時間:2023-07-27 16:24:05
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇超高層結構設計,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
中圖分類號:TU972+.9 文獻標識碼:A 文章編號:
工程概況
本工程是集辦公、商業、住宅綜合體于一體的大型綜合性建筑群體。地上設6座高端寫字樓及一座超高層住宅,相互之間設多層裙房相連。本工程的設計基準期為50年,結構安全等級為二級,抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度為0.10g,地震分組為第一組,場地類別為Ⅱ~Ⅲ 類場地(安評報告取值),特征周期0.42s(安評報告取值),地面粗糙度為C類,風荷載作用下結構水平位移計算時基本風壓為0.75kN/m2,承載力計算時取基本風壓的1.1倍。采用鉆(沖)孔灌注樁基礎,選擇微風化粗粒花崗巖為樁端持力層。
1、結構布置
1.1結構抗側力體系。根據建筑物的總高度、抗震設防烈度、建筑的用途等情況,結構采用框架-核心筒結構體系。框架-核心筒體系分別由外框架與核心筒組成,共同構成多道設防的結構體系。
1.2結構平面布置。2層由于辦公大堂的緣故有較大面積的樓板開洞和局部跨層柱現象(圖1)。該樓建筑功能考慮到框架梁與核心筒相連處支座負筋較大且建筑功能對凈高要求較大,本工程考慮采用梁端水平加腋的方法來提高梁的承載能力及滿足建筑凈高的要求。梁端水平加腋增加了節點核心區剛度/延性及耗能能力。水平加腋增大了梁與墻柱的交界面的面積,提高了梁的承載力,同時適當加大腋寬可以是塑性鉸區由墻柱界面向與等截面梁相交的加腋處轉移,有利于提高節點抗震性能。梁端水平加腋范圍根據梁內力變化曲線確定。典型樓層結構平面布置圖見圖2。
圖1 二層結構平面布置圖圖2典型樓層結構平面布置圖
1.3材料及構件截面尺寸。混凝土強度等級:主要水平構件采用C30砼,主要豎向構件采用C40~C60砼。鋼材:本工程型鋼混凝土柱中型鋼、加勁肋、柱腳底板采用Q345鋼。
2、 超限情況及抗震性能設計
2.1 超限情況
本工程建筑物高175.1米,按照《高層建筑混凝土結構技術規程》[1]JGJ3-2010第3.3.1條:框架-核心筒結構7度B級高度鋼筋混凝土高層建筑適用的最大高度為180m;7度A級高度鋼筋混凝土高層建筑適用的最大高度為130m,因此本工程屬B級高度超限結構。
整體參數分析得出扭轉位移比在1.2~1.5之間,屬于扭轉不規則。
綜上,本工程存在1項不規則(扭轉不規則),屬B級高度的超限高層建筑。
2.2 抗震性能目標設計[2]
綜合該樓的結構特點和超限內容,結構抗震性能目標選定為C級。
3、計算分析
3.1多遇地震彈性分析。采用SATWE和MIDAS BUILDING 兩種三維空間結構分析程序按振型分解反應譜法進行抗震計算分析,整體計算結果見表1。
表1整體計算分析主要計算結果
通過計算數據分析,兩種模型的位移和內力計算結果比較接近,整體參數等各項指標均滿足規范要求。
3.2多遇地震彈性時程計算分析。本工程總共輸入地震波為七組。各時程曲線計算所得基底總剪力均大于振型分解反應譜求得的基底總剪力的65%,七條時程曲線計算所得基底總剪力的平均值均大于振型分解反應譜求得基底總剪力的80%。根據彈性時程分析的各曲線顯示,七條時程曲線計算所得各指標值均小于振型分解反應譜的相應值,因此規范反應譜的計算結果可以作為結構設計的依據。
3.3設防地震作用下彈性及不屈服計算分析。中震簡要計算結果見表2。鑒于篇幅有限,各構件的中震彈性及中震不屈服驗算本文從略。中震計算分析可以看出,墻、柱在中震作用下未出現屈服,部分樓層的個別連梁、框架梁的配筋需求比多遇地震作用下的需求要高,僅小部分連梁和框架梁出現屈服情況。基底總剪力水平也說明結構在中震下具有足夠的剛度和承載能力。
表2中震計算簡要結果
3.4罕遇地震動力彈塑性時程分析。在進行結構7度(0.1g)罕遇地震彈塑性分析時,采用符合規范要求的一條人工波和兩條天然波,共三條地震記錄,采用MIDAS BUILDING 的結構大師進行罕遇地震作用下的動力彈塑性時程分析。
3.4.1結構整體反應指標。從層間位移角曲線看出X、Y向最大層間位移角為1/190和1/161,均小于層間彈塑性位移角規范限值的要求;大震作用下的最大基底剪力與小震基底剪力的比值均在4~5之間。說明結構在大震后還保持足夠的剛度,滿足規范“大震不倒”的抗震設防基本要求。
3.4.2結構構件的損傷狀態性能分析
作為抗側力第二道防線的框架柱,絕大部分處于彈性狀態,頂部出現少量的彎曲開裂,底部裙房范圍出現一部分彎曲開裂,數量總共為2.5%~2.8%,且不存在彎曲屈服和剪切破壞。
剪力墻在罕遇地震作用下,核心筒墻肢大部分處于彈性狀態,進入屈服狀態的主要為核心筒內小墻肢。各墻肢能滿足抗剪截面要求,可以保證整片墻體不出現剪切破壞。 同時通過計算發現,結構底部損傷較嚴重,擬在底部加強區電梯井道位置增設剪力墻,增加對核心筒外墻的約束。根據罕遇地震作用下剪力墻鋼筋豎向應力分布圖(略)剪力墻混凝土豎向壓應力處于彈性,剪力墻最大豎向壓應力遠小于混凝土抗壓強度標準值,可確保混凝土不被壓碎。剪力墻最大豎向壓應力小于鋼筋抗壓強度標準值,局部墻肢存在拉力,但拉應力小于鋼筋抗拉強度標準值,可確保鋼筋不被拉壞。對于少量剪切屈服的墻肢經抗剪截面復核受剪截面控制參數K均不小于1,主要樓層剪力墻的受剪截面均滿足要求。
大部分樓層連梁及框架梁梁端進入屈服狀態。連梁普遍先于框架梁進入屈服狀態,說明結構具有良好的耗能體系
4、抗震性能設計的構造及加強措施
本工程中框架柱和剪力墻核心筒是主要的抗側力構件,所以應該提高關鍵部位墻肢的延性,使抗側剛度和結構延性更好地匹配,達到有效地協同抗震。
4.1剪力墻墻肢軸壓比控制按“高規”要求不大于0.5,同時底部加強區核心筒外筒結構大震分析情況,端部增設型鋼混凝土暗柱。
4.2框架柱軸壓比按“型鋼混凝土組合結構技術規范”要求不大于0.70。
4.3底部加強區剪力墻抗震等級為一級,墻身水平和豎向分布筋配筋底部加強部位最小配筋率0.45%;約束邊緣構件豎筋最小配筋率為1.2%,體積配箍率不小于1.8%,由于首層層高較大,為薄弱環節,故針對首層墻身水平和豎向分布筋最小配筋率0.60%。
4.4約束邊緣構件上三層設為過渡層。
5、結論
本文介紹了深圳某超高層建筑結構設計的主要過程,圍繞既定的性能目標進行針對性的分析計算。計算分析表明,各項指標均能實現既定的抗震性能目標。通過對薄弱構件和薄弱部位的加強,確保了結構抗震性能目標的實現。
參 考 文 獻:
關鍵詞:超高層建筑;結構設計;抗震
超高層建筑不僅可以為用戶提供舒適的工作和生活環境,還可以很好地緩解大中城市由于人口增長帶來的用地緊張的局面;同時,超高層建筑可以憑借其高度高、外形美觀的特點而成為該地區的標志性建筑。現根據在超高層建筑結構設計中的實踐,就超高層建筑的特點、結構方案選擇的主導因素以及混合結構的設計等方面的內容與同行探討。
1超高層建筑的特點
(1)超高層建筑由于消防的要求,須設置避難層,以保證發生火災時人員能夠安全地疏散。由于機電設備使用的要求,還需要設置設備層。一般超高層建筑是兩者兼顧,設備層與避難層并做一層。而對于更高的有較多使用功能要求的超高層建筑,除每15層設一個避難層兼設備層以外,還需要設有專門的機電設備層。為提高結構的整體剛度,可以將設備層或是避難層設置為結構加強層。
(2)超高層建筑的平面形狀多為方形或近似方形,其長寬比多小于2。否則,在地震作用時由于扭轉效應大,易受到損壞。
(3)超高層建筑在基巖埋深較淺時,可選擇天然地基作為基礎持力層,采用筏基或者箱基,若基礎持力層較深時,可采用樁基。較少采用復合地基。
(4)房屋高度超過150m的超高層建筑結構應具有良好的使用條件,滿足風荷載作用下舒適度要求,結構頂點最大加速度的控制應滿足相關規范要求。
(5)超高層建筑結構設計一般都需要進行抗震設防專項審查,必要時還須在振動臺上進行專門的模型震動試驗,才能確保工程得到合理地設計和建造。
2超高層建筑結構方案確定的主導因素
2.1建筑方案應受到結構方案的制約
超高層建筑方案的設計與實施應有結構專業在方案階段的密切配合,保證結構方案實施的可行性。另外,在與建筑方案設計的協調配合過程中,結構方案設計應力求做到有所創新,能獲得良好的經濟效益和社會效益。
2.2結構類型的選擇應綜合考慮
(1)應考慮擬建場地的巖土工程地質條件
一個擬建在基巖埋藏極淺場地上的超高層建筑,具有采用天然地基的條件。一般這樣的場地其場地類別為Ⅰ類或Ⅱ類,在該地區抗震設防烈度較低的情形下,其所采用的結構體系可優先采用鋼筋混凝土結構。而對于在第四紀土層上的抗震設防烈度為7度或8度區的超高層建筑,為降低地震作用,結構選型應考慮采用結構自重較輕的混合結構或鋼結構。
(2)應考慮抗震性能目標
一般抗震設計的性能目標要求豎向構件承載能力較高,達到中震不屈服;剪力墻底部加強區達到抗剪中震彈性。顯然,在抗震設防烈度7度區,尤其是8度區,鋼筋混凝土結構就很難滿足這一條件。所以,為減小結構構件在地震作用下產生的內力,應優先考慮選用混合結構或鋼結構,這樣可以基本由型鋼承擔地震作用下產生的構件剪力和拉力。若是采用全鋼筋混凝土結構,豎向構件則會因截面計算配筋量太大,導致鋼筋無法放置;單純增大構件截面則會使結構自重加大,同時地震作用產生的結構內力也會相應增加,截面配筋率仍得不到很好控制。
