展有着积极的促进作用。由于转换层的结构需要同时承受上部构造在重力的作用下产生的垂直荷载,以及悬挂下部结构产生的多层荷载,导致转换层结构内部长期存在有较大的内应力。此外,转换层的存在会对建筑物整体的受力状况造成较大的影响,在一程度上降低了建筑物的整体性,这就要求转换层的结构设计不能单纯遵循传统的建筑设计原则,而是要根据建筑物自身的特点进行灵活的设计,以满足转换层对刚度和强度的需求,确保建筑物的使用安全。

二、原则及分类分析研究

1、转换层的设计原则。首先,由于转换层的设置会造成建筑物纵向刚度的突变,使其成为建筑物的薄弱环节,因此,在进行转换层的结构设计时,应当尽可能减少需要结构转换的纵向构件,并相应的增加直接落地的纵向构件数量,从而降低建筑刚性突变的程度,提高结构的抗震能力。其次,当转换层高度较低时,对建筑物重心与受力状况的影响相对较小,建筑物也因此更加稳固。所以,在进行转换层结构设计时,应当尽量降低转换层所处的位置,保证建筑物结构的稳固。最后,转换层的结构设计应当采取强化下部结构,弱化上部结构的设计思路,并选择具有明确传力路径的设计模式,在保证工程质量的前提下,降低转成的施工难度,控制转换成的施工成本,更好的实现建筑物的经济效益社会效益。

2、转换层的结构设计的分类。一是梁式转换结构。梁式转换结构采用剪力墙、框支梁与框支柱相结合的结构布置方式来提高转换层的强度与刚度,具有结构可靠、施工难度低、传力路径清晰明确等特点,是目前我国建筑转换层结构设计中应用范围最广的转换结构。二是板式转换结构。板式转换结构最显著的特点便是能够在转换层之上随意布置结构形式与轴网,对于建筑物轴网布设较为复杂的建筑来说是十分合适的选择。但是由于转换板的受力状态较为复杂,传力路径不够明确,以及转换板自身特点的限制,使得建筑物在转换层处出现刚度的突变,令转换层成为建筑物的薄弱环节,降低了建筑物对地震的抵抗能力,因而应当谨慎使用。三是桁架转换结构。与梁式转换结构相比,桁架转换结构的受力状态更加明确,且具有较小的自重和良好的抗震性能,可以有效的提高建筑物的质量,去报建筑物的使用安全。但是桁架式转换结构的节点设计难度较大,给施工过程带来了一定的影响,从而限制了桁架转换结构的使用。桁架转换结构适用于高度达到 3m 以上的转换层设计当中,如果在桁架转换结构中采用预应力技术,则可以进一步减小构件的截面,达到节约空间、提高工程质量、降低工程成本的作用。四是斜柱转换结构。斜柱转换结构在是一种较为特殊的转换层结构形式,能够充分的发挥出混凝土的承压能力,有效的减少转换结构对建筑内部空间的占用。在设计斜柱转换结构时,需要注意结构内部的水平荷载,通过加设拉梁或圈梁的方式,可以找到平衡水平荷载的最短路径,提高转换层的刚度和强度。五是巨型框架结构。巨型框架结构是当前我国转换层结构设计领域发展的新方向,该结构由垂直分布的筒体或大型立柱以及数量不一的大梁构成,形式多变,性能优异,可以大大提高建筑物转换层的强度和刚度。但是需要注意的是,巨型梁的内部往往会存在一定的拉应力,因而应当将其归类为受拉构件进行设计。

三、注意事项分析研究

1、保证转换层的刚度。转换层的高度是决定转换层乃至建筑物整体质量的重要因素,特别是在高层建筑的设计与施工过程中,建筑本身高度与重量上的特点决定了转换层将会承受较大的垂直荷载,而转换层的结构又很容易令建筑物在转换层部位出现刚度突变,使转换层成为建筑物的薄弱环节,降低建筑物的抗震性能。因此,在进行建筑结构转换层设计时,要注意确保转换层的结构刚度不低于其上层结构刚度的 70%。为此,应当合理的调整转换层内部剪力墙的分布状况,适度的提高落地剪力墙的厚度,并使用强度等级较高的混凝土进行施工,同时尽可能将纵横墙按照筒体的结构进行排布,从而在根本上保证转换层的刚度,确保建筑物的抗震性能不受影响。

2、提高转换层与建筑物的整体性。通过调整转换层的结构设计内容来提高转换层与建筑物整体性的,能够提高建筑物的稳定性,延长建筑物的使用寿命。为此,应当尽可能对其上下层之间的轴网,简化转换层的设计方案,尽可能令质量中心与刚度中心相对应,使转换层的受力更加明确,从而避免使用板式转换结构,以防止建筑物出现刚度突变的现象,达到提高建筑物整体性的目的。

3、合理安排转换层的位置。由于建筑物的受力模式较为复杂,且建筑物内部的所受作用力的种类和分布都会随着建筑高度的增加而发生微妙的变化,当高度达到一定的范围后,建筑物所受的各项作用力的效果便会呈明显的上升趋势,给建筑物的设计带来困难。如果转换层的位置过高,不仅会令转换层内部的受力状况发生改变,还会对上下层面的刚度与受力方式产生影响,使转换层成为建筑物的薄弱环节,降低建筑物的抗震能力。因此,应当尽量降低转换层所处了位置,通常情况下,转换层的位置应以三层以下为宜,最高不得超过六层。

四、结语

转换层是建筑物内部的常见结构,了解建筑转换层结构设计的特点,提高建筑转换层的设计效果,能够有效的保证建筑物的使用功能,并保证建筑物的防风抗震性能不受影响,对我国建筑行业的发展有着积极的意义。

参考文献:

[1]邱剑雄. 高层建筑梁、板式转换层结构设计方法研究[J].知识经济,2011