高层建筑结构特点、现状及发展趋势摘要:高层建筑是社会生产的需要和人类生活需求的产物,是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。而科学技术的发展,高强轻质材料的出现以及机械化、电气化在建筑中的实现等,为高层建筑的发展提供了技术条件和物质基础。简要论述了高层建筑结构的特点、现状及今后的发展趋势。关键词:高层建筑结构;特点;现状;趋势前言超过一定层数或高度的建筑称为高层建筑。高层建筑的起点高度或层数,各国规定不一,且多无绝对、严格的标准。它与各个国家和地区的地理环境、地震强度、建筑材料、建筑技术、电梯的设置标准以及防火的特殊要求等很多因素有关。如在美国,m 或7 层以上视为高层建筑;日本则为31m 或8 层以上;英国为等于或大于m;在我国一般8 层以上的房屋就需要设置电梯,对10 层以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火规范,因此我国的《民用建筑设计通则》(GB50352-2005)、《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95) 将10 层及10 层以上的住宅建筑与高度超过24m 的公共建筑和综合性建筑称为高层建筑。从结构受力性态的角度来看,8 层以上的房屋,风和地震等水平荷载或作用显得越来越重要,甚至起控制作用,因此《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)将10 层及10 层以上或高层超过28m 的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑结构高度超过100m 时,称为超高层建筑。1 高层建筑的特点建筑结构需同时承受水平和竖向的荷载或作用。低层建筑结构通常抵抗竖向荷载为主,水平荷载(如风荷载)或作用(如地震作用)的影响较小,它所产生的内力和位移较小,一般可以忽略。因此在低层建筑结构中,竖向荷载往往就是设计的控制因素。但在高层建筑结构中,较大的建筑高度造成了完全不同的受力情况,水平荷载不仅是主要荷载的一种,跟竖向荷载共同起作用,而且往往还成为设计中的控制因素。因此,在水平荷载作用下,若高层建筑结构的抵抗侧向变形能力或侧向刚度不足,将会产生过大的侧向变形,不仅使人产生不舒服的感觉,而且会使结构在竖向荷载作用下产生附加内力,会使填充墙、建筑装修和电梯轨道等服务设施出现裂缝、变形,甚至会导致结构性的损伤或裂缝,从而危及结构的正常使用和耐久性。因此设计高层建筑结构时,不仅要求结构有足够的强度,而且要求结构有合理的刚度,使水平荷载所产生的侧向变形限制在规定的范围内。同时,有抗震设防要求的高层建筑还应具有良好的抗震性能,使结构在可能的强震作用下当构件进入屈服阶段后,仍具有良好的塑性变形能力,即具有良好的延性性能。除了上述的结构受力特点之外,高层建筑还具有建筑功用上的特点。人们常说建筑是凝固的音乐,优美的高层建筑犹如艺术品,成为城市的一道道绚丽景观;建筑同时是时代跳动的脉搏,高层建筑占地面积小,符合了地价昂贵时代的需求,它可以节约建设用地或获得更多的空闲地面,以作为绿化等环境用地,并因向高空方向发展而缩短了城市道路和各种管线(如给排水管线等)的长度,减少了基础设施的投资。当然,大量高层建筑的建设,也会给城市带来不利的影响,如人口会密集化而造成交通拥挤问题;城市局部热场发生不利的变化以及地质的沉陷、消防的复杂化等问题。综合高层建筑的上述受力特点可知,与低层结构不同,高层建筑结构在强度、刚度和延性三方面要满足更多的设计要求。抗侧力结构的设计成为高层建筑结构设计的关键。2 高层建筑的发展概况随着工业化、商业化、城市化的进程,城市人口剧增,造成城市生产和生活用房紧张,地价昂贵,迫使建筑物向高空发展,由多层发展为高层。19 世纪末期,开始出现了现代形式的钢框架和钢筋混凝土框架结构的高层建筑。1898 年修建的secodRandMeNa119 层大楼(美国,芝加哥),是世界上第一幢具有现代形式的钢框架结构高层建筑。而最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑,为世界上第一幢具有现代形式的钢框架结构高层建筑。而最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑,为1903 年修建的位于美国Cincinnati 的InallaBuildin和法国巴黎Franklin 公寓。所以,现代形式的高层建筑,只有117 年的历史。到了20 世纪50 年代以后,由于轻质高强材料研制成功,抗风、抗震结构体系的发展,新的设计计算理论的创立,电子计算机在设计中的应用,以及新的施工技术和机械不断涌现,为大规模地、较经济地建造高层建筑提供了充分的条件,使高层建筑得到迅速发展。在钢筋混凝土结构方面,其结构体系的发展历程也类似于钢结构的结构体系,由最初的框架结构(1903 年,glnallsBuildin ) 逐渐发展出框架剪力墙结构或框架简体结构和巨型结构等结构体系,使得混凝土结构的建造高度越来越高。钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好等优点,钢结构的构件可在工厂加工和制作,施工速度快,工期短。钢是建造高层建筑结构比较理想的材料,但是全钢结构用钢量大,造价高,耐火性能差,需用昂贵的防火涂料。而钢筋混凝土结构具有节省钢材、造价低、材料来源丰富、可模性好等优点,且承载力也不低,经过合理设计也可获得较好的抗震性能。因此,只有在发达国家,大多数的高层建筑才采用钢结构形式,而在发展中国家,绝大部分的高层建筑采用钢筋混凝土材料建造,且由于高性能混凝土的发展和施工技术的进步,钢筋混凝土结构仍是今后高层建筑的主要结构形式。特别是近年来,由于钢筋混凝土结构的优点,发达国家采用钢筋混凝土材料建造的高层建筑的数量也在日益增多。当然,钢筋混凝土结构的构件断面尺寸大,减少了建筑使用面积;自重大,致使基础造价增高,抗震性能也不如钢结构。因此为充分发挥钢材和混凝土这两种材料的特点,更为合理的结构形式是同时采用钢和钢筋混凝土材料的混合结构或组合结构。该结构形式经合理设计,可取得经济合理、技术性能优良的效果,近年来已成为研究的热点和发展的方向。3 高层建筑结构的发展趋势高层建筑的发展,充分显示了科学技术的力量,使建筑师从过去强调艺术效果转向重视建筑特有功能与技术因素。未来的高层建筑将朝着技术功能先进和艺术完美相结合的方向发展。 新材料、超强材料的开发和应用在高层建筑结构的技术问题中,首先要解决的是材料问题。现在混凝土的强度等级已经达到C100 以上。高强度和良好韧性的混凝土有利于减小结构构件的尺寸,减轻结构的自重,改善结构抗震性能。同时,为了达到轻质高强的目的,必须在高层建筑结构中,发展轻骨料混凝土、轻混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、侧限(约束)混凝土和预应力混凝土。高性能混凝土的开发和应用,将继续受到人们的重视,也必将给高层建筑结构带来重大和深远的影响。从强度和塑性方面考虑,钢是高层建筑结构的理想材料,增进或改善钢材的强度、塑性和可焊性性能的工作人们从未停止过。特别是对新型耐火耐候钢的研发,具有重要意义,可使钢材减小或抛弃对防火材料的依赖,提高建筑用钢的竞争力。复合材料用于制作高层建筑部分构件正在开发和实践中。 混合结构在高层建筑结构中广泛应用如前所述,经合理设计的混合结构可取得经济合理、技术性能(如抗震性能)优良的效果,且易满足高层建筑的侧向刚度的需求,可建造比钢筋混凝土结构更高的建筑,因此在较高的建筑中,混合结构往往仍是合理、可行的结构方案,今后建造混合结构的比率将会越来越大。 新的设计概念、新的结构形式的应用现代建筑功能趋于多样性,建筑的体形和结构体系趋向复杂多变,趋向立体化,应运而生新的设计概念和结构技术的深化,采用新的结构体系,如巨型结构体系,蒙皮结构,带加强层的结构,建筑立面设置大洞口以减小风力,采用结构控制技术设置抗震机构等。 高层建筑结构的高度出现新的突破进入20 世纪90 年代后,高层建筑迅猛发展,在数量、质量及高度上都有了大飞跃,高层建筑中的科技含量越来越高。参考文献[1]常跃峰,赵文忠.高层建筑结构用钢板的开发与生产[A].1999 中国钢铁年会论文集(下) [C].1999.
