抗震性是对建筑物结构安全性的一个重要方面,在进行建设之前的设计工作中,应当首先考虑到建筑主体在地震发生时的安全性,从而在最大程度上保障使用者的安全性。抗震性的设计中,主要是要应对地震发生时的建筑物结构的扭转振动效应,扭转振动效应具体就是指高层建筑物主体的每个构件在进行设计的时候就通过计算来确立其自身承受的扭矩,从而为其本身设置合适的配筋;而主体楼层间的最大位移与其两侧的层间位移的平均数即使结构主体的扭转效应。而造成扭振效应的原因主要分为以下几个方面:由于许多高层建筑物存在着质心与刚心不重合的现象,从而在地震来临时,地面的运动引发建筑物的扭转振动。其次,建筑物本身的抗扭组件的损坏也可以造成建筑物的扭振效应。这就要求在对高层建筑物的建设之前的设计工作在这些方面引起重视。
1控制扭振效应的几项原则
1.1单塔楼结构
相对于单塔楼结构来说,若是无法满足高规所规定的周期比的话,则表明该主体结构刚度同质量的分布不均匀、抗扭能力不够,或者是二者之一。在这种情况下,就需要对主体结构进行重新计算与调整,一般可以分为以下步骤进行:(1)首先检查振型,以此来检验平面内各个构件的均匀度,然后依据总体的刚度来对各个构件进行调节,直至结构能够产生侧振成分超过8成的纯粹侧振振型,此过程也可以称为减小偏心率。(2)在偏心率得到最大限度的调整下,可以通过调整结构内外圈的刚度比例,加强外圈的相对刚度来提高结构的抗扭振能力,此过程可以看作是减小周期比,最终通过这两个调整达到规范的要求。其中相对刚度是指如果主体结构的抗侧力度不够且层间位移在规定范围内,就需要增加外圈刚度;如果抗侧力度够强但是位移角低于标准,就需要降低结构内圈刚度。当此过程未进行完,未调节好刚度与均匀性时,无论周期比的数值如何,都不会对建筑物产生任何影响。周期比的目的就是控制结构的抗侧刚度与抗扭刚度,使其在空间布局上趋向合理,以此达到抗扭振效应。所以说就算是结构主体的抗侧力度较强,只是在外观上具有较好的观赏性,不代表具有较强的抗扭性。控制周期比的两个措施就是保持抗侧力刚度的均匀分布和控制外圈的相对刚度。
1.2多塔楼结构
对于多塔楼结构的位移比运算中要把整个多塔楼结构看作是一个整体进行验算,而周期比可以分为无连接、强连接和弱连接三种结构。对于无连接与弱连接的,验算要看作是多个单体进行验算,对于强连接则要当作一个整体进行验算。
2防范扭振效应的几项措施
2.1平面扭转效应
在地震中,质心与刚心的偏离以及平面的不对称、不规则性、扭转刚度不强等因素都是造成高层建筑物受损严重的主要原因。但是高层建筑在设计中,很难达到质心与刚心的重合要求,在平面结构的规则和对称上的设计也具有一定的难度;其次,由于受到建设位置及场地的限制,在空间布局上也很难能够按照规定与要求进行设计。因此,高层建筑的抗震扭振效应的控制措施主要要依靠调整抗侧力结构的设计上来,以此来达到抗震的要求。
2.2抗侧力结构的使用
在抗侧力机构的设计中,尽量满足抗侧力构件的对称性、平衡性与均匀分布,使其质心要尽可能的与刚心靠近,因为离质心越远,所需的抗扭刚度就越强,在建筑物的外围要多多设计一些抗侧力构件的使用,以此在数量上能够增强建筑主体的抗扭性。在设计中,要想提高建筑物的抗扭刚度,还可以通过加强原有抗侧力构件刚度的方法提高建筑物的抗扭强度:建筑物的外角处剪力墙尽力设计成L形剪力墙,并注意不要在墙上开窗等设计;对距离质心较远的剪力墙进行加厚处理;提高剪力墙连梁的高度,在必要时,可以将窗户开洞以外的墙体都设计成为连梁,从而加强抗侧力结构的刚度。
2.3裙房部位的刚心设计
