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高层建筑结构设计的应用

 论文栏目:高层建筑论文     更新时间:2017/9/29 9:20:06   

摘要本文充分考虑我国当前的高层建筑物的现状,以列举目前主要不规则结构类型的方式,分析讨论了高层建筑结构中对不规则性的应用。

关键词高层建筑;结构设计;不规则性;平面布局

1、工程概述

某项目共21层,建筑面积为11457.3m2,总高度为66.12m,商业广场设计在地下1~3层,层高为3.6m,4层以上为住宅,层高3m。为框架-剪力墙结构,因工程的属性是平面和竖面均不规则。而所应用的剪力墙布置不仅能够提升建筑抗扭性能,还能增强整体结构的稳定性,同时需在建筑结构设计中较薄弱的位置,增加抗震措施。

2、高层建筑结构设计不规则性的体现

2.1竖向不规则性

一般有以下几种情况:(1)判断对侧向刚度不规则的过程中,首先应保证楼层70%的刚度值应大于相邻下一层楼层侧向的刚度值,或者相邻三个楼层侧向刚度值80%应大于所要判断的楼层的侧向刚度值;(2)不规则的竖向抗侧力,判断依据是通常竖直方向上的抗侧力产生会伴随内力的产生,这种内力会自上而下进行传递[1];(3)不同楼层间产生质量突变,评定依据是本楼层质量应比相邻下一层楼质量的1.5倍还要大;(4)不同楼层间承载力发生突变,一般是指外力作用于相邻楼层,承载剪应力一般会有不同的变化,判定依据是进行评定的楼层,在检测过程中,剪应力承载水平通常大于80%。

2.2建筑平面的不对称

不规则的平面布局。主要形式有:不规则扭转、不规则凹凸性、不连续楼板局部。(1)不规则扭转。具体表现在将楼层两段水平移平均值的1.2倍,设置为该楼层的最大弹性水平移动值,即把该楼层两端层间移位平均值的1.2倍,设置为该层最大层间移位。(2)不规则凹凸。即把所要建筑的建筑结构凹进一面的尺寸,以此尺寸须比实际投影方向上总尺寸的30%大为判定标准。(3)不规则楼板。(a)质量不对称。为缓解建筑物在实际建筑过程中会受环境因素发生偏移,规范规定建筑结构可发生偏移,但须在一定范围内。只有这样,偏移可缩小一个位置点所需承受的外力。在结构设计过程中,经常会有地基松动、地面不平等,为缓解这些问题给整个建筑结构带来的影响,可采用质量不对称的方法进行设计,增强建筑的抗震能力。(b)刚度不对称。建筑外部荷载一般分内压力和外压力两种。内压力指的是和建筑物负载压力同方向的力,而外压力指的是与建筑物负载垂直的力\刚度不对称是因为在实际施工过程中会面临许多客观问题。因此应采用合理改变方法,对建筑物刚度进行改变,设计出不对称建筑物,使高层建筑物有更高稳定性。(c)强度不对称。建筑强度一般会凭借混凝土或者钢筋水泥进行体现,但往往在建筑施工中所要使用的水泥、混凝土、钢筋等建筑材料配比很难保证自始至终完全满足设计要求,因此,就会出现不对称的平面的强度。虽然平面上某些不对称元素会影响建筑在实际生活中抵抗力,但如在设计阶段就考虑到该因素并采取合理强度不对称设计,那么高层建筑物强度不规则问题可得到缓解。

2.3建筑结构本身不规则

不规则建筑结构是指建筑物因结构刚度发生退化、楼层质心发生偏移、建筑施工受到限制所导致的不规则性。建筑楼层质心发生偏移的主要原因是结构自身的重量和实际荷载不一致,造成建筑结构的几何中心和建筑物的质量中心无法完全重合。整个建筑物的设计往往会受到诸如:材料的选择、技术的应用、构件的尺寸等多种因素的影响。在工程施工中会使刚度存在不确定性,发生刚度中心偏移现象,导致结构出现扭转现象。

3、结构不规则设计的具体方法

3.1合理控制偏心距

设计师在进行结构设计过程中为更及时对不规则性产生影响进行控制,应用以下方法进行偏心距的控制:(1)首先高层建筑物结构设计工作者应充分考虑建筑物的实际情况,更为深入细致地分析和探讨结构内在不规则性,且需根据分析结果对建筑结构刚心和质心进行精准掌握,为后续建筑结构的设计工作做好充分准备。(2)设计工作者凭借大量数据分析和大量实践经验,需精准地对建筑结构刚度分布进行判断,旨在加强建筑结构日后的稳定性;(3)合理增加或减少距离质心比较远的抗侧力构件使用,可适当增加不规则性。

3.2提高抗震性能

因为本建筑的上下层具有不同使用功能,因此处于4层以上平面结构部分收进11.10m,收进后楼层的平面宽度为12.70m。在设计过程中为提升薄弱位置抗扭性能,在纵向体型突变部位楼面板设计时,其厚度应该定位180mm,钢筋设计应选择双层双向通长的方式,要求配筋率需大于0.30%。与此同时项目4~21层为住宅,设计过程中应该使平面凸出长度为11.3m,并对配筋率和凸出的楼板厚度进行加强。

3.3抗扭薄弱环节的设计

本项目选择的设计方式是转角窗,正因为这种设计方式,建筑物抗扭性能会随着削弱,就形成了建筑结构薄弱环节,局部破坏现象较易形成。设计时转角窗两侧应有剪力墙设计并提高楼板内板筋配置率,且洞口边缘须有暗梁设置,提高抗扭性能。两层相邻框架柱拥有和剪力墙相同的尺寸,且使用相同等级的混凝土。剪力墙布置应保证其对称并且均匀,与此同时,应提升周围剪力墙的抗侧刚度,使结构的扭转效应降到更小。3.4抗震的性能化设计在本项目设计中为能提升结构的塑性耗能能力,且对地震影响指数进行估计,取其最大值0.45,为确保其安全稳定,用弹性时程分析法进行补充计算,地震加速度是程曲线最大为70cm/s2,内置的特征周期为0.45s,加速度依照最大1:0.85取值。

3.5不规则设计的计算分析

目前在高层建筑结构设计中,不论使用的是计算程序还是计算分析方式,其实都是本质相同的假定方式。两者所假定都是楼板在平面内不会有变形的情况出现,或者平面内假定刚度无限大。即使这样,这些假设相对于大多数工程来说,都具有高度可行性,但如果遇到楼板出现比较大的凹入,且开洞也相对较大,就会发生楼板平面严重变形,这时所有假设均不成立。如遇到此情况,应使用的程序或者计算方法都应充分综合考虑对楼板变形的影响。

4、结语

目前,国内高层建筑结构设计不规则通常有:建筑物结构自身不规则,平面不规则、还有纵向不规则。建筑结构设计不规则会导致很多问题,所以凭借合理的对空间地面应用,对高层建筑结构的相对偏心距进行确定、对高层建筑结构抗侧刚度进行合理改进、进一步提升高层建筑结构周边的抗扭转构件的抗剪力、完善防震缝等措施,最大限度减小因建筑结构设计的不规则所带来的消极影响。

参考文献:

[1]范文彬,唐明忠.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].建筑设计管理,2014,(06):72-74.

作者:胡人尹 单位:广东呈斯意特建筑设计有限公司

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