复杂高层与超高层建筑结构设计要点分析

2022-09-11

引言:

建筑行业在近年来迎来了新的发展机遇, 但是越来越多的企业涌入到这个行业中, 导致建筑行业的利润空间缩小, 行业竞争力也逐渐增强。要求要提高经济效益, 在行业市场中占有更大的份额, 通常会采用降低成本的方式, 以提高经济利润, 提高建筑结构设计质是降低成本的关键。特别是对复杂高层和超高层建筑结构设计上, 要在考虑经济性的同时, 还要通过结构设计提高建筑的安全性。

一、复杂高层建筑和超高层建筑在结构设计上与普通高层建筑的不同之处

复杂高层建筑和超高层建筑在结构设计上与普通高层建筑之间存在着很大的区别。普通建筑的总高度不会超过200米, 复杂高层建筑和超高层建筑的高度要超过200米, 甚至会超过1000米。在结构的设计上, 普通高层建筑多为钢筋混凝土结构, 复杂高层建筑和超高层建筑在结构设计中会考虑楼层的高度以及安全性, 多会采用钢结构或者是混合结构[1]。另外, 在对复杂高层建筑和超高层建筑的设计中, 还要更多地考虑诸多的因素, 包括建筑的抗震性能、各种环境影响因素、建筑的避难层以及风荷载等等。所以, 在对复杂商层建筑与超高层建筑的结构设计上, 是存在很大的难度的。

二、复杂高层建筑与超高层建筑结构的设计要点

(一) 重视抗震设防烈度的设计

重视抗震设防烈度的设计是提高复杂高层建筑与超高层建筑安全系数的重要内容。在进行抗震设防烈度的设计中, 要基于所能够承受的地震强度进行设计。不同的建筑物高度, 在建筑结构设计中就要具有针对性。

复杂高层建筑与超高层建筑的高度超过了300米, 在设计中会选择抗震设防烈度为6度的地区, 而不是8度的地区。这就说明, 在抗震设防烈度的设计中, 要对各方面的因素综合考虑, 以使得建设误差有所减少, 确保建筑安全使用[2]。在建筑结构设计中, 要提高建筑物的抗震水平, 就需要设计人员在提高技术能力的同时, 还要从人的安全的角度出发注重细节设计, 以使建筑使用者的生命安全有所保证。

(二) 建筑振动舒适度

为了保证建筑使用的舒适度有所提高, 就要从满足人的需求的角度出发进行建筑结构, 还要提高建筑结果的安全系数。在进行复杂高层建筑与超高层建筑的设计中, 要明确高钢规程的设计要求以及混凝土规程的设计要求。

分析建筑结构的舒适度, 需要重视两个方面的具体内容。其一, 如果建筑结构为混凝土结构, 设计阻尼比的选择上以0.05为最佳;其二, 如果建筑结构为混合结构或者是钢结构, 设计阻尼比的选择上就要更多地考虑建筑工程的实际, 通常介于0.01至0.02之间。

建筑的用途不同, 对振动指标的要求也会有所不同。如果建筑物属于是公寓类, 在水平振动指标上就与公共建筑存在着不同。设计人员在设计的过程中, 就要从建筑使用功能的角度出发进行设计, 选用相应的设计技术, TLD视觉跟踪技术是普遍使用的技术[3]。通过对建筑结构合理设计, 可以使建筑在使用中舒适度有所提高。

(三) 建筑的施工

复杂高层建筑与超高层建筑的设计结构是否可行是需要重点考虑的问题, 否则, 即便设计合理, 采用了各种先进的技术, 如果设计图纸与实际建设不相符合, 也是枉然。所以, 建筑设计人员在进行建筑结构设计的过程中, 要对各个设计要点都要充分考虑, 诸如钢材力的传递效果, 安装在节点部位的钢筋的安全可靠性、施工的可操作性等等。对于型钢和混凝土梁柱节点处的主要钢筋, 相交之处可以根据具体的施工需要选择设计方式。主要为以下几种设计。