高层建筑中的问题和解决对策论文
摘要: 随着社会的全面发展,高层建筑在整个建筑体系中所占比例日益的增加。为了避免建筑结构设计中的失误对工程质量造成重大的影响,不仅需要对高层建筑中结构设计的各种问题进行分析,还要采取相应的措施进行全面优化。
关键词: 结构设计;高层建筑;问题;对策分析
一、高层建筑结构设计中存在的问题
近年来,随着人们生活水平不断提高以及建筑设计技术的发展,高层建筑结构的设计也在不断提升,就当前的设计情况而言,在对高层建筑结构进行设计的过程中还存在着许多的问题,这样会使得高层建筑结构的建设质量以及设计质量很难得到保证。首先,需要对高层建筑结构中存在的设计问题进行分析,并且针对这些问题进行有效的解决。
1.1设计的中间过程的把握
在日常的设计中,设计人员通过辅助计算软件计算出来的结果对照着配筋,但在计算的结果上会有一定程度的放大,作为安全储备。尤其是面对高层建筑的时候,我们很难做到淡定。因为高层建筑和多层、低层比较的话,无论是从设计还是从施工和建造上来讲,都要复杂得多。所以很多时候,我们的设计人员在中间过程的很多环节由于过分谨慎,层层放大,导致最终的结果过大,严重不符合实际受力情况,造成极大浪费。
1.2过度优化的问题
随着高层建筑的越来越多,人们对于高层建筑也越来越熟悉,尤其是对于住宅建筑,结构形式相对于公共建筑来说,要简单些,也比较有规律性。所以一栋住宅从前期规划到最后建设完成,把其中的各个环节摸清弄懂,不难。另外住宅建筑具有可复制性,可参照性。因此拥有更好的经济指标就成了很多的建设方和设计单位追逐的目标,前者想要获取最少的投入,后者想借此获得更多的设计任务。设计优化本身是一件造福社会的事情,但如果这件事情对施工造成了困扰,则很有可能会造成安全隐患。
1.3建筑结构风荷载设计的问题
高层建筑是属于对风荷载比较敏感的建筑,风荷载对于高层建筑来讲,是很重要的荷载,但是现阶段对计算风荷载的各种因素和方法还不十分确定,所以对于设计人员来讲,如何来确定风荷载的大小,这个应该引起足够重视。另外当多个建筑物,特别是群集的高层建筑,相互距离较近时,会产生风力相互干扰的群体效应。但是目前高层建筑的结构设计过程中,结构建模都是以单个建筑物主体为单位,单独计算和分析,往往容易忽视群体效应的影响。
1.4高层建筑的结构抗震设计问题
高层建筑结构设计中最重要的环节就是抗震设计,但这也是我国建筑结构设计中最薄弱的环节,由于高层建筑结构设计中的抗震设计较为复杂,需要对建筑结构体系、建筑基础形式、建筑高度、建筑材料等方面的问题进行综合考虑。在以汶川大地震为代表的几次大的'地震发生之后,人们对于地震以及其带来的危害有了全新的认识,也引起了足够的重视。但是抗震设计是基于抗震概念的设计,如果概念错误,再怎么认真设计,也无事于补。目前存在的主要问题是设计人员对于抗震概念设计的意识比较薄弱,只知道一味地遵循规范。
二、高层建筑结构设计对策
通过对高层建筑结构设计中存在的问题进行分析可知,高层建筑结构设计水平需要不断的提升,针对产生的问题,采取相应的对策,对于提升建筑结构设计水平,建筑结构设计控制的加强及建设质量具有重要意义。
2.1中间过程加强检查,最终结果安全储备
设计人员在设计的中间过程只要做到严格检查,不漏项,不缺项,在最终的计算结果的基础上适当放大,作为安全储备即可,既经济,又能做到心中有数。
2.2适当优化才是正道
走出优化误区,优化不是挑战设计和施工的极限。建筑结构设计是偏重于理论的工作,施工则是偏重于实际操作的工作,如果设计不断压缩施工的空间,结果可能会让很多构件和节点的结构功能无法实现,造成主体结构安全隐患,此为过犹不及。设计人员应该在理论和实际施工中寻找一个平衡点,让建筑功能完美体现。
2.3对高层建筑结构的风荷载合理取值
我们在对待风荷载这一重要荷载的时候,应该如何把握?首先应充分认识到高层建筑对于风荷载的特殊性,基于目前计算方法的局限性,我们对于高层建筑的基本风压应适当提高,确保其安全性。如何提高基本风压值,仍可由各结构设计规范,根据结构自身的特点作出规定,没有规定的可以考虑适当提高其重现期来确定基本风压。至于如何处理风荷载群体效应的问题,我们可将单独建筑物的体型系数乘以相互干扰系数,避免由于漩涡的相互干扰,造成房屋某些部位的局部风压显著增大的现象。
2.4高层建筑结构抗震设计
在高层建筑的结构抗震方面,首先需要加强抗震的概念设计的培训。只有方向把握对了,我们才有可能设计出质量优良的产品。抗震设计主要包括三个方面,概念设计,抗震计算设计和构造设计。建筑抗震的概念设计是把地震及其影响的不确定性和规律性结合起来,就是进行结构抗震设计时着眼于结构的总体地震反应,按照结构的破坏机制和破坏过程,灵活运用抗震设计准则,从设计一开始就全面合理的把握好结构设计中的基本问题(总体布置、结构体系、刚度分布和延性等),并顾及关键部位的细节,力求消除结构中的薄弱环节,从根本上合理的保证结构的抗震性能。抗震设计的三个层次的内容是一个不可割裂的整体,忽略任何一部分,都可能造成抗震设计的失败。要使建筑物具有较好的抗震性能,首先应该从大的方面入手,做好概念设计,再结合计算设计,构造设计,才能得到一项较为满意的抗震设计结果。如果不重视概念设计而过分的相信仔细的计算,对结构抗震设计不仅没有必要,而且还可能在概念设计中出现不当甚至错误。
三、结语
结构设计在高层建筑中常常会暴露诸多的问题。为了能够让整体的设计效率得到相应的提升,需要结合其设计中的问题不断优化其整体的设计体系。加强抗震概念设计,严格把握中间过程,适当优化的同时还要做好风荷载设计以及抗震设计。只有这样,高层建筑结构设计才能朝着一个质量稳定的方向发展。
作者:杨明珠 单位:广州南方建筑设计研究院武汉分院
参考文献
[1]浅谈高层建筑设计[J].居雪涛.科技创新与应用.2014(05)
[2]高层建筑设计中存在的问题与对策[J].万艳红.四川水泥.2014(12)
不管是医学论文还是其他专业论文的开题报告,在格式上都是差不多的,只是内容上有所差别。 对于开题报告,表示,这几个方面是必不可少的: 1、选题依据; 2、主要研究内容; 3、研究思路及方案; 4、文章形式; 5、工作进度及具体安排。
高层建筑结构设计中的问题及策略论文
在现实的学习、工作中,大家都写过论文,肯定对各类论文都很熟悉吧,论文是对某些学术问题进行研究的手段。你写论文时总是无从下笔?以下是我为大家整理的高层建筑结构设计中的问题及策略论文,希望对大家有所帮助。
1高层建筑结构设计的基本原则
结构方案最优化原则
在日常学习和工作中,许多人都写过论文吧,论文是一种综合性的文体,通过论文可直接看出一个人的综合能力和专业基础。那么你有了解过论文吗?下面是我整理的高层建筑结构设计中的问题及策略论文,欢迎阅读与收藏。
建筑结构设计是建筑施工的第一步,一个质量优良的建筑物离不开良好的结构设计方案。建筑结构设计环节是建筑施工中非常重要的一个环节,建筑施工离不开建筑结构设计方案的指导。在对建筑结构方案进行制定时,需要搜集建筑周边环境信息,针对建筑所在的位置,进行合理设计,另外在设计时,还要考虑到建筑的经济性,建筑技术以及施工方面的影响,从而设计出最佳的建筑施工方案。
建筑材料与资源的节约性原则
建筑设计中一项重要的工作就是提高建筑材料的利用率,减少建材的使用。因此在建筑工程实际施工前,相关的设计人员必须仔细的研究工程图纸,提前做好建材的使用方案以及节约方案。在不影响工程整体施工季度以及质量的前提下,综合考量与建筑材料相关的各种因素,比如物流费用、加工费用、存储费用等等,尽可能的降低成本。另外,选用建材时,不能一味的注重价格,也要考虑建材的质量,比如钢筋的使用,尽量采用高强度的钢筋,其具有强度高,性能突出等优点,使用效果远远高于普通钢筋,相较而言,其性价比更高。