在高层建筑设计中,裙房由于是平面不规则、分布不均匀,且质量中心差距太大,位移点较大等造成刚度要大大低于主体结构。所以在设计中可以在以下方面进行弥补:一种是要在裙房的最大位移处设计适应的剪力墙结构;另外一种就是建筑物的地下室在裙房位置设置好隔离缝,目的就是将主体结构的裙房单独分离出来变成一个独立的系统,从而降低地震时的扭转效应。
2.4结构平面不宜过长
高层建筑在设计中,为了适应使用的需求,往往需要借鉴多层砖混结构的户型设计,这就容易造成结构平面的布局较为狭长,从而造成抗侧刚力的不足。对于框架结构的小高层,最好的处理办法就是将狭长的结构平面分离为多个短平面,即在中间多设计几个框架柱,如果条件不允许,可以在远端尽可能增加抗侧力刚度。对于框架剪力墙的高层建筑,楼层层高相对较低,剪力墙大多设计在电梯与楼梯部位,这样就容易造成分布的不均匀、扭转效应较大,如果削弱这些位置上的剪力墙,然后通过外围增加剪力墙来提高抗侧刚度,不仅会增加成本,也是对抗扭效应影响不大的方法,因此,高层建筑在采用框架结构时,最好不要设计成框架剪力墙结构。
3结束语
高层建筑的设计中,特别是地震发生相对较为多的地方,可以通过以上措施来增强建筑物的抗扭刚度,但是在进行调整时,一定要注意需要参考高规的相对标准进行调整,要因地制宜,对于不同条件下的高层建筑物,要采取合适的措施进行调整与设计,从而保证高层建筑物的抗震性能,在地震发生时,能够有效抵消地震造成的扭振效应,建设出更为安全的居住空间。
第二篇:高层建筑结构设计特点及措施论文
一、我国建筑结构设计所具有的特点分析
1、影响结构设计的主要因素是建筑物的水平力。以重力为代表的竖向荷载控制,在建设底层房屋、多层房屋及高层的结构设计中都起到了至关重要影响。虽然竖向荷载控制对高层建筑结构设计产生重要影响,但是水平荷载控制在高层建筑中起到决定性的作用。这是因为高层建筑在竖向构件中,建筑物本身的重量和楼面使用荷载所引起的轴力和弯矩的数值,比水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及在竖向构件中由此所引起的轴力数值比例大出了一倍。
2、影响结构设计的另一个关键因素是建筑物的侧移。建筑物的侧移在高层和底层建筑物中的结构设计区别在于控制重点不同,高层侧重于侧移的控制。随着建筑物的建筑高度增加侧移的速度和变形而迅速而加快。所以一定要在规定的高度范围内控制住水平荷载下的建筑物的结构侧移。
二、高层建筑在建筑结构设计中的问题
1、设计质量下降进行高层建筑设计所需的人力和物力资源比一般的建筑方案设计要大得多,而且其设计时间期限一般较短,所给予的设计经费较少,设计任务量又较大,因此,高层建筑设计任务经常出现无人接收问题,就算设计任务被接受,其设计质量也往往是差强人意。施工单位在承包一项工程后,往往会将这个工程的高层建筑设计任务进行转包,因为施工单位很少有具备专业高层建筑设计资格的,但是由于工程转包的设计单位可能也缺乏相应的经验和人才,此情况下往往会因为建筑市场的混乱而造成高层建筑设计工作的失败。
2、参与建设人员的素质相对不高高层建筑设计工作本身就是一项任务繁重的工作,而当前建筑高层建筑设计行业又普遍存在设计人员专业素质缺乏的现象,这更加突出了高层建筑设计的问题。除了设计人员的专业素质缺乏之外,施工单位往往也存在施工人员和高层管理人员缺乏专业素质和职业素养的现象。
3、高层建筑的设计方案存在问题由设计单位的设计人员等原因造成柱脚设计不符合原来的要求,柱脚设计按高层和底层建筑的不同要求分外包设计、埋入设计和外露设计三种。底层和民宅房屋常采用外露设计。在高层建筑中柱脚的刚度由底板的弹性和塑性变形
