高层建筑结构特点论文

2022-04-27

以下是小编精心整理的《高层建筑结构特点论文(精选3篇)》,仅供参考,大家一起来看看吧。摘要:随着改革开放的不断发展和我国城市化进程的不断推进,对于建筑行业的建设水平也有了新的标准,对于高层建筑的结构设计也有了更高的要求,剪力墙是高层建筑结构中重要的组成部分,良好的剪力墙结构设计对于提高整个高层建筑质量有着重要意义。本文将围绕高层建筑结构特点,对剪力墙的设计展开分析探讨。

高层建筑结构特点论文 篇1:

高层建筑结构特点及设计问题探讨

摘要:随着我国经济的不断发展和城市化进程的加快,加上在大中城市商务和办公的集中化,对于具有多种功能的高层楼建筑需求增加,在高层建筑工程中,建筑的结构设计是影响大楼整体质量和安全的关键要素,而在高层建筑结构的设计中,由于其自身的结构特点影响,设计时要考虑的问题较多,一直是高层建筑建设的重点和难点,本文就高层建筑结构的特点进行了阐述,分析了在进行高层建筑结构设计时应当注意的问题,并提出了一些设计当遵循的原则。

关键词:高层建筑;建筑结构;结构设计;原则

一、 前言

高层建筑是城市发展的必然寻求,也是建筑行业中十分高端的一种建筑模式,楼层越高的建筑,其结构就越复杂,对安全性的要求就更高,无论是对设计还是施工,都是一项严峻的挑战,所以往往很多城市重要的高层建筑都是由拥有一定技术实力和资金实力的建筑公司完成的,而且由于经济的发展,城市中的高层建筑对于建筑功能的需求增多,同样也加大了建设难度。就国内建筑行业近几年的情况来看,工程质量安全事故发生较多,在追究原因时发现大多是在建筑结构的设计上出现了问题,由此,高层建筑的结构设计开始逐渐被重视起来。

二、 高层建筑的结构设计的特点

(一) 结构延性是重要的设计指标

相对于低楼层而言,高楼层具有独特特性,高楼层拥有更好柔性,由此,高层楼房在遭受地震时更容易出现变形。所以,在建造高层建筑过程中,就要充分考虑如何保证高层建筑的延性,从而保证高层建筑进入塑性变形阶段之后仍然有较好的变形能力,防止坍塌现象的发生。由此,就要在建筑结构设计阶段采取恰当的措施,保证建筑结构的延性。

(二) 水平载荷成为决定因素

载荷是建筑的基本要素,一般较低楼层建筑的设计和施工,会把竖向荷载作为重点进行考虑,而高层建筑则刚好相反,因为在楼层越高的建筑,对于抗侧力的要求就越高,这时就需要水平载荷来进行平衡作用,因此高层建筑将水平荷载视为设计的重要因素。另一方面,水平载荷由于外部环境的变化,会随着结构动力特性的不同而浮动。

(三) 轴向变形是重点考虑对象

高层建筑结构在不同方向的作用力影响下,外部形态会发生不同程度的影响,比如剪切变形、位置变形和轴向变形。其中最最应当注意的就是轴向变形,不同于低楼层的建筑物,高层建筑结构的轴力十分的大,产生的变形量就会相对比较大,在工程的设计和施工中,结构对于轴向变形的承受限度要有很精确的计算和把握。

三、 高层建筑结构设计中应当注意的问题

(一) 结构的超高问题

抗震规范中对建筑结构的总高度进行严格限制,新规范中增设了B级高度,这与原来设定的A级高度在处理办法方面有很大改变。所以,在工程实践中,就要充分考虑建筑的超高问题及处理措施,在结构设计过程中要充分根据工程实际进行抗震设计,防止建筑物结构过高导致的不安全因素。一旦在工程实际过程中,忽视建筑物的超高问题,在工程后续施工过程中就会出现一系列问题,这就会对工程工期和效益造成严重损害。