2高层建筑结构设计的特点
控制指标
高层建筑由于楼层的高度问题,在施工方面和基层建筑的施工是有很大的不同的,因此在进行高层建筑结构方案制定时,设计的侧重点也不同。在高层建筑结构设计中,结构侧移是一项非常重要的设计因素,因此在制定建筑结构设计方案时,一定要注意将结构侧移控制在一定的范围内。
轴向变形
在高层建筑结构设计中另外一个非常重要的元素就是轴向变形,在高层建筑施工中,竖向载荷数值一旦变大,竖向构架中就会出现非常大的轴向变形,从而对连续梁弯矩产生破坏,进而对建筑的整体结构产生影响。
水平荷载
在建筑结构的设计中,水平荷载是一个非常重要的元素。建筑结构设计中的竖向荷载所造成的轴力与建筑物的.整体高度的一次方成正比,水平荷载所造成的倾覆力和竖向的构件生成的轴力这两种利益与建筑物的整体高度的二次方也成正比。假如建筑物的高度增长的话,这个值也会变大,从而会对整个建筑结构产生很大的影响。
3高层建筑结构设计中存在的问题
高层建筑结构设计随意无章
建筑工程的建设最重要的参照物就是建筑结构的设计图纸,也是建设过程中的具体指标,在建筑结构的设计以及实际工程施工中具有十分重要的作用。如果建筑结构设计图纸出现微小的问题,在实际施工中,都会被扩大数倍甚至数十倍的形式呈现在建筑结构中。因此,在建筑结构设计中,必须重视对设计图纸的使用以及标识。但是目前的建筑结构设计过程中,对于图纸的运用还存在一些问题,有些关键性的信息并没有在图纸中表明,比如建筑的防震设计,建筑的抗裂等级,或者建筑施工材料的质量标准等。如果后期的设计人员对于建筑结构设计的整体考虑不那么全面,稍有遗漏,就会严重影响建筑工程的施工质量。
高层建筑结构设计不合规定
高层建筑结构设计的不合规性主要体现在建筑施工材料的选用上。随着我国经济水平的不断提高,建筑行业得到了极大的发展,而建筑行业繁荣的背后,也使得市场竞争更加激烈。这使得一部分企业,为了追求利润,扩大市场占有率,开始降低自身的建筑成本,而降低建筑成本的主要手段就是调整建筑施工材料等级,许多企业在进行建筑结构设计时,投机取巧,擅自调整建筑材料。例如使用低含钢量的建材来降低建筑成本,使用一些低质的施工材料。这不仅会对企业造成极大的负面影响,还严重威胁到了人们的生命财产安全,这也是我国不断出现“楼歪歪”“楼脆脆”等现象的原因。
4高层建筑结构设计的有效解决对策
完善高层建筑结构的设计图纸,培养严谨的工作态度
在建筑结构设计中,要重视设计图纸的使用。相关设计人员在对高层建筑结构设计过程中,对于一些细小但是重要的数据,信息都要考虑到,并将其清晰的标注在设计图纸上,不要因为为了方便而将一些重要的信息省略掉。因为高层建筑在实际施工中,都是严格按照高层建筑结构设计的图纸来进行实行的,一旦图纸中出现不清楚或者不明确的数据信息,这对高层建筑的整个施工都会产生重大的影响。此外,设计人员在进行图纸设计时,要秉承严谨的工作态度,认真对待设计工作,切忌马虎大意,对于已经完成的设计图纸,也要反复检查,确保设计出来的图纸信息的准确性。同时设计人员还要对图纸中发现的问题或者丢失的数据,及时的修改或者弥补,以确保建筑工程的施工质量。
加强高层建筑结构的刚度设计,适应建筑的实际需求
高层建筑结构的刚度取决于建筑材料的含钢量。因此,在高层建筑设计过程中,如果采用低含钢量的设计,会使得工程具有极大的安全隐患。所以建筑施工企业必须注意高层建筑的刚度设计,以保障高层建筑的工程质量。当然,建筑结构的刚度会随着不同的地质情况而不同,比如在平原地区,地质比较稳定,那么高层建筑结构对于刚度的要求就比较低,可以采用含钢量稍微低一些的建材;而如果在山地丘陵地区,地质情况复杂,那么就要对建筑结构的刚度要求严格一些,采用含钢量高的建材。综上所述,建筑企业不能一成不变,在高层建筑结构设计过程中,要因地制宜,不能仅考虑企业的利润,更多的是需要和实际情况相结合,设计出最符合要求的建筑结构刚度需求。
5结束语
高层建筑施工的基础就是高层建筑结构设计工作,也正因如此,高层建筑结构的设计质量问题会对高层建筑的后期施工质量产生直接的影响。同时随着我国社会的不断发展,人们对于建筑的需求也在朝多元化方向发展,也正是由于人们需求的变化,导致高层建筑设计的问题也日渐增多。因此,在目前激烈的竞争环境下,建筑企业要想长远的发展下去,就必须解决高层建筑结构中的问题,提高建筑工程的施工质量与水平。只有这样,才能更好的为社会做贡献,企业也才能更好地发展下去。
参考文献:
[1]岳文萍,刘飞飞.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].住宅与房地产,2016,(3):90-91.
[2]陈国友.试述高层建筑结构设计的优化[J].信息化建设,2016,(1):147.
[3]胡海燕,朱琦.复杂高层与超高层建筑结构设计要点分析[J].工程技术研究,2016,(7):183+187.
建筑结构的论文篇4 试谈建筑结构优化设计 【摘要】建筑结构设计在很大程度上影响着工程造价、工程质量和工程进度,根据结构设计面临的挑战,本文从结构优化设计的基本原则出发,简要地阐述了高层剪力墙结构的优化。 【关键词】优化设计;剪力墙结构;结构延性 1 引言 建筑结构的安全与经济有时是一对矛盾体。随着市场经济的不断完善,房屋建造商越来越重视建筑物的经济性能,但是安全也是一个绝对不能忽视的问题。用最少的材料或造价建造出满足规范和使用要求的建筑是我们需要努力追求的目标。 结构的优化设计并不是简单的减少混凝土和钢筋的用量,而是通过调整各构件刚度之间的比例关系,充分利用各构件的受力特点,发挥它们各自的长处,使整体结构达到最优。 2 结构优化设计的基本原则 结构优化设计的基本原则主要有以下几点: (1)建筑平面布置产生规则结构效应的原则 有规则建筑体型和平面布置的结构,因其受力较简单,造价相对较低。但由于不同使用功能的需要,建筑的体型和平面布置是多种多样的,不可能因结构要求规则而对建筑师的创作提出无理要求,倒是可以在满足不同使用功能的前提下,通过对结构墙、柱的布局和墙肢长短的调节,使不规则的建筑体型和平面布置产生规则结构的效应,同样可以使建筑结构达到经济合理和安全耐用的预定目标。 (2)提高建筑舒适度原则 建筑结构的优化设计应包含结构体系的优选、传力途径的科学性、构件布置的合理性、构件和材料选用的正确性等内容;应该把尽可能提高建筑投入使用后的舒适度作为建筑结构优化设计的一条重要基本原则。 (3)建筑结构整体安全度原则 结构优化设计应全面考虑整体建筑的每个构件,使结构体系中每个构件都具有合理的可靠性,确保整个结构体系的安全性能,确保实现结构设计规范规定的设计标准,达到建筑结构既安全耐用又经济合理的总目标。 (4)不同构件采用不同的安全系数的结构优化设计原则 工程设计人员必须在保证结构安全的前提下,通过对建筑结构的整体概念分析,采用合理的优化设计理念和方法进行优化设计,使得能有效地控制工程造价,满足投资方的经济性要求。通过以往的优化设计经验来看,相比于传统的设计方法,优化设计通常可以达到降低工程造价5%~30%的目的。 3 高层剪力墙结构的优化设计 剪力墙结构是高层建筑中常采用的一种结构形式,其特点是整体性好,侧向刚度大,水平力作用下侧移小,并且由于没有梁、柱等外露与凸出,便于房间内部布置,缺点是剪切变形相对较大、平面外较为薄弱。 (1)减少剪力墙材料的用量、节约造价 剪力墙材料的用量是整个结构材料用量的核心,剪力墙结构的设计优化应首先从减少剪力墙结构材料的角度考虑。 影响剪力墙材料用量的几何因素有长度和厚度,在设计中为了保证结构为一般剪力墙结构,剪力墙的长度须按规范要求进行设置,一般不宜减短。