(3)應考慮經濟上的合理性
通常從工程造價上比較,鋼筋混凝土結構最低,其次是混合結構,最高則是全鋼結構。所以,超高層結構方案的選用應著重考慮工程造價的合理控制。另外,超高層建筑中的豎向承重構件由于截面積大而會使建筑有效的使用面積減小。采用型鋼混凝土柱或鋼管混凝土柱作為主要承重構件可較大提高主體結構的承載能力,而且使整個結構有較好的延性,柱截面比單純采用鋼筋混凝土柱減小近50%,增大了建筑有效使用面積。即使采用鋼筋混凝土結構方案,為減小柱截面,也可在一定標高框架柱內設置型鋼,可獲得較好的經濟效益。
外框架采用型鋼混凝土柱或圓鋼管混凝土柱,混凝土核心筒構件內設型鋼;類似于這種混合結構,正普遍運用于超高層建筑結構設計。此種結構相對全鋼筋混凝土結構自重要小,尤其具有較大的結構剛度和延性,在高烈度地震作用下易于滿足設計要求,同時具有良好的消防防火性能,其綜合經濟指標較好。
(4)應考慮施工的合理性
眾所周知,房屋高度愈高,施工難度愈大,施工周期也愈長。一般鋼筋混凝土結構高層建筑出地面以上的樓層施工進度約每月4層;混合結構(型鋼混凝土框架+鋼筋混凝土核心筒,內外框梁為鋼梁)約每月5層~6層;全鋼結構約每月7層。因此,在結構設計當中,應根據不同的房屋高度和業主對工程施工進度的要求,綜合考慮選擇合理的結構類型。
另外,由于超高層建筑施工周期長,從文明施工和盡量減少對城市環境不良影響的角度考慮,應盡量減少現場混凝土的澆搗量,使部分結構構件能放在工廠加工制作,運到現場即可安裝就位。同時在樓蓋結構設計中考慮盡量減少模板作業,采用帶鋼承板的組合樓蓋,這對于保證工程施工質量和加快施工進度是極其有效的措施。
3.超高建筑結構類型中的混合結構設計
3.1型鋼混凝土和圓鋼管混凝土柱鋼骨含鋼率的控制
一般設計中,混合結構構件的鋼骨含鋼率中都是由構造控制,目前國內相關的設計規范和技術規程的規定各不相同,但有一個共同點是框柱中鋼骨的含鋼率不宜小于4%,這是型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土柱區別的一個指標。在混合結構設計過程當中,設計者可根據計算結果來設計柱縱筋和箍筋,并設置大于4%的含鋼率的型鋼截面即可。
3.2鋼筋混凝土核心筒的型鋼柱的設置
在地震作用或風荷載作用下,鋼筋混凝土核心筒一般要承受85%以上的水平剪力;同時筒體外墻還要承受近樓層面積一半的豎向荷載。所以,在筒體外墻內設置型鋼柱既可保證筒體與型鋼混凝土外框柱有相同的延性,還可以減小兩者之間豎向變形差異。同時,筒體墻內設置型鋼柱,可使剪力墻開裂后承載力下降幅度不大。尤其在抗震設防的高烈度區,剪力墻底部加強區的抗震性能目標要按中震彈性或中震不屈服設計,其地震作用下剪力、彎矩很大,更需在墻體內設置型鋼柱。否則,內筒邊緣構件配筋面積太大,增加了設計和施工的難度。通過設置型鋼柱,可取代邊緣構件內的縱筋。
3.3關于結構的抗側剛度問題
超高層建筑混合結構的鋼筋混凝土核心筒體是整個結構的主要抗側構件,所以筒體的墻厚尤其是外側墻厚,主要是由抗側剛度要求決定。因此,外框柱截面的設計除滿足承載力和軸壓比要求外,其剛度在整體結構剛度設計中應予以充分考慮。
在超高層建筑結構設計中,由于框架-核心筒或筒中筒結構(鋼筋混凝土或混合結構)的結構抗側剛度有時不能滿足變形要求,需要利用避難層或設備層在外框或外框筒周邊設置環狀桁架或同時設置水平伸臂桁架。采用這種桁架式的加強層可使外框架或外框筒與核心筒緊密連接成一體,增大結構的抗側剛度和扭轉剛度,滿足結構的變形(層間位移)要求。對于外框柱與筒體的剪力墻間設置的水平伸臂桁架,應使設置水平伸臂桁架處筒體的墻定位與外框柱相對應,水平伸臂桁架平面應與內筒體墻剛心和重心重合,方能形成較好的結構整體抗側剛度。
4結語
結構設計是基于建筑的表現,以實現建筑優美的外觀和良好的內部空間。因此在設計過程當中需要建筑表現和結構方案的完美統一,這就必須依靠建筑師與結構工程師在整個設計過程中相互密切配合,綜合考慮結構總體系與結構分體系之間的傳力路線關系,并充分考慮結構材料選用、施工的可行性和經濟性,避免施工圖設計中產生不合理的結構受力體系。
參考文獻:
關鍵詞:復雜高層;超高層建筑;結構設計要點
1前言
由于復雜高層與超高層建筑建設難度相對較大,為保證人們居住的安全性,相關建筑結構設計人員就應該以提高建筑結構安全性為主要目標,找出更有利于高層建筑建設的結構設計措施,從而在促進建筑行業發展的同時,保證復雜高層與超高層建筑建設能夠具有合理性、抗震性,提高人們居住的舒適度與安全性。
2高層建筑整體結構設計特點
高層建筑整體結構設計特點主要體現在以下幾方面:一是由于高層建筑相對較高,建筑水平荷載對建筑整體會產生一定的豎向軸應力,并在水平上受到自然災害、風力等因素影響。因此在設計高層建筑整體結構時,除需要考慮到建筑豎向荷載外,也應該深入考慮到建筑水平荷載。二是由于高層建筑頂部壓力相對較大,建筑在后期使用過程中,會出現軸向變形的問題,從而影響建筑梁彎距。因此為了保證高層建筑整體安全性,在結構設計時就應該加強對建筑梁彎矩的重視,避免發生高層建筑軸向變形問題[1]。三是對高層建筑整體抗震性的要求。高層建筑在設計過程中應該重視其結構延性,保證高層建筑能夠更好的抵抗地震災害,從而保證居住人們的生命安全。
3復雜高層與超高層建筑結構設計要點
3.1提高對建筑結構設計的重視,優化結構設計方案
復雜高層與超高層建筑結構設計方案直接決定了建筑結構后期應用的安全性。基于此,在進行結構設計時,相關人員就應該提高對建筑結構設計的重視,從而能夠結合建筑工程周圍實際情況,優化已經研制出的結構設計方案。首先,復雜高層與超高層建筑結構設計人員應該重視概念設計,在前期設計階段需要堅持結構設計規則性、整體均衡性等原則,保證建筑結構各個部分都能夠發揮出更有力的支持作用;其次,在完善復雜高層與超高層建筑結構設計時,結構設計人員應該加強與工程施工人員的溝通,從而在外觀效果、施工效果的角度上實現對建筑結構設計方案的優化,避免建筑結構出現后期轉換的問題[2]。最后,由于計算機技術在結構設計過程中發揮了重要的作用,因此相關人員還應該積極采取有效的計算機軟件,實現對結構設計方案更科學的優化。
3.2深入分析建筑結構設計指標,提高結構設計的合理性
建筑結構設計指標不僅是復雜高層與超高層建筑結構設計人員應該遵循的指標,也是保證復雜高層與超高層建筑結構設計合理性的重要因素。因此在設計建筑結構時,相關人員就應該加強對以下幾點內容的重視,從而提高復雜高層與超高層建筑結構設計的合理性。一是地震荷載指標:在研究人員的深入分析下,發現超高層建筑結構自震周期在6秒至9秒之間,因此在地震荷載指標的影響下,建議復雜高層與超高層建筑結構設計中直線傾斜下降時間控制在十秒左右。同時在分析該項技術指標時,也要全面結合建筑周圍的實際情況,從而保證評估結果能夠滿足建筑結構合理性的要求;二是風荷載指標:由于復雜高層與超高層建筑主要會受到地震以及風力的影響,因此相關人員還應該遵照當前所提出的風荷載指標對建筑結構設計進行全面評估,從而實現對建筑變形的控制,提高建筑居住的安全性。
3.3根據相關建筑結構設計規范,保證結構設計的抗震性
由于建筑結構直接影響著人們的生命安全,因此在建筑行業快速發展的背景下,國家制定了科學、合理的建筑結構設計規范。針對復雜高層與超高層建筑提出的設計規范,有以下兩種:《高層建筑混凝土結構技術規程》和《高層建筑抗震規程》。要想保證復雜高層與超高層建筑結構設計更加合理,能夠更好的滿足建筑抗震性要求,相關人員在設計復雜高層與超高層建筑時,就要嚴格按照相關建筑結構設計規范進行設計工作。同時也要全面考慮到當前建筑項目所處的外部環境、需求的抗震類別以及施工條件,以保證復雜高層與超高層建筑結構設計抗震能力為建設目標。在按照相關規范設計后,利用相關分析方法對復雜高層與超高層建筑進行結構抗震性的深入分析。
3.4重視后期居住的舒適性,保證建筑結構設計的科學性
在復雜高層與超高層建筑結構設計中,除需要重視上述設計要點外,還需要考慮到后期人們居住的舒適性。一方面,這是當今社會人們生活水平提高后對建筑結構提出的要求,另一方面,也是復雜高層與超高層建筑必須達到的建設目標。由于復雜高層與超高層建筑豎向荷載相對較大,因此在前期施工以及后期居住中,都會出現一定的壓縮變形問題[3]。基于此,為了保證后期人們能夠居住的更加舒適,在進行建筑結構設計及施工過程中,就應該積極采取預變形技術,并通過計算機軟件進行詳細的模擬演練,從而保證建筑結構設計能夠更加科學合理,更好的滿足人們居住要求。
4總結
綜上所述,相關結構設計人員在設計復雜高層與超高層建筑時,要深入分析建筑結構設計指標、相關建筑結構設計規范以及居住的舒適程度,從而保證設計人員能夠設計出結構更加合理、抗震性能更高、科學性更高的復雜高層與超高層建筑結構方案,保證復雜高層與超高層建筑使用壽命與安全性,為人們居住、工作提供更安全的環境。
參考文獻:
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[2]關偉,于連友,賈國熠.關于超高層建筑的相關結構設計討論[J].門窗,2013(2):215~216.