(二) 短肢剪力墙设置问题

实践表明,短肢剪力墙在高层建筑中的运用有更多因素加以限制。因此,高层建筑结构设计过程中,就应当根据情况尽可能少使用短肢剪力墙,从而减少由于短肢剪力墙的使用造成不必要的麻烦。所以,在高层建筑设计过程中,要特别注重工程的细节问题,从而提高工程建设的进度。

(三) 嵌固端的设置问题

高层建筑通常都有地下室和人防,由此嵌固端的设置位置可能在地下室顶板,也有可能在人防的顶板。在进行高层建筑结构设计过程中,结构设计人员要特别注意嵌固端的设置问题,防止由于嵌固端设置所造成的问题。比如说,嵌固端上下抗震等级的一致性问题和抗震缝设计与嵌固端位置的协调问题等,由此可能造成结构设计的不合理,进而出现安全隐患。

(四) 剪力墙的设计问题

剪力墙结构在高层建筑结构中发挥着重要作用,可以这样说,剪力墙的设计和施工质量好坏直接决定着整体建筑的安全性能。剪力墙的设计要考虑的问题很多,比如剪力墙的定位是否准确,墙体配筋是否合理,连梁结构质量是否达标的保障和边缘结构有无约束,这些都能影响到剪力墙的最终效果,在高层建筑结构中一直是重点和难点,也是最容易出现问题的地方。

四、 高层建筑结构设计原则

(一) 对结构的受力性作率先考虑。

高层建筑结构应为其自身的重力特性,特别是对于竖向的的作用力荷载压力较大,因此在设计过程中,首先要考虑的就是高层建筑的整体结构对于外部力量的承受问题,对于剪力墙等局部受力和抗震结构更是要全面细致的进行计算和设计。结构的受力性能得到了保障,建筑整体的安全可靠性才能达到要求。

(二) 制定合理的设计方案

设计方案不仅是高层建筑结构安全可靠的前提,往往也决定着工程的质量和进度,同时保障工程的收益。在制定设计方案时,要做到全面考虑。一方面是建筑的整体构造,还有材料的选择等基本因素要做好设计计算;另一方面,要对建筑进行实地的考察和调研,对基本环境有详细的了解,以便在制定方案时将这些因素考虑进去。而且合理的设计方案还要将成本因素考虑进去,在保证质量的情况下为工程带来更多的盈利。

(三) 对于数据要进行详细的分析

数据对于建筑的设计来说十分重要,它为前期对于各部分的质量和指标提供可靠的信息,对于数据的分析就是这些信息的了解过程,一方面需要设计人员拥有较强的分析能力,一方面可以借助现代先进的计算机技术。并且在施工的过程中,也要使用数据与设计方案进行比对,做好纠正和风险防范工作。

五、 结语

由于城市化进程的加快,城市的高度集中化使得城市土地资源十分缺乏,因此为了缓解用地压力,高层建筑的修建越来越频繁,但是高层建筑因为其自身结构的特殊性,所以高层建筑结构设计的质量要求非常的高,可以毫不夸张的说,结构设计的好坏直接决定了建筑整体建设的可行性和可靠性。因此,在设计过程中,一定要充分的考慮到影响质量的问题,严格按照设计原则进行设计,并且把握好细节。

参考文献:

[1]徐自国. 高层建筑钢筋混凝土框架-核心筒结构楼层层高变化对结构抗震性能的影响研究[D].中国建筑科学研究院,2013.

[2]高跃峰,谢爽. 高层建筑结构设计问题探讨[A]. 吉林省土木建筑学会.吉林省土木建筑学会2012年学术年会论文[C].吉林省土木建筑学会:,2012:3

[3]吴宏磊,丁洁民. 超高层建筑结构动力弹塑性分析中的一些关键问题探讨[A]. 《建筑结构》杂志社.建筑结构高峰论坛--复杂建筑结构弹塑性分析技术研讨会论文集[C].《建筑结构》杂志社:,2012:7.