同时,结构的刚度与剪力墙长度的三次方成正比,与厚度的一次方成正比,因此减小剪力墙截面厚度既可以有效减少材料用量,又不至于严重削弱结构的刚度。一般来说,剪力墙的设计应在满足稳定性的前提下,尽量减薄,也就是在满足刚度等要求的前提下,达到减少剪力墙材料用量节约造价的目的。 一般的剪力墙结构,墙柱用钢量所占比例在50%~70%之间,是优化时重点考虑的内容,墙柱配筋应在满足要求的前提下尽量取规范的低值。梁的用钢量占8%~20%,所占比例不大,但其布置对板含钢量有较大影响,板的含钢量一般占15%~20%。 (2)剪力墙结构的延性设计 了解剪力墙结构的特性,发挥其所长,克服其所短,是正确合理地设计剪力墙结构的关键。剪力墙结构概念设计的内容,主要包括:从总体上合理布置剪力墙的位置,确定剪力墙的数量、剪力墙的长度、剪力墙的厚度,保证剪力墙结构刚度均匀和刚度适宜。 1)强墙肢、弱连梁 工程中剪力墙分为整体墙、整体小开口墙和联肢墙。整体墙受力如同竖向悬臂,当剪力墙墙肢较长时,在力作用下法向应力呈线性分布,破坏形态类似偏心受压柱,配筋应尽量将竖向钢筋布置在墙肢两端;为防止剪切破坏,提高延性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率;为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜过长,以防止截面应力相差过大。联肢墙是由连梁连接起来的剪力墙,联肢墙的破坏形态以强墙肢弱连梁为宜,即连梁先于墙肢屈服,使塑性变形和耗能分散于连梁中。 2)强剪弱弯 在工程设计中,采用剪力墙增大系数调整墙肢底部加强部位截面剪力计算值和连梁梁端截面组合剪力设计值,使墙肢和连梁实现强剪弱弯。 3)限制剪压比 墙肢、连梁截面的剪压比超过一定值时,将过早出现斜裂缝,当增加的横向钢筋或箍筋不能提高其受剪承载力,抗剪钢筋不能发挥其抗剪作用,在抗剪钢筋未屈服的情况下,墙肢或连梁发生斜压破坏。为了避免这种脆性破坏,应限制墙肢或连梁的平均剪应力与混凝土的轴压比,即限制剪压比就是限制剪力设计值。 4)限制墙肢轴压比 轴压比是影响墙肢延性的主要因素之一。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010对墙肢在一、二、三级抗震墙的轴压比进行了限制,并要求一、二、三级剪力墙轴压比超过一定的数值,必须设置约束边缘构件。 (3)剪力墙结构的连梁优化设计 在高层剪力墙结构中,连梁是一项关键的耗能构件,其剪切破坏将对结构抗震产生极为不利的影响,并会极大地降低结构体系的延性。因此在高层剪力墙结构的优化设计过程中,一定要注意对连梁进行强剪弱弯的验算,以保证连梁的剪切破坏晚于弯曲破坏。对于人为加大连梁纵筋的操作一定要慎之又慎,因为这样就有可能无法满足强剪弱弯的要求。 在住宅结构设计时,一般情况下不宜采用大刚度的窗下墙作为连梁,而宜将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时,在满足结构刚度与变形要求时,应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑,合理布置抗侧力构件。 (4)结构设计软件在优化设计中的运用 随着计算机技术以及结构优化设计理论的结合,基于计算仿真的优化设计思路已经在工程结构设计中得到了广泛的应用。通过利用计算机分析软件建立优化设计的分析模型,采用高效的计算机优化计算方法,设立结构设计达到的目标要求,最终实现结构设计的优化目的。在具体的优化设计过程中,优化设计实际上已经由一个工程问题转变为一个数学问题。在大型复杂结构的优化设计中,基于这一思想的结构优化设计方法具有其他算法无法替代的优势。因此,工程设计人员加强基于计算机技术的优化设计分析非常必要。 4、结语 建筑结构优化设计是指在满足各种规范或某种特定要求的条件下,使建筑结构的某种指标(如重量、造价、刚度等)为最佳的设计方法。也就是要在所有可用方案和做法中,按某一目标选出最优的方法。设计是规范加上工程师判断和创造的产物,设计优化在一定程度上意味着对常规的突破,但结构的优化设计并不以牺牲安全来求得经济效益。这就要求我们的结构设计人员应当根据相关规范的要求和建设单位的需要,来对其高层结构进行合理的选择与优化。 参考文献 [1] 中华人民共和国建设部. 建筑抗震设计规范[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2010. [2]徐传亮,光军.建筑结构设计优化及实例[M]. . 北京:中国建筑工业出版社,2012. [3]宋瑛.剪力墙布置位置的设计优化[J].山西建筑,2012,38(29):53-54. 建筑结构的论文篇5 试论高层建筑结构设计 [摘 要]高层建筑的结构设计合理与否,会对整个工程的质量、使用性能及使用寿命等方面产生十分重要的影响。因此,做好结构设计工作是高层建筑物施工之前最重要的任务之一。在本论文中,笔者首先分析了高层建筑物结构设计的特点,而后对高层建筑物结构设计的相关要求及注意事项进行了深入探讨。 [关键词]高层建筑 结构设计 特点 要求 随着我国经济的迅速发展,人们的生活水平等方面都获得了较大的提高,对生活质量的要求也愈来愈高。从建筑物需求量的方面来说,近年来,我国人民对住房的需求量也不断增多。这导致建筑用地的不断增多,使得当前我国可用耕地面积不断减少。为了缓解此种情况,我国建筑企业开始将发展的目光聚焦于高层建筑物的建设上。也正因为如此,当前我国高层建筑物的数量急剧增长。从积极方面来说,这确实从很大程度上缓和了建筑物供不应求的状况,但同时我们也必须注意到一个现象:很多高层建筑在使用过程中都出现了这样或者那样的问题,严重影响了建筑物的使用寿命,不利于建筑行业的健康发展。究其原因,这主要是因为部分高层建筑的结构设计不合理。下面,笔者将对高层建筑物的结构设计方面进行相关探讨。 1.高层建筑结构设计的特点 与一般建筑物不同,高层建筑物的结构设计工作更为复杂。一旦结构设计不合理,整个建筑物的施工过程及使用都会出现严重的问题。因此,工作人员必须从高层建筑建设的实际情况出发,制定合理的设计方案。下面,笔者将对高层建筑结构设计的主要特点进行一一阐述。 首先,在高层建筑结构设计的过程中,工作人员必须注意结构产生的水平力。一般来说,低层建筑物结构中,水平力产生的影响相对较小,而导致的侧向移位也往往被人忽视。 其次,高层建筑结构设计必须能够承受较大的承载力和足够的抵抗侧向力和刚度,这样才能保证水平力作用下的侧向位移不至于超过一定的限度。同时,要保证高层建筑物的外墙等其他的维护材料或者装饰构件与主体结构之间可靠连接起来,减少不必要的破坏。要根据施工地点地基的承载力和刚度来确定上部结构的承载力及相应的刚度。 再次,高层建筑的结构设计应尽可能地减轻房屋的自重。对于那些土层比较软的施工地点,由于其自振周期长,尽管增加建筑物的层数可以减小地震剪力,提高整个建筑物的性能,但高建筑也是自振周期长,容易引起共振对抗震不利,因此应确定合理的层数。另外,某些高层建筑会设有抗震设防的结构。工作人员在进行高层建筑结构设计时,必须充分勘察施工地点的地形及地质土层情况,最好选择那些地势平坦、地形开阔、土层坚硬、土质均匀的地段,避开那些地势差异较大的、非岩质的陡坡或者软土地带。同时,工作人员要注意,在勘察过程中,如果发现某一地段发生地震的可能性较大,抗震能力较差,则决不能进行盲目的工程建设。 2.现代高层建筑结构设计的注意事项 结合自己多年的工作经验,笔者分析了现代高层建筑结构设计的要求,并 总结 出以下几个方面的注意事项。 充分考察高层建筑的受力情况,选择合理的结构类型 高层建筑物结构类型的选择,主要是由其结构体系和材料特征所决定的。