其一, 对钢筋和加劲板之间要做好焊接工作;

其二, 钢筋要能够绕过型钢[4];

其三, 钢筋要穿过钢板采用开洞的方法;

其四, 在型钢和混凝土梁柱节点之间要通过焊接钢筋的方法连接, 套筒的连接也要采用焊接的方法。

在建筑的施工中, 还可以根据需要采用特殊的工艺技术, 以确保建筑结构的稳定性。

三、案例分析

(一) 工程简介

某城市市中心的一幢商业建筑即为复杂建筑, 以该建筑为例对建筑结构设计方面的问题进行研究。该建筑的总体面对为75000平方米, 建筑的高度为298米。这幢高层建筑的第14层位避难层。

(二) 建筑结构设计

这幢商业建筑属于是复杂建筑, 从设计结构的特点上来看, 不仅是不规则的平面布置, 而且楼板之间不具有连续性。为了保证结构的稳定性, 本建筑采用了框架结构, 结合使用了核心筒, 以提高建筑的安全系数。核心筒使用了钢筋混凝土为主要材料, 框架柱是钢筋混凝土柱, 整个的柱子被设计为折线的形状。纵向是自上而下贯通的可测力构件, 而且这些构建具有良好的连续[5]。根据设计需要, 在特定的位置都有分支柱, 可以起到分散支撑力的作用。

(三) 建筑结构构件的荷载

在对建筑结构构件的荷载进行分析的过程中, 所采用的是线弹性时程分析法。分析的结果是, 包括剪力墙、横向框架梁和框架柱都不存在屈服的现象。虽纵向框架所承受的荷载比较大, 并有屈服现象产生, 但是, 这种屈服没有超过设计允许的范围, 所以, 整个的建筑结构构件的荷载与设计目标是相符合的。

(四) 动力弹塑性

对建筑结构的动力弹塑性进行分析所采用的是有限元分析软件程序。这个程序中带有纤维束分析模型和非线性滞回分析模型, 能够对动力弹塑性准确分析。在分析的过程中, 将混凝土材料在建筑结构中所存在的受拉能力忽略, 对分析的结果并不会造成影响[5]。根据所获得的分析结果, 最早出现屈服的连梁结构屈服, 属于是剪切屈服;处于底部加强区部位的剪力墙会有一定的屈服作用产生, 而且会因此造成一定程度的破坏。另外剪力墙结构虽然承受一定的压力, 但是并没有因此而产生屈服;框架柱的抵抗弯曲的承载力是非常大的, 并没有塑性铰产生, 方然也不会产生剪力破坏的问题, 即便是在地震的作用下, 建筑结构也不会遭到破坏。建筑结构设计符合设计目标。

结束语

综上所述, 城市发展的一项重要时代标志就是鳞次栉比的高层建筑。在近年来, 结构设计复杂的高层建筑和超高层建筑数量逐年递增。高层建筑和超高层建筑的建筑结构的设计难度是非常高的, 诸多的影响因素都要充分考虑, 以保证建筑质量, 提高建筑的安全系数, 对建筑行业更好地发展起到了一定的促进作用。

摘要：中国城市化发展进程的加快, 城市人口越来越多, 为了有效地解决有限城市空间中容纳大量的人口的问题, 环节城市运行压力, 高层建筑和超高层建筑增多, 已经成为城市的重要标志。随着高层建筑和超高层建筑设计的复杂化, 就需要重视结构设计问题, 以保证建筑安全使用, 同时还符合建筑审美效果。特别是目前的建筑设计中, 很多的设计师会从节约成本的角度出发进行建筑结构设计, 却会导致所设计的建筑难以充分地发挥其应有的性能。本论文针对复杂高层建筑与超高层建筑结构设计要点进行研究。

关键词：复杂高层,超高层建筑,建筑结构,设计要点