[4]杨克家,梁兴文,张茂雨. 带加强层超高层建筑结构基于能力谱法的抗震设计[J]. 地震工程与工程振动,2010,01:84-92.

[5]崔子夏. 广东省建筑设计研究院机构发展及建筑创作历程研究(1952-2002)[D].华南理工大学,2012

作者:严勇兵

高层建筑结构特点论文 篇2:

高层建筑结构特点与剪力墙设计探讨

摘 要:随着改革开放的不断发展和我国城市化进程的不断推进,对于建筑行业的建设水平也有了新的标准,对于高层建筑的结构设计也有了更高的要求,剪力墙是高层建筑结构中重要的组成部分,良好的剪力墙结构设计对于提高整个高层建筑质量有着重要意义。本文将围绕高层建筑结构特点,对剪力墙的设计展开分析探讨。

关键词:高层建筑;剪力墙结构;设计探讨

前言:

关于剪力墙这个名词的出现是在上世纪60年代,因为剪力墙结构特点能够有效地减少移位、加大强度、承载各种内力效应、抗震效果也大大提升,因此,在高层建筑中得到了广泛的应用,无论是对建筑人员还是建筑使用人员都提供了极大的便利,剪力墙结构也因此得到了社会各界的广泛关注,在高层建筑中也不断提高着自身的重要性和必要性。

1、高层建筑结构特点与剪力墙设计特点

1.1高层建筑的结构设计特点分析

随着改革开放的不断发展推进,为保护好人民群众的生命财产安全,推动社会的和谐稳定发展,高层建筑要保质保量的稳步推进。关于高层建筑结构设计的特点中水平力是设计的主要因素,就目前来看绝大多数剪力墙的设计建造是采用以重力为核心的竖向荷载结构,虽然竖向荷载结构仍然在高层建筑结构设计中占据着一席之地,但是起着决定性作用的还是水平荷载,因为建筑本身的重量和楼层截面的使用荷载在竖向结构作用下会产生的轴力和弯距数据,对于高层建筑来说竖向荷载一般意义上都是一个定值,因此,要求剪力墙的各项数据都要统计计算的十分精确,才能保障整个建筑的质量。高层建筑随着高度的增加、不同材料的应用、创新的建筑形式和结构体系的出现使得侧向位移迅速增大,这使得对于结构中强度和抗侧刚度有了极大的要求。对于高层剪力墙结构的设计,要在其经济合理性、结构合理性、使用合理性上综合考虑以取得最优效果。

1.2剪力墙结构特点分析

随着近些年建筑行业的逐步兴起,高层建筑物因其矗立在城市坏境中较为明显,受到了社会各界人士的广泛关注。剪力墙因其独有的特性在建筑行业中被广泛应用,对于剪力墙结构的计算方法是平面有限单元法,此种方法取得数据较为精确,同时适用于各种类型的剪力墙结构计算。通过合理的设计,能够使得剪力墙的抗震性和延展性得到最大化的实现,通过相关数据的收集,在多次大地震中,对于剪力墙结构的破坏很小,可以说明剪力墙结构设计有着很好的抗震性能。但是,剪力墙结构也有着一些不足,比如说在建筑建设过程中,剪力墙的建造间距一般较小,平面布置过程中不能够很灵活的变通,使得建筑空间的设计受到一定的限制。因此,對于高层建筑过程中使用剪力墙结构,可以采用框支柱等进行转换,以扩大建筑空间的实用性。

2、高层建筑剪力墙的结构设计原则

对于剪力墙的设计布置上不能太过于集中,使得整个高层建筑结构要保持合适的侧向刚度,不能过大也不能过小,刚度过大会加大剪力墙本身的重量,减少剪力墙的抗震性,使得建筑在地震过程中更容易发生墙体倒塌。刚度过小会使得剪力墙无法发挥其在高层建筑中本身的价值作用。在剪力墙设计建造过程中,最好采用沿着主轴方向、多向和双向建造,以维持剪力墙的结构稳定,使不同方向的剪力墙连接在一起,减少了拉通力。剪力墙在数量分布上要适当、均匀,各个方向的侧向刚度要近似,才能更好的发挥减震抗震作用。