關鍵詞:超高層;復雜高層;建筑結構;設計要點
1超高層及復雜高層建筑結構設計的要求
(1)科學分析構造。在設計超高層及復雜高層建筑結構過程中,設計人員需要對建筑的整體構造進行合理設計,嚴格遵循實用性與穩定性的原則,對結構設計細節加以高度重視,加固設計部分應力符合集中的部位。同時設計人員需要綜合分析外界的環境因素,如風向風力、溫度變化等,以免建筑物出現形變和側移等問題,確保構造的穩定性[1]。此外,設計人員需要準確把握建筑材料的性能,尤其是材料的形變能力和延展性,以便因材料質量問題而影響建筑構造的使用性能。(2)優選結構方案。結構方案的選擇是超高層及復雜高層建筑建設的前提與基礎,因此設計人員需要以工程實際情況為依據,科學確定結構方案,在確保結構安全穩定的基礎上,協調好建筑成本投入及結構優化之間的關系。同時構建系統科學的評價方案,在評價體系中納入相關的評價標準,如自然因素、施工工藝、工程材料和設計要求等,然后分析和對比超高層及復雜高層建筑的結構設計方案,優選出最佳方案,保證工程的有序實施。(3)完善計算簡圖。在結構設計環節,計算簡圖的目的就是為方案的選擇提供數據支撐,達到結構精細化分析的目的。由于計算簡圖的完善與否直接關系到結構設計的科學合理,因此在實際工作中,設計人員應體現出計算簡圖的全面性與直觀性特征,對結構簡圖的繪制誤差進行科學控制,以便獲得關鍵性的內容,真實準確反映出工程的結構信息,便于工程的順利開展。
2超高層及復雜高層建筑結構設計的要點
超高層及復雜高層建筑結構設計的要點具體表現為以下幾方面:(1)注重概念設計。在超高層及復雜高層建筑的結構設計中,需要高度注重概念設計,適當提高結構的均勻性、完整性、規則性,保證結構抗側力與豎向的傳力路徑相對直接與清晰;同時在設計中適當融合節能和環保的理念,構建切實可行的耗能機制,關注材料與結構的利用率,保證結構受力的完整性。(2)加強抗震設計。抗震設計保證超高層及復雜高層建筑安全性的前提與基礎,要想做好抗震設計應做好如下幾點:①關注抗震結構設計的方法和質量。由于地震作用方向的隨機性強,對地震荷載進行準確計算后,需要從構件與結構等方面出發,科學選用抗側力結構體系,使剛心與形心相重合,提高結構安全性能[2]。②認真考慮抗震設防烈度。抗震設防烈度是建筑結構設計的重要內容,在烈度設計中應以建筑物最大承受強度大小為主,以此增強建筑物的安全性與經濟性,有效減少建設誤差,保證人們的生命財產安全。③科學選擇建材。抗震設計材料應具備材質均勻、高強輕質等特點,并且構件連接應有良好的延性、連續性、整體性,這樣才能有效消耗地震的能力,降低地震反應,減少因地震造成的損失。④加強構件強度。為了增強超高層及復雜高層建筑結構的抗變形能力和抗震性能,可以選擇強度較大的結構,如鋼結構、型鋼混凝土結構、混凝土結構等。(3)合理選擇結構抗側力體系。要想保證建筑的安全性,必須要對結構抗側力體系進行科學選擇,但是在選擇過程中需要注意幾點:①在實際設計環節,應該高度重視相關結構抗側力構件的聯系,使其形成統一和完整的整體。②如果建筑結構中涉及諸多抗側力結構體系,則需要對其進行認真分析,科學評判其貢獻程度,對其效用進行詳細考察[3]。③從建筑物實際高度出發,對所學的結構體系進行確定,如建筑物高度不超過100m,框架剪力墻、框架、剪力墻為最佳體系構成;高度保持在100~200m的范圍內,剪力墻和框架核心筒為最佳體系構成;蓋度在200~300m的范圍內,框架核心筒和和框架核心筒伸臂為最佳體系構成;高度低于600m時,銜架、斜撐、組合體、筒中筒伸臂、巨型框架為最佳體系構成。
3結束語
在超高層及復雜高層建筑結構設計過程中,需要對其設計要點進行準確掌握,從施工過程、抗震設防烈度和結構方案等方面處罰,做到科學分析構造、優選結構方案、完善計算簡圖,并加強抗震設計,注重概念設計,合理選擇結構抗側力體系。這樣才能提高材料的利用率,保證建筑結構的穩固性和安全性,增強建筑的整體質量和使用性能,達到良好的設計效果。
參考文獻
[1]吳榮德,李國方.復雜高層與超高層建筑結構設計要點探析[J].住宅與房地產,2015,28:40.
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關鍵詞:高層建筑;隔震技術;耐震建筑物
中圖分類號: TU208.3 文獻標識碼:A
1 地震這一自然災害的破壞性極強,而我國的地理位置又處于環太平洋地震帶附近,所以國內的建筑物必定要具有很強的防震性。以往我國建筑商主要在建筑物的強度和韌性方面下功夫來增強建筑物的耐震性。在吸取世界其他常受地震災害的國家的震后教訓后,我國也吸收了世界建筑業的新型耐震技術——隔震技術和消能技術。這兩種技術現在在建筑防震領域發揮了很大的作用。尤其是我國在2008年的四川汶川大地震后,這兩種防震技術更是被廣泛的運用。
1.1 耐震建筑物
通常我們在設計建筑物之前要充分考慮建筑物的耐震性能。要保證建筑物的主體可以承受中小程度的地震強度,允許建筑物在承受地震時發生塑性變形,而韌性需求不得超過容許韌性容量,并且充分假設最大地震強度時建筑物的最大韌性以將地震的破壞能力降到最低。
1.1.1 中小度地震:這里提到的中小度地震是指地震的重現期為30年,并且在50年之內的地震強度不可能大于此地震強度的可能性僅在百分之二十左右的地震。由于此類地震的發生頻率較高,所以要求房屋在筑造的過程中必須有相應的防震措施,以保證房屋在地震時其韌性可以達到地震搖晃所帶來的力量。一旦房屋在地震中受到破壞,想要對之進行震后修復就比較困難,這不僅會帶來很大的經濟損失還會對人民的安全生活帶來極大的威脅,就高韌性容量的建筑物而言其耐震設計會受其影響。
1.1.2 設計地震:是指地震的重現期為475年,而在五十年內地震強度超過它的可能性僅為百分之十左右。建筑物在受到此類地震強度的影響下只允許產生輕微破壞以保證不會帶來人民的生命和財產威脅。而那些建筑意義非同一般的建筑物,回歸期更長。若要保持房屋在此類地震強度影響下能夠保持房屋構造的基本結構不受影響,可以采取一些措施以增加房屋的韌性,如在筑造房屋時,在某些指定位置加入塑鉸,這是一個既經濟又實用的方法,加入的塑鉸可以再地震過程中大大緩解地震時帶來的破壞力量。只有將房屋的韌性嚴格控制在房屋允許的韌性范圍內才能保證房屋在遭遇地震時不會受到極其嚴重的破壞。
1.2 隔震建筑物
在基面增加了隔震層的建筑物成為隔震建筑物。它的工作特征是利用很多隔震零件加長建筑物的周期來減小發生地震時的破壞力度。伴隨著周期的加長,房屋的位移數也會增長,因此再配合消能組件,提高系統的阻尼比,進而降低位移量。施工中最為流行的隔震組件是lrb,這個組件中添加了鉛心,其作用是消能,依靠靠橡膠層受水平剪力作用時具有低勁度來拉長周期。Lrb的使用期限很長,而且性能持久,它的工作能力強,尤其是在消能方面可以進行多次工作。
隔震層的上層結構硬于隔震層是各鎮建筑物的另一個特征。所以,由于軟硬程度的區別,當建筑物遭遇地震的破壞時,上層建筑會因其質地硬而變位量小于質地軟的隔震層。故我們有時把上部結構視為剛體。
1.3 消能建筑物
所謂效能建筑物就是利用對建筑物添加阻尼器來進行消能的建筑物。消能組件概分為位移型、速度型與其它型式。位移型消能組件顯現剛塑性、雙線性或三線性遲滯行為,且其反應需與速度及激振頻率無關。速度型消能組件因不同的阻尼比、勁度及材料可分為:包含固態與液態之黏彈性組件及液態黏滯性組件。第三類則含括所有不屬于位移型與速度型的消能組件。
2 世界各國隔震建筑物發展現況
目前,隨著人們對地震的了解愈加深刻,各國人民普遍認識到隔震技術是一種有效的防震減災的技術。各式各樣的隔震建筑物被建造,而且隔震建筑物的結構格式日趨多樣化,這些帶有新技術的隔震建筑物在歷經多級大地震后凸顯了它們的隔震減災性能,得到了人們的認定。
3 耐震建筑與隔震建筑造價比較
日本實驗者做了大量的數據采集工作,結果表明:在高度為25米以下的建筑物造價比較中,隔震建筑物約為耐震建筑物的105%-109%;在高度為25米至31米的建筑物造價比較中,隔震建筑物約為耐震建筑物的102%-104%;但是,在高度為31米以上的建筑物時,隔震建筑物的造價就相對而言比較低了,是耐震建筑物的99%-103%左右。此外,我們還對結構造價進行比較,數據顯示,在所有的防震建筑物中,由于辦公室約為總建筑費用的百分之十八;旅館約占總建筑費用的百分之十三;醫院則僅占總費用的百分之八。總結而言,建筑意義愈大愈應使用隔震建筑技術。
4 隔震建筑新趨勢
高層與超高層隔震建筑物,目前日本最高隔震建筑物為位于大阪城之西梅田超高層計劃,地下1層,地上50層,屋突2層,基礎隔震,樓高177.4m,高寬比5.8:1,隔震型式有滑動支承,積層橡膠墊,及u型鋼板消能器+fluid damper。