决定,如果底板出现变形就会导致高层建筑的变形,建筑物的结构就会遭到破坏。所以设计人员必须对这些问题充分考虑或者是在进行内力分析时就要重点防止柱脚节点受到破坏。
三、提高建筑结构设计的措施研究
1、加强监督机制对设计要求的管理高层建筑进行设计之前需要对承包商和设计单位的设计合法资质进行审查,对高层建筑的构件质量合格性和相关单位对于高层建筑结构制作的保证能力、施工安装能力进行检查和评价。由于高层建筑设计存在特殊性和热属性,工程主管部门必需加强高层建筑设计单位的设计管理严格进行审查,做好施工前准备工作。对于承包企业的房屋结构的施工安装能力和结构件的制作能力进行监督和评。高层建筑符合作业要求:需要设计安装资质符合规定,并保证承包企业能按照高层建筑工程建设的相关规定进行严格施工。
2、提高高层建筑设计图纸的深浅程度在多层次、跨度较大、体型复杂还有大幅震动和高温密闭的设计时都会采用高层建筑设计。设计单位的设计资料必须满足高层建筑设计的要求。设计人员对设计的要求不断改进、尽心竭力态度决定图纸的质量。这样才能保障建筑工程的施工质量。建筑设计的工程师作为建筑结构的设计方案主要负责人,必须要对设计方案进行严格审查,把好建筑设计关,确保建筑施工的顺利进行,保证能预定的时间内开始动工。提高建筑设计的安全性、经济性,保障有效发挥设计的科学性,使得建筑设计质量得到提高。高层建筑由于长时间暴露在空气中,没有深度的防腐设计,会导致建筑中的钢材出现腐蚀现象,由于被腐蚀的钢材在用于建筑结构中促使构件截面的面积逐渐变小,使建筑物的建筑质量出现严重的问题。所以负责设计人员应该对高层建筑腐蚀问题和实际情况做出有效的有深度防腐蚀设计,一定实施最优的解决对策与最佳的设计方案来提高建筑经济性与安全性能。
3、加强高层建筑设计方案合理布局设计方案应该根据高层建筑几个不同自身结构形式,综合考虑到建筑的形式特点。设计人员设计出最好的设计方案。前期必须对建筑的实地情况和周边的环境进行汇总和分析。组织专业的设计团队和人员对设计图纸可操作性进行确认。在进行建筑图纸编制中专业的设计人员要利用科学的设计方法进行图纸设计,反复进行论证图纸的可操作性,保证图纸设计的准确性。
4、进行高层建筑设计工作时不能只追求表面功能,要将其功能性深入化,提高其设计深度。要考虑建筑物所能遇到的多种环境状况,并根据这些环境状况来设计高层建筑的使用性能,以此提高建筑物的使用年限。这样优质的高层建筑设计成果还能够为设计单位树立品牌和提高信誉度。高层建筑设计方案完成后,不能立刻投入施工中,要对其进行重重的审查,只有满足多重审核之后,充分保证了设计方案的合理、科学性之后,才能将设计方案正式投入施工,这样能够避免设计施工的风险。
5、在进行设计工作时,无论是自己进行创新还是借鉴外国先进的设计方案作品,都要根据自己的实际情况来进行高层建筑设计任务。只有保证建筑物结构的稳定性以及建筑的使用性能,这里的使用性能即建筑物的舒适性、健康性以及自由性,才能说明这个高层建筑设计的成功。而且,在设计时要充分考虑到高层建筑在建筑物内部的作用和载重性能,要遵循一般的规律和原则进行设计工作。
四、结语
经济的发展带动了建筑业的进步,同时促进了高层建筑在建筑业中的广泛应用。随着建筑功能的多样化和建筑造型的不断变化,人们对于高层建筑设计的要求逐渐提高,高层建筑在建筑结构设计中的问题日益突出,本文主要就该问题进行分析,寻找解决问题的主要措施。