对于加强剪力墙平面外的抗变形承载力和荷载刚度,可以在墙内设置建造一些暗柱、扶壁柱等构件,采用减少梁端弯矩的措施,来加强剪力墙的抗弯能力和截面承载能力,以提高高层建筑的质量和性能。剪力墙上的门窗或者洞口的设计数据一定要精准,不能偏差,上下一致,成行布置。才能保持好承重墙的承重能力,避免发生一系列影响建筑质量的问题。同时,在剪力墙布置建造过程中,要按照从下到上的顺序连续的建造,以方便以后各个环节有序进行。

3、高层建筑剪力墙结构设计要点

3.1剪力墙的结构设计布置技巧

大多数剪力墙会沿着主轴方向进行设计建造,但是对于特殊的L型、Z型、T型等,就要采用沿两个轴线或多个轴线设计布局。一定程度上避免单向设计建造的情况,内外剪力墙采取拉通对直的设计方法,为了提高剪力墙结构设计质量和提高剪力墙刚度,使两者中心能够重合,不会出现较大误差。布置合适的剪力墙方案,提高空间利用率,增大建筑实用性。如若剪力墙之间距离过于稀疏,就会导致侧向刚度过小,进而减少剪力墙的经济实用性。再者,由于在剪力墙的建造过程中会出现洞口,高层建筑则受剪力墙洞口大小和数量的影响,因此,要尽量避免出现三个以上的洞口过于集中的出现在交叉墙附近,其中,剪力墙所涵盖的门窗洞口的设计建造要上下对齐,在剪力墙中不能承载楼面的主梁。

3.2注重转换层结构的设计

随着高层建筑的逐步建立,关于高层建筑的创新形式和功能也多种多样,其结构布局也随之多样化,这就需要在设计建造中设置一些转换结构,以适应多样化结构形式,对高层建筑的上下部分进行连接,特别是有些底部具有较大空间的高位转换部分,在结构布置上要特别注意,可以选择那些重量和高度都比较小的构件进行转换,可利用水平力作用来检查转换层之间的位移角度是否合适。在设计布局之初,相关设计人员需要进行大量的计算,通过精准的数据,以便于得知其中哪一部分是薄弱的,然后通过内力分配的相关专业知识来具体分析,解决相应问题,对薄弱部分进行适当调整来完成转换层结构的设计。

3.2加强剪力墙底部设计

对于整个剪力墙的建造布局来说,其底部设计对整个剪力墙的承载能力起着决定性的影响。剪力墙是高层建筑中特别重要的承重结构,为了满足高层建筑承载的需求,就要加强剪力墙的底部设计,就目前来说,在建筑过程中为剪力墙增设底部加强墙能够行之有效的增大剪力墙的承重能力,由于增添了加强墙,剪力墙各部分环节涉及复杂,所以对接下来一系列的剪力墙施工建造产生了一定影响,因此需要对各个环节优化配置,以加强剪力墙底部设计。

结语:

综上所述,剪力墙的设计建造对于高层建筑来说有着很重大的作用,直接影响着整个建筑的质量,根据具体情况优化剪力墙的结构设计,可以在一定程度上提高高层建筑的经济性、实用性、抗震性、可持续性,保障剪力墙的设计质量就是保障高层建筑的施工质量,对人民群众的财产安全也发挥着积极作用,推动了国民经济的发展,加快了城市化建造的步伐。

参考文献:

[1]陈栋梁.浅谈高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析[J].《城市建设理论研究(电子版)》.2012.35