5 超高層隔震建筑物設計技術
超高層隔震建筑物設計技術主要需要考慮以下因素:
5.1 長周期建筑物之隔震效果
隔震技術最明顯的技術優勢是可以延長建筑物基本振動周期。但一般情況下的振動周期大于三秒, 即使延長至五秒甚至超過五秒,兩者加速度反應相差有限。但是在增加阻尼比降低地震位移反應,則有其貢獻。
5.2 傾覆作用造成隔震組件受拉力
隔震組件必須具有很強的耐拉性。
5.3 風力作用
在地震級別小或者風的作用下,建筑物的隔震組件能否繼續保持其原有性能還需要日后繼續研究。
結語
我國也是世界上多地震的國家之一,百分之七十八的國土面積都需要進行抗震設防,而隔震技術則是一種經濟有效的防震減災技術。雖然,它的體制還西藥進一步健全,但由其原理名了、結構簡單、造價低等技術優勢,必然會在日后得到長足的發展,但就現有技術水平還未能達到可以安全面對最大等級的地震水平,所以,就目前情況而言,我們更要對人們的生命財產負責,采取更為保守的作為。
參考文獻
關鍵詞:超高層建筑;建筑結構;結構設計
1 超高層建筑
1.1 高層建筑,超過一定高度和層數的多層建筑。世界各國對高層建筑的高度和層數界限的規定并不一致。在中國,舊規范規定:1)8層以上的建筑都被稱為高層建筑,而目前,接近20 層的稱為中高層,30 層左右接近100m 稱為高層建筑,而 50 層左右 200m 以上稱為超高層。
2)在新《高規》即《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)里規定:10 層及 10 層以上或高度超過 28m 的鋼筋混凝土結構稱為高層建筑結構。當建筑高度超過100m時,稱為超高層建筑。3)1972年國際高層建筑會議將高層建筑分為4 類:第 1 類為 9~16 層(最高 50m),第2 類為 17~25 層(最高 75m),第 3 類為 26~40 層(最高 100m),第 4類為40 層以上(高于 100m)。4)中國的房屋 6 層及 6 層以上就需要設置電梯,對10 層以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火規范,因此中國的《民用建筑設計通則》(GB 50352-2005)、《高層民用建筑設計防火規范》(GB 50045-95)將10 層及 10 層以上的住宅建筑和高度超過24m的公共建筑和綜合性建筑劃稱為高層建筑。由于超高層建筑安全性差,所以較少見。
1.2 超高層建筑由于其體型巨大,功能復雜,容納人員眾多,投資十分龐大。通常由于它特殊的地位,成為一個地區的地標式建筑。近年,對這類建筑物稱之為科技的集中體現,綜合國力的象征,城市的標志等等,都是恰當的。其本身確實是體現了多方面的物質成就。
1.3 它要耗費大量的人力、物力、財力。金茂大廈的每平方米造價大體上要 20000 元人民幣,每天的正常運行費用約需上百萬元人民幣。
所以,超高層建筑的建設和維護要耗費大量財富。
2 建筑結構
2.1 超限高層建筑的類型主要有大底盤、大裙房、多塔樓建筑帶有外挑、懸挑層的建筑。
2.2 超限高層建筑經常采用的結構體系有鋼筋混凝土框架-核心筒結構,它的整體性、抗側剛度好,一般采用以上混凝土鋼框架結構,具有自重輕、斷面小、承載力大的優勢外密柱結構。
2.3 高層和超高層建筑在結構設計中除采用鋼筋混凝土結構(代號RC)外,還采用型鋼混凝土結構(代號 SRC),鋼管混凝土結構(代號CFS)和全鋼結構(代號 S 或 SS)。
2.4 建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩定和水平方向的穩定都是非常重要的,由于建筑物是由一些大而重的構件所組成,因此結構必須能將它本身的重量傳至地面,結構的荷載總是向下作用于地面的。
2.5 而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系,所以,在建筑設計的方案階段,就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。
2.6 選用適當的計算簡結構計算式在計算簡圖的基礎上進行的,計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故常常發生,所以選擇適當的計算簡圖是保證結構安全的重要條件。
計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節點不可能是純粹的鉸結點和剛結點,但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內。
2.7基礎設計應根據工程地質條件,上部結構類型與載荷分布,相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析,選擇經濟合理的基礎方案,設計時宜最大限度地發揮地基的潛力,必要時應進行地基變形驗算。
2.8 基礎設計應有詳盡的地質勘察報告,對一些缺少地質報告的建筑應進行現場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下,同一結構單元不宜用兩種不同的類型。
3 結構設計
3.1 基于混凝土轉換結構的上述特點,在確定施工方案時應重點考慮以下幾個方面的問題:1)轉換板的自重、施工荷載以及所承受的上部結構荷載往往非常大,所以應選擇合理、可行的模板支撐方案,并根據轉換板的結構特點進行模板支撐體系的設計。2)下部樓蓋難以直接承受施工荷載,必須采取措施解決荷載的安全傳遞問題。3)對于大體積混凝土轉換板,施工時應考慮采取減小混凝土溫度差值、溫度變化以及混凝土收縮徐變的措施,防止新澆混凝土產生溫度裂縫和收縮裂縫。4)轉換板承受的荷載很大,其配筋較多,而且鋼筋骨架的高度較高,施工時應采取措施保證鋼筋骨架的穩定。應及時做好轉換板施工期間板的變形、混凝土施工溫度的監測,及時掌握各種對施工質量不利的情況,并及時采取措施進行預防和糾正。
3.2 隨著高層建筑的迅速發展,結構理論和建筑技術也不斷得到提高,高層建筑結構形式也開始趨于多樣化發展,其表現形式也是多種多樣,但是也隨之出現了很多在高層建筑設計方面的問題。在作為城市風景線的同時,高層建筑還面臨著如何搞好高層建筑設計的問題,如何多方面實現高層建筑設計的完善是目前高層建筑設計所追求的主要理念。
3.3 在實際的建筑設計過程中,高層建筑設計中的塔樓部分雖然在設計上沒有很大的變化余地,但是在高層建筑的底層部分可以通過一些巧妙的處理來實現對空間形式上的豐富,在實際的建筑設計中一般都是采用底層架空和入口縮進的處理方法。
4 超高層建筑結構設計的關鍵點
4.1 構造設計要合理
在對超高層建筑物進行設計時,必須保證構造的設計謹慎并合理,重點要注意對一些薄弱的部位進行加強,避免出現薄弱層,充分考慮到溫度應力對建筑物的影響以及建筑物的抗震能力,注意構件的延性以及鋼筋的錨固長度,在對平面和立面進行布置時要確保平整均勻。
4.2 計算簡圖要合適
計算簡圖是對建筑物結構進行計算的基礎,它直接關系到超高層建筑的結構安全。為了保證結構的安全性,我們必須從計算簡圖抓起,慎重研究,合理選擇,對于存在于計算簡圖中的誤差,要保證其值控制在技術規程允許的范圍內。
4.3 結構方案選擇要合理
建筑方案的合理性取決于結構方案是否合理,因此,在選擇結構方案時不但要充分考慮到經濟因素,還要充分考慮方案的結構形式和結構體系,同時能夠充分結合設計要求、材料、施工以及自然因素等來確定結構方案,確保結構方案的合理性。
4.4 基礎方案選擇要合理
在進行基礎方案的設計中,設計師要考慮到載荷的分布情況,工程所在的自然因素、地質條件,施工方的施工條件,周圍建筑物對所設計建筑物造成的影響等各方面因素,以此來確保基礎方案的選擇既經濟又合理,達到最優效果。
5 結束語
近些年來,我國的高層建筑建設發展迅速。但從設計質量方面來看,并不理想。在高層建筑結構設計中,結構工程師不能僅僅重視結構計算的準確性而忽略結構方案的具體實際情況,應作出合理的結構方案選擇。高層建筑結構設計人員應根據具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設計中遇到了各種問題。
參考文獻
【關鍵詞】抗震性能要求;層間位移角;扭轉位移比;抗側剛度比;樓層層間受剪承載力
1 工程概況