我们都知道,高层建筑实质上是一种竖向悬臂结构,其使用过程会产生两种荷载:水平荷载和竖向荷载。一般来说,竖向荷载的方向并不发生变化,但随着建筑物高度的不断增加,水平荷载也会相应的提高,包括各种结构作用力和结构抗力等。高层建筑结构作用力主要分为两种:直接作用力和间接作用力。前者主要指高层建筑物结构上所承载的各种集中力和分布力,包括建筑物及机器设备的自重等;后者则是指引起高层建筑结构发生变形的作用力,如温度变化、地基变形、混凝土遇冷收缩等产生的力。相比直接作用力来说,间接作用力的破坏效应可能会更大,会受到建筑物地基条件及其他外在条件的影响。直接作用力和间接作用力过大,会导致高层建筑的整个结构构件发生变形等。而同时,高层建筑的结构设计会承担一部分的迫使其变形的力量,这种能力被称为结构的抗力。只有抗力较高的结构,才能充分发挥高层建筑物的优良性能,延长其使用寿命。 选择合理的结构平面布置 .协调好建筑与结构的关系 建筑物的结构平面布置必须符合以下原则:独立结构的建筑物单元,形状最好简单规则,而刚度和承载力分布要均匀,绝对不要采用不规则的平面布置方式。也就是说,平面应尽可能规整,最好对称;平面的长度不宜过长;伸缩缝的框架结构在55米左右,剪力墙结构45米左右最为合适。同时,最好使用标准层,同意布置柱网和层高。 做好高层建筑物的结构布局 现代社会,经济发展水平的迅速增长,使人们的思想观念、意识等都发生了较大的变化,审美观等方面也发生了较大的变化。高层建筑物在进行结构布局时,必须从现代人的生活理念出发,合理设置建筑物的结构。众所周知,高层建筑物垂直方向的承载力较大。因此,在进行结构设计时,工作人员要重视建筑物地基受力结构的稳定性,平衡不同地点之间的受力关系。 高层建筑物结构设计必须经济合理 在进行结构设计时,工作人员不仅要考虑结构的安全合理性,还要保证结构的经济性,保证建设单位的经济效益。例如,合理设置结构的跨度,板跨度越大,要求的板厚度也会相应的越大,需要的钢筋也会较多。这将会给建设单位带来较大的成本花费。一般来说,井字梁的使用要优于十字梁,而十字梁的使用比没有梁更好。同时,在保证建筑物稳定性的前提下,高层建筑基坑的深度不应过大,但要超过冰冻深度。 除此之外,高层建筑施工单位在施工之前,要对施工地点的地址等状况进行认真勘察。在那些地震较为频繁的地区,工作人员应该合理设置建筑物结构,避免或者减少地震作用对高层建筑的不利影响。首先,建筑单位要合理设计抗震缝,调整平面形状和结构布置。但必须注意,如果建筑平面较为复杂,而形状结构等都难以调整时,要尽量将抗震缝划分成几个较为简单的结构。高层建筑的高度一般大于15米,在15米之下的结构上面,缝宽最小可为100毫米,但随着高度的增加,缝宽也要较大。总之,工作人员要根据不同的结构体系,合理设定抗震缝的宽度。 3.总结 随着中国特色社会主义进程的不断推进,我国的城市化进程的速度也在不断加快,同时为了进一步缓和耕地不足与建筑物供不应求之间的矛盾,高层建筑物的数量越来越多。与普通建筑物相比,高层建筑物的结构设计有其独特性。同时,任何建筑物的结构设计工作合理与否,会对整个建筑物的外观以及稳定性等方面产生十分重要的作用。工作人员需要不断更新自己的设计理念,运用先进的设计方法,才能将此项工作落到实处。同时,在进行结构设计时,相关人员必须充分考虑高层建筑的用途和基本功能,而后做好合理的设计工作。相信未来,在我国高层建筑物数量不断增长的同时,质量也能获得较大的提高,我国建筑行业能够朝着更加健康的方向发展。 参考文献 [1]吉柏锋,瞿伟廉.下击暴流作用下高层建筑物表面风压分布特性[J]. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(09). [2]李荣全.浅谈高层建筑结构体系的选型及含钢量的控制[J]. 现代物业(上旬刊).2011(08). [3] 张莉华,万怡秀,陈燕,严开涛,罗志国.广州珠江新城J1-1地块综合楼超高层建筑结构设计[J]. 建筑结构. 2012(09). [4]张玲丽,许德,李靖,张涛,张娟.关于高层建筑结构设计中问题的讨论[J]. 中国科技投资. 2012(24). [5]张瑞红.高层框架结构设计中应注意的若干问题[J].长沙铁道学院学报(社会科学版). 2010(01). 猜你喜欢: 1. 建筑结构的论文 2. 建筑结构论文 3. 建筑工程论文范文 4. 建筑结构的论文样本 5. 建筑文化论文3000字
结构力学这门课是很能启发我们去思考的。课上讲的很多问题都十分有趣。比如加约束、去约束的问题,实则充满了哲学意味。欲情故纵,以退为进,这是很耐人寻味的思维方法。还有平衡问题,生活中无处不在,门把手装在远端是利用力矩的概念而发展出的以四两拨千斤的奇妙方法,我们大家经常骑的自行车的行进也是利用了力矩。平衡在我们生活中处处发挥着重要的作用。以前我不太注意这些有趣的现象,跟这门课打交道这么一年之后,我也尝试利用力学的观点来剖析这个千奇百怪的世界,突然发现好多平凡普通的事物中都蕴含了深刻的力学原理,这样的发现让我对原本枯燥的结构力学有了兴趣,觉得多掌握一些了解世界的方法,多探究一些自然界的奥秘,确实是一件充满乐趣的事情。 观察自然界中的天然结构,如植物的根、茎、叶,动物的骨骼,蛋类的外壳,可以发现他们的强度和刚度不仅和材料有关,而且和他们的造型有密切的关系,很多工程结构受到天然结构的启发而创新出来。结构设计不仅要考虑结构的强度与刚度,还要做到用料省、重量轻。减轻重量对某些工程尤为重要,如减轻飞机的重量就可以使飞机航程远、上升快、速度快、能耗低。 生活处处皆学问。是否真正掌握了一门技术也好,知识也罢,唯一检测的标准就是我们是不是会用他。你会用学到的东西来解决问题,解释现象。 我搜集了世界上大楼坍塌的关于其结构的典型案例,整理如下: 花旗大楼(Citicorp Center): 位于纽约的花旗大楼(Citicorp Center),无论从建筑的美感、结构设计的专业角度、以及Engineering Ethics方面都值得一说。 先看看外形,远远看去花旗大楼最显眼的就是倾斜的顶部,45°角的大斜面也算是纽约街头比较有辨识度的了。 但是让我们往下看: 底下的柱子,不在传统意义上的四角,而是在中点。原因是要从上图左下角的老房子说起。花旗大楼的选址,与旁边的教堂有一点的冲突,教堂不能动,但允许你在上面的空间盖楼。负责花旗大楼的建筑设计师是Hugh Stubbins,但更重要的角色是结构设计师William LeMessurier——一个天才结构师。 地面一角不让用,于是他把柱子设计在正方形四边的中间。然后设计出一套v字形的支撑体系。但这样的话就这栋楼就太轻了,扛不住风吹。因此,他又添加了一个400吨重的调谐质量阻尼器,这样就解决了高层建筑中普遍的抗风问题,以及减轻抖动。 于是这个天才结构师这样一套设计,有新意的解决了小教堂所带来的一系列难题。总之一切相安无事一直到了1978年。 这一年,普林斯顿的一名本科生写毕业论文,题目是“Implications of a Major Office Complex: Scientific, Social and Symbolic Implications”,准备用花旗银行这个楼做案例,向LeMessurier的团队要来了一些图纸和数据。测算后,发现这楼在45°的风向下,其无法承受风速为每小时112公里的大风侵袭。 也就是说一阵台风这楼可能就塌了。学生百思不得其解之后,联系了LeMessurier团队的一个初级工程师,这名工程师否认了危险的存在。当然,这名初级工程师还是履行了自己的责任,将这件事告知了LeMessurier本人,但由于LeMessurier觉得设计之初已经考虑过了各个方向的风力负担,并没有发现什么异常,也没有引起足够的重视。 