[2]王刚.高层建筑结构中剪力墙结构的要点分析[J].商品与质量(房地产研究).2015.01

[3]王清洁.浅谈高层建筑剪力墙结构优化设计[J].建筑建材装饰.2015.01

作者:刘亮

高层建筑结构特点论文 篇3:

浅谈高层建筑的结构特点和建筑体系

【摘要】高层建筑在发达国家已经有了110年的发展历史,最高建筑物的记录也在不断的被刷新。高层建筑在为投资方带来经济效益的同时也极具社会效益,如果把我国的现有建筑全部转换成高层建筑将会大幅节约土地面积。高层建筑的结构特点是从钢筋混凝土向全铜结构转化的趋势日益明显,高层建筑的建筑体系按通常的划分方法可基本上分为:钢-砼混合结构体系、剪力墙结构体系、框架剪力墙结构体系、部分框架剪力墙结构体系、框架核心筒结构体系、筒中筒结构体系、框架结构体系等。下面笔者就对常见的建筑结构特点与其结构体系加以论述以期对建筑界同仁有所帮助。

【关键词】高层;建筑;结构;特点;结构体系;分类;工程

前言

我国是目前世界上发展最快的发展中国家之一,发展最快的一个最直接的明证就是各大城市的摩天大楼的兴起。不但大城市,就连笔者到过的一些小城市都已经开始建造不止一座的高层楼宇。我国的高层建筑发展至今,由于房地产业的持续走高,年年大兴土木,建筑技术也有了突飞猛进的飞跃。建筑技术提高的同时,人们开始越来越关注建筑物的品质,这就反过来对施工人员的技术素养提出了更高的要求。施工技术人员应该深入了解高层建筑的结构特点,对高层建筑的建筑体系有较深刻的认识,在此基础上方能建造出高品质的高层建筑。

一、设计因素体现在高层建筑中的特点

高层建筑的投资造价巨大,对于施工方的技术要求较高,对于施工过程的标准化规程要求很高,因为,一个多层建筑物建造过程中的一点小小的误差,放在高层建筑中都会被放大到令人无法容忍的地步。高层建筑的平面布局也完全不同于多层建筑,并且高层建筑的造型设计、管道井、建筑物的高度也与普通的多层建筑有很大的区别。具体的区别表现在以下几个方面:

首先,必须控制好水平力以免建筑物的倾覆

大家可能对上海的那栋13层的建筑的倾覆还记忆犹新吧,那就是没有控制好水平力的最实际的例子。在低层建筑物中水平荷载可能不会有太大的影响。但是在高层建筑中结果却完全不同了。高层建筑物的水平荷载会对结构产生较大的倾覆力矩,这种倾覆力矩在建筑基础、风力、沉降等某些外界因素的共同影响会对建筑物造成极大的破坏。高层建筑的水平倾覆力矩及其在竖向结构中生成的轴力与建筑高度的两次方成正比,因此,建筑物的高度越高,其倾覆的力矩就越大。

第二,高层建筑结构的侧移

不仅有上述的水平倾覆力矩的存在,在高层建筑物中还存在着结构侧移。应该说高层建筑中的结构侧移也在其结构设计中起着至关重要的作用。结构侧移力也和水平倾覆力一样随着高层建筑的高度而上升,但是水平倾覆力只是高度的二次方,而结构侧移力却是高度的四次方,这种结构侧移力几乎是随着高度而直线式火箭速度上升的。而且由于高度的不断增加,其自重也在不断的增加,虽然目前在高层建筑中广泛使用轻质高强度的材料但是其自重仍然在随着高度而增加。因此,在设计高层建筑时就必须规范结构强度,同时还要加强其抗推刚度,以确保在水平侧移力的作用下其结构的稳定性,一旦其水平侧移力超出标准范围出现的后果如下:

1、最严重的后果是侧塌

高层建筑的水平结构侧移会产生一个侧应力,这个侧应力会使整个建筑物的结构进行侧向的移动,一旦侧向移动的范围大到超出了维持高层建筑稳定的范围,那么就会出现侧塌。上海的13层的高层建筑的侧塌就是活生生的例子。