本項目位于廣州市珠江新城,占地12335平方米。基地成一狹長L形,總建筑面積158155m2,地下四層,地面以上由三棟超高層辦公塔樓組成,本文介紹的是1#樓,地上共36層,總高156.8米。
2 結構總體設計與選型:
設計時采用安評報告提供的數據,抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度=0.10g,塔樓屬B級高度高層建筑,高寬比為7.13;結構類型為框架-筒體(X向置中,Y向偏置)剪力墻結構,相應的框架為一級,剪力墻為一級,地下室:塔樓相關范圍內的,地下一層抗震等級同上部塔樓;地下二層~地下四層豎向構件的抗震等級降低一級,框架梁的抗震等級為三級。首層夾層以及頂部三層為僅有框架梁,無樓板的架空層;標準層板厚一般為h=110mm,剪力墻筒體及開洞位置的樓板厚度取140mm。主要框架梁尺寸為500x800~700x800,主要柱截面尺寸為1200x2600~900x1400,剪力墻厚600~300mm。 標準層結構圖
3 抗震性能要求
針對本工程的結構特點,設定本結構的抗震性能目標如下表,利用這些指標能更合理的判斷整體結構在中震、大震作用下的性能表現,給超限設計提供可靠的判斷依據。在考慮豎向荷載、風和小震的作用時,采用SATWE程序按規范方法進行計算和設計,則可保證結構構件處于彈性階段;對中震作用,采用SATWE程序進行中震不屈服計算,選用中震的地震反應譜曲線,計算中荷載分項系數取1.0,材料強度取標準值,不考慮地震作用的內力調整,當構件的地震作用組合效應不大于構件的抗震承載力,即可判斷構件為中震不屈服;對于大震作用,則采用PKPM對結構進行靜力彈塑性分析(Pushover)。按彈塑性程序計算所反映的塑性發展程度來對構件以至整個結構進行相應的性能評價。連梁設計時通過調整配筋,達到強剪弱彎的性能目標,允許彎曲屈服,但不能發生剪切等脆性破壞。
4 結構分析
本工程屬于復雜超高層建筑,分別采用CSI系列的ETABS9.2.0及PKPM系列的SATWE兩個不同力學模型的三維空間分析軟件,考慮在豎向荷載、X、Y方向的風荷載及地震作用下的內力與位移;計算時考慮了重力二階效應影響進行整體內力和位移計算,并考慮樓板的彈性變形(位移計算時為剛性板),同時根據地震安全性評價報告提供的地震波采用SATWE軟件進行多遇地震下的彈性時程分析,并采用PUSH&EPDA彈塑性靜力分析軟件對高層建筑結構在罕遇地震作用下進行靜力彈塑性分析(PUSHOVER分析)。重要構件按中震不屈服復核;同時也進行了風荷載作用下的舒適度計算。
計算方法及參數:
a) 由于本項目地下室除塔樓范圍的首層外大部分均采用無梁樓蓋,首層不宜作為嵌固層。因此計算模型的嵌固層設置在地下四層,但考慮回填土對地下室的約束剛度。
b) 采用多遇地震下的彈性時程分析方法進行補充分析,選取由《廣州市天河區獵德路獵德村地塊工程場地地震安全性評價報告》中的1條人工波并選取2條天然波,用SATWE程序進行彈性動力時程分析,計算時結構阻尼比0.05,場地地面最大加速度36.8cm/s2。
c) 主要設計參數:考慮平扭耦聯的扭轉效應和偶然偏心效應,周期折減系數0.85,振型質量參與系數大于90%;連梁剛度折減系數取0.8,中梁剛度增大系數1.8,梁扭折減系數0.4,框架梁端彎矩調整系數取0.85;考慮地震作用最大時的角度的地震作用方向。
結論:兩個程序的計算結果較接近,沒有出現原則性沖突或矛盾的結果。在地震作用下,結構的樓層層間最大位移角滿足要求;部分樓層剪重比不滿足“高規”第3.3.13條要求,需乘以地震剪力放大系數,滿足規范要求;第一扭轉周期與第一平動周期的比值少于0.85;側向剛度比除第8計算層外均滿足“高規”要求
計算還選用三組加速度時程曲線進行了多遇地震作用下的彈性動力時程分析,結果均小于考慮扭轉藕連的振型分解反應譜法,層間位移角的結果與振型分解反應譜法接近,滿足《高規》3.3.5第一條的規定。但人工波計算的局部樓層剪力比振型分解法稍大,對這些樓層設計時應適當加強;
本工程高寬比超限,通過計算結構頂點最大加速度反映出該建筑具有良好的使用條件,滿足舒適度要求。頂點最大加速度遠小于“高規”中4.6.6條的限值(0.25m/s2);
對底部加強區的剪力墻、框架柱按中震不屈服進行分析,個別框架梁截面需要調整;剪力墻截面滿足抗剪要求,但部分墻肢縱筋配筋量明顯增大;框架柱配筋除個別外與小震時相當。因此通過調整個別框架梁,剪力墻截面,增加配筋,可以使本工程的結構體系在遭遇設防地震烈度水平的地震襲擊時,能達到規范的設計要求;
按照規范要求“大震不倒”的抗震設防目標,本工程采用PUSH&EPSA程序接口SATWE進行罕遇地震作用下進行靜力彈塑性推覆分析。在罕遇地震作用下,各層彈塑性位移角最大值均小于1/100,符合“高規”第4.6.5條要求;在性能點處,連梁普遍出現塑性鉸,部分框架梁梁端出現塑性鉸,剪力墻未出現剪力鉸,即剪力墻抗剪能力足夠,不會發生剪切破壞。因此建筑物可實現“大震不倒”的抗震設防目標。
5 針對超限采取的措施及結論
【關鍵詞】高層建筑;超高層建筑;結構分析;
在國外高層建筑物要比我國的高層建筑早很多,已經有一百多年的歷史,最早建成高層建筑物的國家是美國。隨著經濟的不斷發展,人口的不斷增加,二戰以后,世界對高層以及超高層建筑物的結構體系研究已經逐漸發展,結構設計水平逐漸提高,這使得高層與超高層建筑迅猛發展起來,并成為一個國家或者是城市的經濟發展標志,越來越多的超高層建筑出現在人們的生活中,并且層數也越來越高,在某種程度上來講,建筑物的層數比拼已經成了國家與國家的經濟發展水平比拼。起初在高層與超高層建筑中,使用的是鋼筋混凝土結構,但是事實證明鋼筋混凝土的自重較大,體積也比較大,使得高層與超高層的功能受到限制。但是隨著對高層與超高層建筑的結構設計,使用鋼結構進行建設避免了鋼筋混凝土結構的缺點,提高了高層與超高層建筑的使用功能,這是高層與超高層建筑中的一次跨越。目前,在我國的發達城市中超高層建筑越來越多,很多超高層建筑已經列入世界超高層建筑中的前茅,這是我國經濟與科技發展的體現。
一、高層與超高層建筑結構設計的特點
首先,重視建筑物結構的水平荷載,防止地震力以及風載對建筑物造成影響。高層建筑與超高層建筑的自重以及樓面的荷載所引起的彎矩及軸力僅僅與建筑物總高度的一次方成正比。而建筑物的水平荷載所產生的力矩與軸力相對較大,與建筑物高度的二次方成正比另外,對于一定高度的建筑來講豎直方向的荷載時一個固定值,而水平方向的荷載,由于受到地震以及風荷載的作用,會隨著建筑物的結構特征的不同而發生較大的變化,可見水平方向的荷載作用力在結構設計中的重要性。
其次,重視建筑結構的軸向變形。在高層以及超高層建筑中,柱體會因為較大的豎向荷載而產生較大的軸向變形,此變形會嚴重影響到連續梁的彎矩大小,使得連續梁的中間支撐位置的負彎矩值變小,正彎矩值變大,兩端的支撐位置處的負彎矩值也隨之變大建筑中預制的構件長度要根據軸向的變形值進行調整與制作,因此建筑結構發生較大的軸向變形時,下料的長度會受到嚴重的影響另外,建筑結構發生軸向變形時還會對建筑構件的剪力以及側移值的大小造成影響,使其產生影響到建筑物整體安全的結果。
第三,失穩是結構設計中的主要控制目標。與多層建筑相比,高層與超高層建筑對側移的大小控制是尤為重要的,是建筑結構設計的關鍵之處。建筑物的高度越大,水平荷載作用下的結構側移值會越來越大,對此進行控制是尤為重要的,要將側移值控制在規定的安全范圍內。
最后,重視對建筑結構的抗震性能化設計。使高層及超高層建筑和多層建筑的結構提高關鍵部位的抗震能力、變形能力,因此當發生地震或者是風荷載作用時發生變形的情況會更多、更嚴重。要想提高高層及超高層建筑的變形能力,使其在塑性變形后能力不減,避免在地震中發生房屋倒塌的現象,必須在對建筑的結構進行設計時,注意對結構延性的設計,采取相應的措施來提高結構的延性,最終達到提高建筑結構質量的目的。
二、高層及超高層建筑的結構體系
隨著我國建筑業的不斷發展,建筑技術趨于成熟,數量也越來越多,為了便于建筑規范的執行,將建筑物分為級與級的高層建筑。通常情況下,級建筑物只要按照現行的規定進行設計即可,但是對級建筑物在結構體系的設計時,要求要更嚴格,下面對常用的結構體系進行闡述。