直到LeMessurier参与一个位于匹兹堡的项目时,施工方提出用螺栓代替焊接时,LeMessurier突然联想到路人甲学生的质疑。他想到这里心里咯噔一下,就急急忙忙赶回纽约进行了演算。 结果发现,当承受对角线方向的强风时,几个V字支撑钢梁所承受的力相当于设计值的两倍。这对于钢梁本身没什么,如果是焊接节点也没什么,但螺栓就受不了了。LeMessurier这下慌了,因为当时纽约飓风Ella即将登陆,人民群众的生命财产将会发生危险。 经过慎重的决定,LeMessurier及其团队,联合花旗银行,NYPD,红十字会等组织,完善了一个救援方案。但这一切是秘密进行的,公众、尤其是花旗银行里面办公的所有人员都不知情。与此同时,修缮团队也进驻大楼,以常规改建的名义,开始了修补工作。好在LeMessurier团队及时做好了结构修补,并且Ella也绕道而行,并未真正到达纽约,因而安全度过了当年的大风天。 所有这些,一直隐埋在秘密之中,直到一个叫 Joe Morgenstern的记者在一次聚会中无意听到,并且采访了LeMessurier本人。1995年,the New Yorker杂志刊登此事,让围绕在花旗银行的秘闻为外界知晓,并且BBC还特意做了一期纪录片来报道此事。 小贤思考:整个事件中诸多发展都是挺耐人玩味的:LeMessurier天才的设计方案避免了重新选址或者拆除教堂,让广大结构工程师开了眼,拍手叫好;然而建成之后,很快就被一个具有钻研精神的路人甲学生发现其无法承受大风侵袭;随后又被LeMessurier所重视,向所有市民隐瞒了这个消息,悄悄连续赶工多日完善了救援方案。 总之,花旗银行这个案例还是提醒我们一定要真正重视建筑结构,建筑师必须有一丝不苟的态度啊。所以对结构知识的掌握,也是成为一个好建筑师的必要条件。 ——城工1班 秦兆贤 20154660131
建筑结构的论文篇4 试谈建筑结构优化设计 【摘要】建筑结构设计在很大程度上影响着工程造价、工程质量和工程进度,根据结构设计面临的挑战,本文从结构优化设计的基本原则出发,简要地阐述了高层剪力墙结构的优化。 【关键词】优化设计;剪力墙结构;结构延性 1 引言 建筑结构的安全与经济有时是一对矛盾体。随着市场经济的不断完善,房屋建造商越来越重视建筑物的经济性能,但是安全也是一个绝对不能忽视的问题。用最少的材料或造价建造出满足规范和使用要求的建筑是我们需要努力追求的目标。 结构的优化设计并不是简单的减少混凝土和钢筋的用量,而是通过调整各构件刚度之间的比例关系,充分利用各构件的受力特点,发挥它们各自的长处,使整体结构达到最优。 2 结构优化设计的基本原则 结构优化设计的基本原则主要有以下几点: (1)建筑平面布置产生规则结构效应的原则 有规则建筑体型和平面布置的结构,因其受力较简单,造价相对较低。但由于不同使用功能的需要,建筑的体型和平面布置是多种多样的,不可能因结构要求规则而对建筑师的创作提出无理要求,倒是可以在满足不同使用功能的前提下,通过对结构墙、柱的布局和墙肢长短的调节,使不规则的建筑体型和平面布置产生规则结构的效应,同样可以使建筑结构达到经济合理和安全耐用的预定目标。 (2)提高建筑舒适度原则 建筑结构的优化设计应包含结构体系的优选、传力途径的科学性、构件布置的合理性、构件和材料选用的正确性等内容;应该把尽可能提高建筑投入使用后的舒适度作为建筑结构优化设计的一条重要基本原则。 (3)建筑结构整体安全度原则 结构优化设计应全面考虑整体建筑的每个构件,使结构体系中每个构件都具有合理的可靠性,确保整个结构体系的安全性能,确保实现结构设计规范规定的设计标准,达到建筑结构既安全耐用又经济合理的总目标。 (4)不同构件采用不同的安全系数的结构优化设计原则 工程设计人员必须在保证结构安全的前提下,通过对建筑结构的整体概念分析,采用合理的优化设计理念和方法进行优化设计,使得能有效地控制工程造价,满足投资方的经济性要求。通过以往的优化设计经验来看,相比于传统的设计方法,优化设计通常可以达到降低工程造价5%~30%的目的。 3 高层剪力墙结构的优化设计 剪力墙结构是高层建筑中常采用的一种结构形式,其特点是整体性好,侧向刚度大,水平力作用下侧移小,并且由于没有梁、柱等外露与凸出,便于房间内部布置,缺点是剪切变形相对较大、平面外较为薄弱。 (1)减少剪力墙材料的用量、节约造价 剪力墙材料的用量是整个结构材料用量的核心,剪力墙结构的设计优化应首先从减少剪力墙结构材料的角度考虑。 影响剪力墙材料用量的几何因素有长度和厚度,在设计中为了保证结构为一般剪力墙结构,剪力墙的长度须按规范要求进行设置,一般不宜减短。同时,结构的刚度与剪力墙长度的三次方成正比,与厚度的一次方成正比,因此减小剪力墙截面厚度既可以有效减少材料用量,又不至于严重削弱结构的刚度。一般来说,剪力墙的设计应在满足稳定性的前提下,尽量减薄,也就是在满足刚度等要求的前提下,达到减少剪力墙材料用量节约造价的目的。 一般的剪力墙结构,墙柱用钢量所占比例在50%~70%之间,是优化时重点考虑的内容,墙柱配筋应在满足要求的前提下尽量取规范的低值。梁的用钢量占8%~20%,所占比例不大,但其布置对板含钢量有较大影响,板的含钢量一般占15%~20%。 (2)剪力墙结构的延性设计 了解剪力墙结构的特性,发挥其所长,克服其所短,是正确合理地设计剪力墙结构的关键。剪力墙结构概念设计的内容,主要包括:从总体上合理布置剪力墙的位置,确定剪力墙的数量、剪力墙的长度、剪力墙的厚度,保证剪力墙结构刚度均匀和刚度适宜。 1)强墙肢、弱连梁 工程中剪力墙分为整体墙、整体小开口墙和联肢墙。整体墙受力如同竖向悬臂,当剪力墙墙肢较长时,在力作用下法向应力呈线性分布,破坏形态类似偏心受压柱,配筋应尽量将竖向钢筋布置在墙肢两端;为防止剪切破坏,提高延性应将底部截面的组合设计内力适当提高或加大配筋率;为避免斜压破坏墙肢不能过小也不宜过长,以防止截面应力相差过大。联肢墙是由连梁连接起来的剪力墙,联肢墙的破坏形态以强墙肢弱连梁为宜,即连梁先于墙肢屈服,使塑性变形和耗能分散于连梁中。 2)强剪弱弯 在工程设计中,采用剪力墙增大系数调整墙肢底部加强部位截面剪力计算值和连梁梁端截面组合剪力设计值,使墙肢和连梁实现强剪弱弯。 3)限制剪压比 墙肢、连梁截面的剪压比超过一定值时,将过早出现斜裂缝,当增加的横向钢筋或箍筋不能提高其受剪承载力,抗剪钢筋不能发挥其抗剪作用,在抗剪钢筋未屈服的情况下,墙肢或连梁发生斜压破坏。为了避免这种脆性破坏,应限制墙肢或连梁的平均剪应力与混凝土的轴压比,即限制剪压比就是限制剪力设计值。 4)限制墙肢轴压比 轴压比是影响墙肢延性的主要因素之一。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010对墙肢在一、二、三级抗震墙的轴压比进行了限制,并要求一、二、三级剪力墙轴压比超过一定的数值,必须设置约束边缘构件。 (3)剪力墙结构的连梁优化设计 在高层剪力墙结构中,连梁是一项关键的耗能构件,其剪切破坏将对结构抗震产生极为不利的影响,并会极大地降低结构体系的延性。因此在高层剪力墙结构的优化设计过程中,一定要注意对连梁进行强剪弱弯的验算,以保证连梁的剪切破坏晚于弯曲破坏。对于人为加大连梁纵筋的操作一定要慎之又慎,因为这样就有可能无法满足强剪弱弯的要求。 在住宅结构设计时,一般情况下不宜采用大刚度的窗下墙作为连梁,而宜将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。同时,在满足结构刚度与变形要求时,应从经济角度与抗力、变形方面综合考虑,合理布置抗侧力构件。 (4)结构设计软件在优化设计中的运用 随着计算机技术以及结构优化设计理论的结合,基于计算仿真的优化设计思路已经在工程结构设计中得到了广泛的应用。通过利用计算机分析软件建立优化设计的分析模型,采用高效的计算机优化计算方法,设立结构设计达到的目标要求,最终实现结构设计的优化目的。在具体的优化设计过程中,优化设计实际上已经由一个工程问题转变为一个数学问题。在大型复杂结构的优化设计中,基于这一思想的结构优化设计方法具有其他算法无法替代的优势。因此,工程设计人员加强基于计算机技术的优化设计分析非常必要。 4、结语 建筑结构优化设计是指在满足各种规范或某种特定要求的条件下,使建筑结构的某种指标(如重量、造价、刚度等)为最佳的设计方法。也就是要在所有可用方案和做法中,按某一目标选出最优的方法。设计是规范加上工程师判断和创造的产物,设计优化在一定程度上意味着对常规的突破,但结构的优化设计并不以牺牲安全来求得经济效益。这就要求我们的结构设计人员应当根据相关规范的要求和建设单位的需要,来对其高层结构进行合理的选择与优化。 参考文献 [1] 中华人民共和国建设部. 建筑抗震设计规范[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2010. [2]徐传亮,光军.建筑结构设计优化及实例[M]. . 北京:中国建筑工业出版社,2012. [3]宋瑛.剪力墙布置位置的设计优化[J].山西建筑,2012,38(29):53-54. 建筑结构的论文篇5 试论高层建筑结构设计 [摘 要]高层建筑的结构设计合理与否,会对整个工程的质量、使用性能及使用寿命等方面产生十分重要的影响。因此,做好结构设计工作是高层建筑物施工之前最重要的任务之一。在本论文中,笔者首先分析了高层建筑物结构设计的特点,而后对高层建筑物结构设计的相关要求及注意事项进行了深入探讨。 [关键词]高层建筑 结构设计 特点 要求 随着我国经济的迅速发展,人们的生活水平等方面都获得了较大的提高,对生活质量的要求也愈来愈高。从建筑物需求量的方面来说,近年来,我国人民对住房的需求量也不断增多。这导致建筑用地的不断增多,使得当前我国可用耕地面积不断减少。为了缓解此种情况,我国建筑企业开始将发展的目光聚焦于高层建筑物的建设上。也正因为如此,当前我国高层建筑物的数量急剧增长。从积极方面来说,这确实从很大程度上缓和了建筑物供不应求的状况,但同时我们也必须注意到一个现象:很多高层建筑在使用过程中都出现了这样或者那样的问题,严重影响了建筑物的使用寿命,不利于建筑行业的健康发展。究其原因,这主要是因为部分高层建筑的结构设计不合理。下面,笔者将对高层建筑物的结构设计方面进行相关探讨。 1.高层建筑结构设计的特点 与一般建筑物不同,高层建筑物的结构设计工作更为复杂。一旦结构设计不合理,整个建筑物的施工过程及使用都会出现严重的问题。因此,工作人员必须从高层建筑建设的实际情况出发,制定合理的设计方案。下面,笔者将对高层建筑结构设计的主要特点进行一一阐述。 首先,在高层建筑结构设计的过程中,工作人员必须注意结构产生的水平力。一般来说,低层建筑物结构中,水平力产生的影响相对较小,而导致的侧向移位也往往被人忽视。 其次,高层建筑结构设计必须能够承受较大的承载力和足够的抵抗侧向力和刚度,这样才能保证水平力作用下的侧向位移不至于超过一定的限度。同时,要保证高层建筑物的外墙等其他的维护材料或者装饰构件与主体结构之间可靠连接起来,减少不必要的破坏。要根据施工地点地基的承载力和刚度来确定上部结构的承载力及相应的刚度。 再次,高层建筑的结构设计应尽可能地减轻房屋的自重。对于那些土层比较软的施工地点,由于其自振周期长,尽管增加建筑物的层数可以减小地震剪力,提高整个建筑物的性能,但高建筑也是自振周期长,容易引起共振对抗震不利,因此应确定合理的层数。另外,某些高层建筑会设有抗震设防的结构。工作人员在进行高层建筑结构设计时,必须充分勘察施工地点的地形及地质土层情况,最好选择那些地势平坦、地形开阔、土层坚硬、土质均匀的地段,避开那些地势差异较大的、非岩质的陡坡或者软土地带。同时,工作人员要注意,在勘察过程中,如果发现某一地段发生地震的可能性较大,抗震能力较差,则决不能进行盲目的工程建设。 2.现代高层建筑结构设计的注意事项 结合自己多年的工作经验,笔者分析了现代高层建筑结构设计的要求,并 总结 出以下几个方面的注意事项。 充分考察高层建筑的受力情况,选择合理的结构类型 高层建筑物结构类型的选择,主要是由其结构体系和材料特征所决定的。我们都知道,高层建筑实质上是一种竖向悬臂结构,其使用过程会产生两种荷载:水平荷载和竖向荷载。一般来说,竖向荷载的方向并不发生变化,但随着建筑物高度的不断增加,水平荷载也会相应的提高,包括各种结构作用力和结构抗力等。高层建筑结构作用力主要分为两种:直接作用力和间接作用力。前者主要指高层建筑物结构上所承载的各种集中力和分布力,包括建筑物及机器设备的自重等;后者则是指引起高层建筑结构发生变形的作用力,如温度变化、地基变形、混凝土遇冷收缩等产生的力。相比直接作用力来说,间接作用力的破坏效应可能会更大,会受到建筑物地基条件及其他外在条件的影响。直接作用力和间接作用力过大,会导致高层建筑的整个结构构件发生变形等。而同时,高层建筑的结构设计会承担一部分的迫使其变形的力量,这种能力被称为结构的抗力。只有抗力较高的结构,才能充分发挥高层建筑物的优良性能,延长其使用寿命。 选择合理的结构平面布置 .协调好建筑与结构的关系 建筑物的结构平面布置必须符合以下原则:独立结构的建筑物单元,形状最好简单规则,而刚度和承载力分布要均匀,绝对不要采用不规则的平面布置方式。也就是说,平面应尽可能规整,最好对称;平面的长度不宜过长;伸缩缝的框架结构在55米左右,剪力墙结构45米左右最为合适。同时,最好使用标准层,同意布置柱网和层高。 做好高层建筑物的结构布局 现代社会,经济发展水平的迅速增长,使人们的思想观念、意识等都发生了较大的变化,审美观等方面也发生了较大的变化。高层建筑物在进行结构布局时,必须从现代人的生活理念出发,合理设置建筑物的结构。众所周知,高层建筑物垂直方向的承载力较大。因此,在进行结构设计时,工作人员要重视建筑物地基受力结构的稳定性,平衡不同地点之间的受力关系。 高层建筑物结构设计必须经济合理 在进行结构设计时,工作人员不仅要考虑结构的安全合理性,还要保证结构的经济性,保证建设单位的经济效益。例如,合理设置结构的跨度,板跨度越大,要求的板厚度也会相应的越大,需要的钢筋也会较多。这将会给建设单位带来较大的成本花费。一般来说,井字梁的使用要优于十字梁,而十字梁的使用比没有梁更好。同时,在保证建筑物稳定性的前提下,高层建筑基坑的深度不应过大,但要超过冰冻深度。 除此之外,高层建筑施工单位在施工之前,要对施工地点的地址等状况进行认真勘察。在那些地震较为频繁的地区,工作人员应该合理设置建筑物结构,避免或者减少地震作用对高层建筑的不利影响。首先,建筑单位要合理设计抗震缝,调整平面形状和结构布置。但必须注意,如果建筑平面较为复杂,而形状结构等都难以调整时,要尽量将抗震缝划分成几个较为简单的结构。高层建筑的高度一般大于15米,在15米之下的结构上面,缝宽最小可为100毫米,但随着高度的增加,缝宽也要较大。总之,工作人员要根据不同的结构体系,合理设定抗震缝的宽度。 3.总结 随着中国特色社会主义进程的不断推进,我国的城市化进程的速度也在不断加快,同时为了进一步缓和耕地不足与建筑物供不应求之间的矛盾,高层建筑物的数量越来越多。与普通建筑物相比,高层建筑物的结构设计有其独特性。同时,任何建筑物的结构设计工作合理与否,会对整个建筑物的外观以及稳定性等方面产生十分重要的作用。