2、只要出现侧移就势必会有危险

只要高层建筑出现了侧移,那么不管侧移的程度如何,对于这座高层建筑物中的人都会带来潜在危险,无论经过的时间多久,这种危险迟早总会发生,侧塌是必然会发生的结果。意大利的比萨斜塔就是活生生的例子。假以时日,比萨斜塔的侧塌也是迟早的事情。

3、侧移对内部产生的影响

出现水平侧移后,高层建筑内部的装饰构造以及墙体结构势必会出现开裂或者损坏等现象,在水平侧移力的作用下,某些牢牢固定在墙体上的管道等设备也会被破坏,一旦电梯的墙体出现侧移,就会在某一高度卡住电梯使电梯不能正常工作。所以,对于居住在高层的居民,如果发现某一天电梯无缘无故的卡住或者墙体出现开裂就要提高警惕了。

4、水平侧移力还会带动地下的基础甚至还会影响附近的建筑

水平侧移力对高层的影响非常大,这种力还会带动地下的基础,严重的甚至还会影响到附近的其他的建筑物的安全。

第三,高强度的建筑结构抗震要求

由于高层建筑的总体高度不同于多层的高度,因此在结构抗震方面的要求就要严格得多。其不但要保证在承受竖向和水平方向的荷载,还要具有抵抗一定等级的风荷载、地震带来的荷载。

尽管高层建筑结构的抗震设计的模拟分析手段不断提高,但由于自然的不可抗力的复杂性和不确定性,地基土质影响和建筑体系本身的复杂性,可能导致理论分析计算和实际情况相差很多,尤其是当结构进入弹塑性阶段之后,会出现构件局部开裂甚至破坏,这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析,所以,理论设计往往要结合实际的施工情况进行设计。

二、高层建筑结构体系的设计规范和应用范围

首先,高层建筑的结构设计遵循的规律

建材、设备和施工过程与高层建筑结构设计密切配合,做到安全适用、技术先进、经济合理,并积极采用新技术、新工艺和新材料。同时应重视结构坚固性选择,使用抗震、抗风性能好而经济合理的结构体系与布置方案,并注意加强构造整体协调,保证结构整体抗震性能,避免局部薄弱环节出现,使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。

第二,高层建筑结构体系及适用范围

1.框架结构体系。框架结构体系主要由基础、梁、柱及楼板四种承重构件组成。承重结构是由梁、柱、基础构成基本平面框架,各平面框架再由连系梁连接起来,这一空间结构体系是高层建筑中常用的结构形式之一。

2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度,在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”,这一结构体系可以提高建筑的抗剪力强度,墙体同时也作为维护及房间分格构件。

3.框架剪力墙结构体系。顾名思义,这一体系是前两种体系的结合体,这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点,又有剪力墙体系所具备的较大的刚度和较强的抗震能力,因此广泛地应用于办公楼和旅馆。

4.简体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高,上述几种基本体系往往不能满足建造要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁简体,成为纵向悬臂箱形梁,以增强梁的刚度,也可以形成空间整体受力的框筒,这种由简体构造抵抗水平力的结构称为简体结构。

结束语

我国改革开放以来,建筑业有了突飞猛进的发展,近十几年我国已建成高层建筑万栋,建筑面积达到2亿平方米,其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层,高325米;广州中天广场80层,高322米;上海金茂大厦88层,高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼:地王国际商会中心即地王大厦共54层,高206.3米。随着城市化进程加速发展,全国各地的高层建筑不断涌现,作为土建工作设计人员,必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系,只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。经过上文对几种高层建筑结构体系的介绍,能够使读者了解高层建筑不同于多层建筑,无论是在形式上还是在结构上,同时也凸显了高层建筑在现今社会建筑中的重要性,这也是全国各大城市高层建筑不断涌现的最终原因。

作者:李良

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