首先,有框架結構,框架結構高度局限較大,在高烈度地區做到規范限值時,構件的截面過大,影響使用且不經濟,也不滿足國家規范多道設防的理念,所以出現框架―剪力墻體系。框架剪力墻體系實現了多道設防的理念,在建筑物的高度上比框架有所提高,大大的提高了建筑的承載力、剛度和延性,也能滿足使用的需求,只需在建筑物的適當位置設置一定比例的剪力墻,從而達到使結構在豎向和水平的布置具有合理的承載力和剛度,更合理的滿足規范的要求。使用靈活,一般用于對空間使用有要求的建筑,如辦公、車庫等公共建筑,在此結構中,兩個體系所扮演的角色各不相同的但又不可分開,剪力墻起到承受水平方向剪力的作用,框架起到承受垂直方向的荷載作用。框架剪力墻體系所呈現的位移形式為彎剪型。在水平方向承受的作用力,剪力墻與框架通過剛度較強的樓板和連續梁組成到一起,形成相互合作的結構體系。剪力墻在建筑結構中的設計優點很多,是結構整體的側向高度增大,水平方向的位移減小,框架所承受水平方向的剪力明顯減小,且豎向方向的內力分布也變得均勻。因此,框架剪力墻體系的建筑物的框架體系低于建筑物的能建高度。其次,剪力墻體系。高層及超高層建筑物的受力結構是由剪力墻結構替代的,且全部由此替代為剪力墻體系。在此體系中,單片的剪力墻在建筑結構中承受了所有水平方面的作用力以及垂直方向的荷載作用力。由于剪力墻體系的結構為剛性,因此位移時出現的曲線形式為彎曲型。剪力墻體系的優點很多,具有較高的強度與剛度,延性良好,力的傳遞均勻,具有一定的整體性,此體系的建筑物坍塌現象少,被廣泛應用在高層及超高層建筑中,能建高度較大,大于框架剪力墻體系以及剪力墻體系。第三,全剪力墻結構。此結構所承受的橫向荷載與豎向荷載都是剪力墻,沒有框架柱結構。此建筑結構適用于高層建筑中,并且選用此建筑結構建筑的樓層可以比框架剪力墻結構高。此結構的缺點在于成本造價高,內部的空間不可以進行任意的分割。在實際的工程建筑中,設計者首先要對框架剪力墻結構進行考慮,若此結構無法滿足建筑的要求,則選擇全剪力墻結構。
第四,避難層的設置。對于高層建筑以及超高層建筑來講,避難層的設置是非常必要的,因為一旦高層建筑以及超高層建筑發生火災時可以進行避難,因為避難層的空間大,通風好。通常情況下,當建筑物的高度達到一百米后,便要在建筑物內進行避難層的設置,以便于消防安全。避難層的設置位是有規定的,第一層與避難層的設置層數不能超過十五層面積的設計要滿足人員的避難要求要在避難層處設置消防電梯口避難層要配備全套的消防設備等。
三、制作與安裝
對測量工具以及鋼尺的量具進行統一。對高層建筑以及超高層建筑進行施工時,所涉及到的環節較多,如土建、機械設備的安裝、鋼結構等,對這些環節進行施工時,所應用到的測量工具以及鋼尺要進行統一,要按照國家的相關規定進行量具的選擇,使得各類測量按照統一標準進行,提高建筑物的整體質量。
關鍵詞:超高層建筑;設計;構想
中圖分類號:TU2 文獻標識碼:A
根據我國法律規定:建筑高度超過100m時,不論住宅及公共建筑均為超高層建筑。超高層建筑的建造之所以發展速度快,是因為高層建筑能在有效面積的土地上,得以發揮最大的使用效益。盡管建造超高層建筑需要的費用較高,但在我國的城市建設中,隨著城市化日益快速發展的需要,為土地使用率的提高,必然會使超高層建筑快速發展。
1 超高層建筑的不同之處
超高層建筑與一般高層建筑結構設計的差異
1.1 從房屋高度上,超高層建筑的房屋高度在100m以上直至有幾百米,而一般高層建筑的房屋高度則是在100m以下。
1.2 超高層建筑由于消防的要求,須設置避難層,以保證遇到火災時人員疏散的安全。對于這些安放有設備設計除考慮實際的荷載之外,更需考慮設備的振動對相鄰樓層使用的影響。同時,這些樓層的結構設計,為提高結構的整體剛度,可用來設置結構加強層。
1.3 超高層建筑的結構類型選擇上相對要廣,除了鋼筋混凝土結構外,還有全鋼結構和混合結構。而一般高層建筑結構除了特殊條件需要者外,多為鋼筋 混凝土結構。
1.4 超高層建筑的平面形狀多為方形或近似,對于矩形平面其長寬比也是在2以內,尤其抗震設防的高烈度地區更應采用規則對稱平面。否則,在地震作用時由于扭轉效應大,易受到損壞。而一般高層建筑平面形狀選擇余地要大。
1.5 超高層建筑的基礎形式除等厚板筏基和箱基外,由于平面為框架.核心筒或筒中筒,同時,由于基底壓力大要求地基承載力很高,除了基巖埋藏較淺可選擇天然地基外,一般均采用樁基。
1.6 房屋高度超過150m的超高層建筑結構應具有良好的使用條件,既要滿足舒適度,結構頂點最大加速度的控制也要滿足相關規定要求,但是高層建筑設計不需要考慮上述問題。
1.7 只有經過國內專家的評估和論證,必要時還須進行振動模型試驗,才能確保工程的安全。而一般高層建筑的房屋高度多在規范容許高度范圍并已有大量的科研成果和實際工程經驗,除非是特別不規則結構,是不需要進行抗震設防專項審查的。
2 超高層建筑結構方案
2.1 抗震設防烈度是超高層結構體系選用首要考慮因素 《抗規》中規定,對于房屋高度超過100m的高層建筑,不同的抗震設防烈度,房屋高度也是不相同的。顯然,抗震設防烈度6度最有利于建造超高層建筑。因為地震作用太大,要滿足三個水準的設防性能目標,其結構構件截面尺寸大,用材指標很高,并導致工程造價也相當高。
2.1.1 超高層建筑方案應受到結構方案的制約,建筑專業是民用建筑設計中的龍頭專業,一個具有較強建筑方案能力和有經驗的建筑師在建筑方案時應考慮到建筑結構,使得結構方案具有可實施性。 而對于超高層建筑方案更應首先就要考慮結構方案的可行性,保證居民的生命和財產安全。
2.1.2 超高層建筑結構體系中結構類型的選擇,應該根據擬建場地的巖土工程地質條件和抗震性能目標的確定及經濟的合理性綜合考慮。擬建場地的巖土工程地質條件,是合理選擇超高層建筑的結構類型時要考慮的因素之一。
2.2 抗震設計時,所確定的抗震性能目標是超高層建筑結構選型應考慮的另一因素。一般而言,超高層建筑結構設計普遍存在結構超限。一般抗震設計的性能目標要求豎向構件承載力達到中震不屈服或剪力墻底部加強區達到抗剪中震彈性,受彎及框架柱 達到中震不屈服。
2.2.1 采用合理的結構類型,應考慮經濟上的合理性。通常從工程造價上比較,鋼筋混凝土結構最低,其次是混合結構,最高則是全鋼結構。一般混合結構的采用應考慮有利于降低工程造價。另外,超高層建筑結構中的豎向承重構件由于截面積大而會使建筑有效的使用面積減小。
2.2.2 超高層建筑結構類型的選用,施工的合理性應是考慮的又一因素 超高層建筑的房屋高度多在150m以上。房屋高度愈高,施工難度愈大,施工周期也愈長。一般鋼筋混凝土結構高層建筑出地面以上的樓層施工進度慢,施工難度很大。所以,不同結構類型,施工進度各不相同。因此,設計應根據不同的房屋高度和業主對工程施工進度的要求,綜合考慮以選擇合理的結構類型。
2.3 超高建筑結構類型中的混合結構設計
采用型鋼混凝土梁,粱的縱筋要穿越柱的腹板或焊接在設置于型鋼柱翼緣的鋼牛腿上,而型鋼柱的箍筋除穿越柱腹板外還要穿越型鋼梁的腹板。它與全鋼結構相比,即使加上鋼筋用量后總用鋼量也要低,相應總的工程費用也低。同 時,由于混合結構的主要抗側構件是鋼筋混凝土核心筒,其抗側剛度大于鋼支撐,這就是混合結構目前廣泛用于超高層建筑結構的主要原因。
2.4 超高層建筑結構的基礎設計
超高層建筑一般多設二層或更多層的地下室, 其基礎的埋置深度均能滿足穩定要求。而對于基巖埋藏較淺無法建造多層地下室不能滿足埋置深度要 求的,則可設置嵌巖錨桿來滿足穩定要求。
2.4.1 天然地基基礎。對于基底砌置在砂、卵石層的建筑,多是采用等厚板筏形基礎。但也有工程采用箱形基礎。
2.4.2 樁基基礎的設計。超高層建筑的樁基礎,由于基底壓力大,要求的單樁豎向承載力較高,因此,均采用大直徑鉆孔灌注樁或有條件的工程場地采用大直徑人工挖孔擴底灌注樁。樁端持力層的選擇應考慮層厚較大和密實的砂、卵石層或中風化、微風化基巖,以減少樁端沉降變形。
3 超高層建筑的技術及措施
3.1 連廊弱連接支座留足連廊兩端活動空間確保不出現下墜,采用抗拉鉸接萬向支座,并用側面限位器固定,確保水平荷載直接傳遞到塔樓主結構。支承連廊的框架柱抗震等級提高為一級,以確保安全性。
3.2 連廊及頂部塔樓結構抗震加強措施。連廊采用空間鋼結構桁架,鋼筋混凝土樓板的形式,并進行專門設計。頂部蓮花座高度較高且外形復雜,采用將芯筒適度上升,外復鋼結構形成蓮花座外形的結構設計,能極大地減輕自重保證結構強度,從而有效克服鞭梢效應,且施工方便。
3.3 平面扭轉不規則抗震加強措施。主要采取調整抗側力構件的布置,使質心與剛心盡量重合,并加大結構的扭轉剛度,以減小結構扭轉效應,使結構各樓層的位移比限制在規定范圍之內。
結語
超高層建筑雙塔結構是一種非常復雜的結構體系,如何科學合理地設計超高層建筑結構已成為一個急需解決的問題。超高層建筑應采用合理的計算模型,通過多種分析進行比較,證明結構設計是可行的,因此設計者要足夠重視抗震設計。
參考文獻
[1]秦榮.高層與超高層建筑結構[M].北京:科學出版社,2007.
