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高层建筑结构设计特点

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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2021-10-13 18:51 | 显示全部楼层 |阅读模式
      与低层建筑相比较,高层建筑能够降低建设用地面积,降低城市用地投资,这对于寸土寸金的城市来讲,无疑能够有效的减少城市建设的压力;同时高层建筑也为企业带去了良好的经济效益。自改革开放以来,随着我国综合国力的提高,高层建筑的数量急剧增加,同时由于我国的钢产量和混凝土使用量居于世界首位,也为高层建筑的建设提供了条件。本文就高层建筑的结构特点进行分析,并简要介绍了高层建筑基础设计的问题。
      
        一、高层建筑的结构设计特点
      
        与低层或者多层建筑结构设计相比较,高层建筑的结构设计更加重要,随着楼层高度增加所需要考虑的方面也逐渐增加,建筑结构体系的不同、建筑物的平面布置、高度、施工工艺、工程期限以及建设成本等等都有不同的要求。以下对高层建筑的结构设计特点进行简要分析。
      
        1、高层建筑的水平荷载成为设计重点
      
        世界上的任何一座建筑,不管它有多高,都同时承受以重力为代表的垂直方向的荷载以及由于风力所产生的水平方向的荷载,同时还要具有抵抗地震的能力。在低层建筑或者多层建筑中,由于楼高较小,通常是垂直方向的竖向荷载作为结构设计的重点,水平方向的荷载产生的内力位移较小,对整个建筑结构的设计所产生的影响也就小,一般只要满足垂直方向的荷载要求,就能保证整个建筑的安全。而对于高层建筑来讲,虽然竖向荷载仍然对建筑结构存在着影响,但是随着楼层高度的增加,水平方向的荷载逐渐占据重要比重。由于建筑物本身的重力以及楼面使用荷载对竖向结构的构件所产生的轴力和弯矩数值,仅仅是与楼房的高度一次方成正比,而水平方向的荷载对建筑结构产生的倾覆作用以及由此对竖向结构的构建所产生的轴向力数值,却和建筑物高度的二次方成正比。除此之外,水平方向的风力产生的荷载以及地震的作用,作用数值随着结构动力特性的变化所产生的变化幅度也较大。
      
        2、要注意轴向变形
      
        在低层建筑或者多层建筑中,一般对其结构分析只考虑弯矩这一项的数值大小即可,而轴力项的大小对于建筑的整体设计产生的影响很小,可以不用考虑在内,另外剪切项的数值更小可以忽略不计。但是高层建筑的情况就不同了,因为楼层高度的增加,轴力项数值急剧增加,同时随着楼层高度增加而产生的轴向变形也变得愈加明显,这样一来便会明显的改变高层建筑的内力数值和分布。对于采用框架结构体系和框架-剪力墙结构体系的高层建筑来讲,结构框架的中柱的轴压力往往要大于结构边柱的轴压力,并且结构中柱的轴向压缩变形和轴压应力也往往要大于结构边柱。当建筑的高度不断增加时,这种轴向变形的差距也会逐渐增加,所产生的后果就相当于连续梁的中支座发生沉陷,导致降低连续梁中间支座部位的负弯矩,端支座的负弯矩和跨中正弯矩加大。
      
        3、侧移成为控制的主要指标
      
        不同于低层建筑和多层建筑,高层建筑设计中的重要控制指标是结构的侧移。因为随着楼层建筑高度的不断增加,在水平方向所产生的作用力影响之下导致的建筑结构的侧向变形也急速增加。除此之外,随着高层建筑整体体量的增大,对建筑材料的要求也在不断增加。在对高层建筑进行结构设计的时候不仅考虑到建筑强度的大小,能够承载水平方向的风力所带来的负荷;同时也要满足抗推刚度的大小,保证水平方向的作用力遂产生的结构侧移量能够很好的被控制在一定的范围之内,从而保证人们能够正常的居住和工作。
      
        4、对结构延性(抗震设计)的要求更高
      
        由于楼层高度的不断增加,当发生地震时,高层建筑的安全系数要低于低层或者多层建筑,高层建筑的结构变形也会更加严重。因此,在对高层建筑进行结构设计的时候,要保证楼层的承载重量以及结构刚度要随着楼层高度的增加而逐渐减小,并且要保证这种变化的平衡。通过对楼层结构的变形进行合理的设计,保证高层建筑的结构延性得到增加,从而提高高层建筑的变形力。同时在高层建筑的结构设计时要将建筑对地震的抵抗性能考虑在内,避免出现不规则的设计。5、尽量减轻高层建筑的自重比在高层建筑的结构设计中,减少高层建筑的自重比所产生的影响要远远的大于对多层或者低层建筑自重比的减轻所产生的影响。减少高层建筑的自重比能够很好的抵抗地震所产生的作用效能,这样设计不仅能够使得高层建筑水平方向的作用更容易控制还能增加一定的经济效益。
      
        二、高层建筑结构基础设计的问题
      
        高层建筑的基础设计关系到上部建筑结构的存在,在整个建筑设计中占据重要位置。同低层建筑和多层建筑相比,高层建筑的结构基础除了承载上部分建筑的垂直方向作用力之外,还要能够承受来自水平方向的位移和倾覆力。而这一切的要求都要通过增加建筑基础的埋置深度来实现。所以,在高层建筑的基础设计上,埋深是非常重要的内容。另外,就是建筑的地基土以及基坑回填土对于建筑基础的约束。在这方面国家有严格的规定,在建筑设计时,我们一定要对基坑回填作出要求,从而满足对建筑基础的约束。
      
        当前高层建筑在城市建设中发展迅速,但是高层建筑的整体设计要求要远远高于低层及多层建筑,在高层建筑设计的过程中要综合考虑全面,认真遵守设计规范要求,才能建造出优质的高层建筑。
      
        参考文献:
      
        [1]周浩.高层建筑结构设计特点及心得[J].建筑节能:190-191
      
        [2]吴晓琳.浅析高层建筑结构设计与特点[J].中国高新技术企业,2009(11):127-128


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