關鍵詞:超高層建筑;鋼結構;抗震性能;優化設計
中圖分類號:TU3文獻標識碼:A文章編號:2095-6363(2015)10-0078-02
作者簡介:張俏,講師,工程師,一級注冊建造師,鋼結構教研室主任,研究方向:結構計算與優化
超高層建筑是目前城市中的主要建筑形式,為了保障超高層建筑的強度及穩定性,在對超高層建筑進行結構設計的過程中,多數采用是鋼結構。這種超高層建筑對于鋼結構設計的要求相對較為嚴格,尤其是對鋼結構的抗震設計更為嚴格,為了能夠使得超高層建筑的鋼結構完整性得到有效的保障,就需要采用合理的方式,來對超高層鋼結構抗震性能進行優化設計。下面本文就主要針對超高層鋼結構抗震分析與優化設計進行深入的分析。
1超高層鋼結構抗震性能分析
針對不同的超高層建筑,采用的鋼結構形式也會有所不同,而不同的鋼結構形式也會具有不同的抗震性能。通常而言,采用混凝土修建的超高層建筑,具有較高的受壓能力,然而,這種建筑的抗拉性能卻較差,采用混凝土結構修建的超高層建筑,受壓能力與抗拉能力之間的差距會在10倍左右。在地震發生后,尤其是大的地震發生時,會使得超高層建筑在巨大的沖擊作用下,混凝土結構完整性很容易就被破壞,而且混凝土也會出現裂縫,而鋼結構就不會出現這樣的問題,可以有效的保障超高層建筑的穩定性。相較于超高層混凝土結構,超高層鋼結構的延展性能更加的優良,而且可以承受巨大的地震波的影響和沖擊。就性能來說,鋼材的抗壓性能、抗剪性能以及抗拉性能都較為突出,能夠將地震所造成的沖擊力盡可能的減小,從而使得超高層建筑保持穩定。就這一方面來說,鋼結構就是一種較為理想的超高層建筑設計結構形式,鋼結構的彈性以及塑性都較為突出,利用鋼結構具有的較強塑性以及彈性來對地震波進行消減以及吸收,就可以使得超高層建筑鋼結構的抗震性能得以提升。與其他的超高層建筑結構形式相比,鋼結構本身的重量較輕,而且能夠有效的起到減震的效應。根據上述的研究可以充分的了解到,鋼結構的抗震性能較為突出,在工業化高速發展的過程中,鋼結構的環保性能也逐漸提升,其在設計的過程中,不會對周邊的環境造成破壞和污染,在一定程度上可以有效的實現超高層建筑的綠化設計。由于鋼結構具有如此多的應用優勢,所以其在超高層建筑抗震設計中有著廣泛的應用價值。
2工程概況
某超高層工業廠房,在設計之初,其抗震等級被設計為7級,而且地震加速度也被設計為0.16g,在進行地震設計的過程中,總共分為三個等級,這一工業廠房所占用的場地,主要為Ⅱ類場地,在該工業廠房的周邊區域,設置了抗震帶,抗震類別為乙類。這一工業廠房總共有40層,地上37層,地下3層,廠房的總高度為125m,建筑總體面積為112543㎡。為保障該工業廠房結構設計的合理性和安全性,該廠房采用鋼結構進行設計,并且在不同的樓層中,采用的鋼結構類型也不同。該工業廠房中,1-13層主要采用的是鋼支撐結構,而在14-37層,則采用的是鋼框架-鋼支撐結構。在兩種鋼結構交接的部分,主要應用插入式柱腳對建筑結構實行支撐,起到荷載有效連接和傳遞的作用。但是該超高層工業廠房所建設的區域,很容易發生大型的地震,而廠房的地震設計無法滿足抗震要求,還需要進一步的進行鋼結構抗震優化設計,才能夠有效的保障超高層工業廠房結構的穩定性。
3超高層鋼結構抗震優化設計
一般來說,針對超高層鋼結構進行抗震優化設計的過程中,需要對鋼結構節點進行合理的設計,這樣就可以使得梁柱的穩定性得到有效的保障,也可以使得超高層鋼結構的抗震性能得到進一步的提升。
1)局部削弱措施。很多的超高層鋼結構中,會采用梁柱焊栓節點進行鋼結構的設計,這樣的節點形式通常被稱為狗骨頭節點,這樣的節點一般都是在梁上下進行設置,并且會使得節點呈現出一種圓弧的形狀,從而就會使得鋼結構邊緣位置出現削弱的情況,這就使得鋼結構自身的承載能力下降,也使得鋼結構的韌性大打折扣,從而無法具備較高的抗震性能。因此,應該對局部削弱采取有效的措施進行解決,并且采用腹板開孔型節點進行鋼結構設計。這樣的節點形式在一定程度上可以使得鋼結構的塑性得到有效的提升,也可以使得與節點距離相對較遠的梁截面塑性也可以得到提升。在地震發生的時候,就會使得鋼結構梁翼緣位置的鋼板不容易出現變形的情況,而且能夠有效的滿足抗震設計的標準要求,即使在梁鋼板結構出現局部削弱的情況下,鋼結構節點的承重能力以及抗震能力也不會出現下降的問題。所以,針對超高層鋼結構抗震優化設計的過程中,合理的應用腹板開孔型節點,可以有效的使得鋼結構的抗震性能得到提升,彌補局部出現的削弱情況。
2)加強措施。利用焊接的方式來對相關的輔助板塊進行連接固定,并且合理利用螺栓將輔助板塊合理的設置在鋼結構的主體部位,之所以這樣做,是為了能夠更好的提升鋼結構的整體承受能力,使得梁翼緣的削弱問題可以得到有效的解決,輔助板與主體結構之間連接的節點形式需要采用腋梁節點或者是加蓋板節點,這樣的節點形式才能夠使得超高層鋼結構的抗震性能能夠滿足標準要求。其中,加蓋板節點的設定,不需要進行梁的剛度以及強度的改變,只需要在梁的翼緣位置處進行加蓋板設定,并針對梁柱節點所能夠承擔的荷載能力進行提升,保障梁柱節點能夠滿足相應塑性設計標準要求,保證節點能夠具有一定的延展性,這樣就不會使得鋼結構因為地震的影響而出現損壞的情況。按照相應的規定,超高層鋼結構梁翼緣在進行加蓋板焊接的過程中,需要對蓋板的厚度進行控制,盡可能的將蓋板的厚度控制在8mm的范圍內,同時,在對梁頂端的位置進行焊接處理的時候,則需要先打開相應的焊接缺口,然后進行加蓋板的焊接,所選擇的家蓋板長度需要控制在150mm以上,但不適宜超過180mm。而梁腋節點抗震性能突出,具有良好的塑性能力,塑性旋轉角度由原來不足0.018rad可增至0.03rad以上,最大可達0.05rad。但是這種節點不能緩解梁翼緣中部的應力集中現象,而且梁腋的存在使得建筑設計也增加了困難。
4結語
總而言之,超高層建筑在進行結構選擇的時候,應該選擇鋼結構,鋼結構的合理應用,可以使得超高層建筑整體結構的穩定性和可靠性得到有效的保證,同時也可以使得超高層建筑具備良好的抗震性能,避免地震對超高層建筑造成破壞。而超高層鋼結構的抗震性能想要發揮出來,就需要采取有效的方法來對超高層鋼結構抗震進行優化設計,從而滿足現今超高層鋼結構抗震的標準要求,從而保障超高層建筑的長遠發展。
參考文獻
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關鍵詞:基本原則;控制技術;抗震設計
中圖分類號:S611文獻標識碼: A
隨著經濟的迅速發展,超高層建筑越來越多,并且向著普遍化、更超高化、功能綜合化、管理智能化、環境生態化的方向發展,高層建筑的設計問題變得日益突出。設計人員不僅要掌握先進的設計方法及各種先進軟件,還要掌握高層建筑的設計原理、設計特點、體系選擇、抗震設計等方面的知識,如此才能使設計達到技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量的基本原則。
1 超高層建筑結構體系類型及減震、抗震結構設計的基本原則
1.1超高層建筑的結構體系類型
超限高層建筑的類型主要有大底盤、大裙房、多塔樓建筑帶有外挑、懸挑層的建筑。超限高層建筑經常采用的結構體系有鋼筋混凝土框架―核心筒結構, 它的整體性、抗側剛度好;混凝土鋼框架結構, 具有自重輕、斷面小、承載力大的優勢; 隨著技術的發展, 在高層住宅中也出現了新的結構體系, 如現澆框架―短肢剪力墻、現澆框支― 短肢剪力墻。
1.2 超高層建筑減震、抗震結構設計的基本原則
1.2.1 結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能。
(1)結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱(墻)”的原則。
(2)對可能造成結構的相對薄弱部位,應采取措施提高抗震能力。
(3)承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。
1.2.2 盡可能設置多道抗震防線
(1)一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成,并由延性較好的結構構件連接協同工作。例如框架- 剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成。
(2)強烈地震之后往往伴隨多次余震,如只有一道防線,則在第一次破壞后再遭余震,將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度,有意識地建立一系列分布的屈服區,主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度,以使結構能吸收和耗散大量的地震能量,提高結構抗震性能,避免大震時倒塌。
(3)適當處理結構構件的強弱關系,同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后,其他抗側力構件仍處于彈性階段,使“有效屈服”保持較長階段,保證結構的延性和抗倒塌能力。
(4)在抗震設計中某一部分結構設計超強,可能造成結構的其他部位相對薄弱,因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大帶小,改變抗側力構件配筋的做法,都需要慎重考慮。
1.2.3 對可能出現的薄弱部位,應采取措施提高其抗震能力
(1)構件在強烈地震下不存在強度安全儲備,構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。
(2)要使樓層(部位)的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化,一旦樓層(部位)的比值有突變時,會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。
(3)要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協調。
(4)在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位),使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移,這是提高結構總體抗震性能的有效手段。
2 超高層建筑結構的減震控制技術
目前, 我國和世界各國普遍采用的抗震體系和方法是傳統的抗震體系和方法, 即對基礎固結于地面的建筑結構物適當調整其結構的剛度, 允許結構構件( 如梁、柱、墻、節點等) 在地震時進入非彈性狀態, 并具有較大的延性, 使結構物"裂而不倒"。這種抗震設計原則, 在很多情況下是有效的, 但也還存一些問題和局限性。
因此在實施抗震設防時,必須尋找一種既安全(在突發的超烈度地震中不破壞、不倒塌) ,又適用(適用于不同烈度、不同建筑結構類型,既保護建筑結構, 又保護建筑物內部的儀器設備) ,又經濟(不增加建筑造價)的新的抗震新體系, 這就是建筑結構減震控制新體系。這樣, 隔震體系、消能減震體系、結構被動及主動控制體系就應運而生了。而由于隔震、消能和各種減震控制體系具有傳統抗震體系所難以比擬的優越性, 即明顯有效減震( 能使結構地震反應衰減至40%~10% 或更低)、安全、簡單、經濟及適應性廣等,它將作為一種嶄新的抗震體系和理論, 必將引起專家們的關注。
隔震和減震體系類型主要有:隔震、摩擦耗能體系、被動控制體系、主動控制體系和混合控制體系。
3 超高層建筑結構的抗震設計
3.1建筑體型和結構體系
超高層建筑平面和立面的選定, 和結構的可行性、經濟性密切相關。由于高層建筑是以水平荷載為主要控制荷載, 所以在抗震設計中為達到“ 小震不壞, 大震不倒” 的設計原則, 應力求平面布置簡單、規則和對稱, 避免有應力集中的凹角、收縮和樓、電梯間的偏置, 盡量減少扭轉的影響。在風力作用下則要求建筑物外形選擇合理, 提高結構的剛度。圓形、橢圓形、正多邊形, 都可以大大減少風荷載影響。采用剛度較大的建筑, 可以減少風振影響和避免建筑物較大的位移。同時為了使結構具有良好的受力特性, 并滿足建筑上的使用要求, 還必須選擇一個合適的結構體系。
3.2適宜的剛度
在超高層建筑結構設計中, 恰如其分地確定建筑物的剛度是十分重要的。建筑物的剛度既不宜過大,結構剛度越大, 自振周期就越短, 建筑物的截面及自重也越大, 地震時受到的地震力也越大。
但也不宜將建筑物結構設計的過柔。過柔的建筑, 在風力或地震力的作用下, 會產生過大的位移及變形, 因此影響建筑物的強度、穩定性和使用性。此外, 通過調整剛度可避免地震時建筑物的震動與場地土的震動特性相同而引起共振, 造成建筑物嚴重破壞或倒塌。
3.3結構計算
3.3.1確定總的結構計算層及劃分計算標準層
在項目中由于地下室為車庫(含6級人防),主樓的中心為筒體之外均為大統間, 所以把地下室作為一層計算。
3.3.2周期折減系數
在框架剪力墻結構中, 結構的自振周期一般采用計算的方法確定, 由于在計算中只考慮了主要承重結構(梁、柱和剪力墻)的剛度, 而剛度很大的砌體填充墻的剛度在計算中未反映, 僅考慮其荷載作用。因此計算所得的周期較實際周期長。如果按此計算地震力偏小, 偏于不安全。所以必須對計算周期進行調整折減。
3.3.3連梁剛度折減系數
剪力墻中的連梁跨度小, 截面高度大, 因此連梁的剛度也大。在地震力作用下其彎矩、剪力很大, 難以按彈性分析結果去設計。現考慮到地震時允許連梁局部開裂, 可采用連梁剛度折減系數βy 。最低可取到0.55。
3.3.4連梁高度的取法
連梁的高度一般情況下為洞口頂至上層樓面,或下層洞口至上層洞口底。但有時當上下兩層層高不同并且洞口離地、樓面距離不統一時, 往往會出現連梁高度大于層高高度的現先。
3.3.5梁扭矩的折減系數
由于在結構受力計算中, 沒能考慮樓板的作用。梁的計算扭矩遠大于實際所承擔的扭矩, 特別是對于現澆樓板結構,因此應對梁扭矩折減,折減取值范圍0.4-1.0。
3.3.6計算時構件剛度及配筋超限的調整
為了使結構受力合理可行, 需要進行結構調整。使其具有合適的剛度和內力。當剛度過大時, 可采用減小構件截面尺寸的方法或開洞的方法加以解決。結構計算的孔洞開設位置, 可結合剪力墻的受力特性來進行。一般單肢剪力墻長度不宜大于8m。
3.4墻肢端部配筋的調整
在地震力作用下, 墻肢端部鋼筋是主要受力鋼筋, 由偏壓、偏拉計算決定。當計算值較小, 按構造配置。當若干個墻肢交匯于一點時, 局部配筋則會太多,而使設計困難, 為此必須進行相應的調整。
4 結束語
隨著經濟的發展及社會需求的多樣性,建筑的高度越來越高,體型變得更加復雜,并且建筑設計追求多功能、多變的使用空間及豐富的立面設計效果。因此,就常采用復雜高層建筑結構體系,從而使超高層建筑抗震工作成為結構設計的重點。
參考文獻:
[1] 李洪愷.高層建筑結構抗震設計之我見[J].科技與企業,2012,(13).
關鍵詞:超高層建筑;防火節能設計;循環利用;防火材料
隨著城市的發展、人口的急劇增長和城市用地之間的矛盾越發突出,這對城市的進一步發展提出了嚴峻的考驗,而另一方面,土木建筑技術的持續發展與施工工藝、建筑材料的不斷進步與更新,使得人類的建筑有了巨大發展。二者的碰撞之下,超超高層建筑逐漸大規模的出現在現代城市之中,在北京、上海、紐約、東京等城市的CBD區域,幾乎都是高樓林立。
憑借對土地的高效利用和更大的空間比,超高層建筑近年來得到了飛速的發展,但與之相伴隨的,卻是超超高層建筑問題的集中體現與爆發。超高層建筑一般超過60層,其極高的防火性能要求遠遠超越了普通建筑,這使得超高層建筑一旦發生險情,往往會造成嚴重的經濟損失和人員傷亡,而巨大的能源消耗也使得超高層建筑的運行不堪重負。上海11.15大火災震驚了世人,而日本、上海、紐約等正在策劃的新“摩天大樓”也都因為能源供給等問題一再延緩,綜上來看,超高層建筑的防火節能設計已經受到了學界的廣泛關注,關于這兩個問題,我們可以分別予以討論。
1 節能設計
由于能源的短缺和環境污染的嚴重,超高層建筑普遍在施工和使用等環節都十分重視節能和環保。一般來說,超高層建筑的節能設計包含了能源利用設計和結構設計這兩個方面,能源設計主要從能源獲取途徑的開發和加強能源循環利用這兩個方面考慮;而結構設計則主要從建筑的布局、新型材料的利用以及窗墻比等方面分析。
一方面盡量使用環保的材料,少產生建筑垃圾,廣泛使用新型的保溫隔熱材料,如新型門窗材料的使用可以大大提高超高層建筑的保溫隔熱效果,目前大力推廣的平開多腔室塑料門窗型材,采用三腔、四腔甚至五腔的設計,可以便于在腔室填充聚氨醋發泡材料,更可以利用反應型熱融膠與中空玻璃或低輻射玻璃(Low-E)配合使用,大大提升中空玻璃的保溫隔熱性能的發揮。根據業界的分析和預測,下一代平開多腔室塑料門窗型材可以實現節能60%,降噪50分貝以上,這些新材料的研發和使用都是超高層建筑節能設計的重要基礎。
另一方面,太陽能、風能、地熱能等清潔自然能源的大力開發,也是超高層建筑節能設計的趨勢,“安裝太陽能、地熱能等自然能源轉換設備,可以加強對自然能源的利用;同時,建筑自身還需要建立完善的能源循環系統,例如,洗澡、洗手、洗臉、洗菜等輕度污染的水可以通過建筑自身的凈化系統進行簡單進化,再作為沖廁所的水源[1]”,而夏日則可利用豐富的熱能為建筑進行簡單供熱,總之實現節能與環保以及能源的最大程度利用是超高層建筑的重要特征。
2 防火設計
超高層建筑的防火設計采用了與普通建筑完全不同的理念和思路,其核心思想是“小火能滅,大火可控、特大火結構不被破壞”,而這主要通過建筑物結構上和材料上的創新來實現。例如,新型超高建筑通常采用“空洞結構”,在建筑物中分段設置一定數量的大型空洞。以規劃中的新東京塔為例,新東京塔每隔150米便用鋼混結構作柱,形成大面積的空中花園,這些花園都儲備有大量水源,既可以美化環境,在發生火災時可以及時有效地自動滅火,這樣充分地解決了高出水壓不夠的問題。最重要的是,這些空中花園可以加強空氣的對流,從而大大降低超高層建筑的晃動感。
除了結構上的創新,防火材料的選用也是超高層建筑防火設計的重要方面,目前正在研發中的新型SCC自密實混凝土,其耐火極限較普通混凝土提高3―4倍,發生火災時,處于中心焰區的混凝土可以在12h內保持基本性能不便,對其內的鋼筋起到保護作用,從而使得鋼筋混凝土的主體結構保持穩定。而目前的新型防火涂料,采用脂氨酸混合物,可以對型鋼等鋼材起到良好的防火作用,使鋼結構保持穩定,杜絕了9•11事件中世貿大樓因為鋼材和鋼筋受熱熔斷從而引起建筑整體坍塌的悲劇再出出現。
在逃生方面,超高層建筑廣泛采用了防火閘門阻止火災的蔓延,同時每隔一定樓層設置避險艙,目前美國、日本等國研發的高層建組合火災避險艙可以經受烈焰3小時的灼燒,為被困人員的獲救贏得寶貴的時間。
超高層建筑的節能和防火設計是一個復雜的體系,只要我們積極總結傳統建筑的精華,同時從結構和材料等方面同時入手,相信超高層建筑的節能性和防火性可以取得質的飛躍。
參考文獻