工作人员需要不断更新自己的设计理念,运用先进的设计方法,才能将此项工作落到实处。同时,在进行结构设计时,相关人员必须充分考虑高层建筑的用途和基本功能,而后做好合理的设计工作。相信未来,在我国高层建筑物数量不断增长的同时,质量也能获得较大的提高,我国建筑行业能够朝着更加健康的方向发展。 参考文献 [1]吉柏锋,瞿伟廉.下击暴流作用下高层建筑物表面风压分布特性[J]. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(09). [2]李荣全.浅谈高层建筑结构体系的选型及含钢量的控制[J]. 现代物业(上旬刊).2011(08). [3] 张莉华,万怡秀,陈燕,严开涛,罗志国.广州珠江新城J1-1地块综合楼超高层建筑结构设计[J]. 建筑结构. 2012(09). [4]张玲丽,许德,李靖,张涛,张娟.关于高层建筑结构设计中问题的讨论[J]. 中国科技投资. 2012(24). [5]张瑞红.高层框架结构设计中应注意的若干问题[J].长沙铁道学院学报(社会科学版). 2010(01). 猜你喜欢: 1. 建筑结构的论文 2. 建筑结构论文 3. 建筑工程论文范文 4. 建筑结构的论文样本 5. 建筑文化论文3000字
高层建筑结构设计常见问题与对策论文
在高层建筑结构设计方面,我国起步较晚,近几年来,各大城市才不断出现了一些高层建筑,甚至超高层建筑,这些建筑的结构设计非常重要,决定着建筑的使用质量与寿命,业主的需求不断增加,也给设计人员提出了更多的要求。针对在高层建筑结构设计中的问题,需要进行一一解决,才能真正实现高质量建筑投入运行。
1 高层建筑结构设计特点
高层建筑结构设计中水平力是决定性因素。水平荷载在高层建筑结构中的稳定性贡献非常大。与普通建筑相似,高层建筑结构在竖向的荷载多以重力表示,但在水平荷载方面,高层建筑与普通建筑有着极大的不同,高层建筑的自重与荷载在竖向构件可以产生一定的轴力与弯矩,在建筑结构的稳定性方面起着决定性的作用。
在高层建筑结构设计中需要严格控制好侧移指标。当建筑的高度不断增加,水平荷载下的结构侧向移动将会不断被放大,对高层建筑的稳定性造成威胁,同时也会对人的生活舒适度造成一定的影响,所以需要保持侧移能够控制在一定的范围之内,这成为结构设计的核心元素。
高层建筑结构的设计对于抗震设计要求已经明显提高,随着近几年来地震现象不断频繁,任何一个等级的偏差都有可能会造成稳定性破坏;当高层建筑的竖向荷载不断增大时,柱内的轴向严重,连续梁弯矩变化让支座处的负弯矩减小,从而对预制构件的下料长度造成影响。所以在高层建筑设计时需要注意轴向变形问题; 要通过一定的措施,确保建筑结构具有相当的延性,当高层建筑物遇到危险时,避免出现倒塌的问题,如果没有延性设计,将会对使用效率产生危害。
2 高层建筑结构设计原则
2. 1 合理计算简图
首先要保证计算简图合理,简图对结构有着决定性作用。为了确保计算简图的安全,需要采用相应的构造方法,除了要在钢节点与铰节点进行关注外,还需要不断减小计算误差,把计算简图控制在一定的范围之内( 见图 1 -2) .
2. 2 基础设计选择
其次,在进行基础设计时,要充分了解高层建筑所在的地质条件,另外对高层建筑的结构类型与荷载分布分析要全面,根据施工条件以及邻近相互影响进行综合考究,在全面了解基础信息的前提下进行科学合理的基础方案确定。基础方案中,地基的潜力将发挥最大的作用,需要提前进行地基检测。
2. 3 结构方案选择
合理的结构方案需要达到高层建筑结构设计的总体要求,并尽可能达到经济的目的。在相同的结构单元中,使用相同的结构体系,根据地理条件、工程要求、施工因素综合确定结构选择,从而制定出最佳方案。
3 高层建筑结构设计中的问题分析与改善方向
3. 1 建筑结构超高
一些城市为了进行评比,在楼宇的高度上不断进行更新,仿佛楼层越高,城市的地位就更靠前。但建筑物不断超高却对抗震性与建筑质量提出了更高的要求。相关的建筑规范对建筑物的高度与抗震要求进行明确的规定,无论是多高的建筑物,都需要满足相对应的抗震等级要求。针对目前多地存在的建筑物超高问题,建筑物规范将会进行限定,不断细化规则,与时俱进,这使得高层建筑结构的设计方法与措施有了明显的改进。每一个建筑单位的项目管理部都要注重建筑的超高问题,在设计图与施工组织审核时都应该及时发现潜在的风险问题,不断进行论证,避免对工程的'造价与工期造成影响。
3. 2 短肢剪力墙的设置
随着我国高层建筑结构设计的不断深入,对短肢剪剪力墙的设置问题更加关注。目前我国的相关建筑规范已经对它进行了充分严格的定义,并对其使用进行了限制。短肢剪力墙主要是指建筑物墙肢截面的高厚度在 5 - 8 左右的情况,根据经验表明,在高层建筑结构设计中人尽可能使用些种结构墙,所以在建筑设计时,要尽可能地避免。
3. 3 嵌固端设置
高层建筑的嵌固端在二层以上的地下室顶板上,同时也有可能会设计到人防顶板上,嵌固端设置时,结构设计工程师对于嵌固端设置带来的问题没有提前判断与预测,比如楼板的设计、上下层的刚度要求等等,这些问题都有可能在后来的设计中做出更改,造成不必要的损失与安全隐患。
3. 4 结构规则性问题规则性问题
在目前的高层建筑结构设计规范中已经进行了明确的限制。如新规范对结构嵌固端上下层的刚度进行了规定,现代建筑不宜采用严重不规则的设计方案。不规则的设计将对建筑的竖向荷载计算产生偏差,不易估计,有可能会存在安全风险。但是在目前的高层建筑结构设计中,仍然会存在着这一问题,对建筑的整体质量造成了一定的影响。为了避免图纸在后续施工过程中进行变更,所以结构设计者要对结构设计中的规则性问题进行提前分析,遵守相关的规范规则,提高整体质量。
3. 5 消防结构设计
高层建筑结构本身的特点非常明显,它的功能复杂性决定着建筑结构在设计时非常复杂,需要选用不同的建筑功能材料。传统建筑中所选用的材料多为可燃性材料,这种材料无形中增加了高层建筑火灾的发性频率,更不易进行救火。高层建筑间空气流动强,风力非常大,如果发生高层火灾事故,救援难度可想而知。在传统高层建筑结构设计时,把火灾线路设计成垂直形态,建筑人员在进行火灾疏散时将花费更多的时间,对人身财产安全造成了更大的延误。在消防结构设计中,也需要对排烟结构设计,这对于高层建筑的安全性设计有着重要的意义。在设计中要保证烟气能够有效排出,避免在火灾发生时不利情况的蔓延。
3. 6 抗风结构设计
在高层建筑设计中,抗风性研究非常重要。在进行设计建造时,要注意抗风压性,对有效的设计非常重要。随着高层建筑的高度不断增加,结构本身对风起着扰动作用与阻隔作用,不利于风量的及时移动,在风速较大时,会对静止的高层建筑产生振动效果,从而造成一定的动力荷载力,将会对其稳定性造成威胁,甚至有可能会导致主体结构受到破坏,导致玻璃幕墙破裂、装饰物毁坏甚至墙体断裂等工程质量受到影响的危险。
4 高层建筑结构设计策略总结
在高层建筑结构设计时要注重设计原则,合理选择基础条件与结构设计方案,对高层的消防结构、抗震结构、抗风结构设计进行优化。
在消防结构设计方面,要设计合适的防火间距,对建筑物间的距离进行精确计算,根据地形条件设计合理的防火结构设计,增加疏散通道设计,采用分隔式进行设计,控制烟雾与火势的蔓延; 在抗震结构设计方面,要合理规划建筑结构的构件位置,发挥不同的构承载功能,对地基进行抗震设计,简化建筑平面,分割高度差异,提高建筑物的刚率与强度,实现地基的稳固性,另外需要注重对剪力墙的设计,控制位移,对简体结构进行抗震设计,确保结构的完整性与对称性; 在抗风结构设计优化中,首先要进行基础设计,选择级配高的砂石,在结构义部使用抗拔锚杆,稳定地基,在高层建筑结构中增加耗能减振系统设计,通过多种元素的综合,使用强粘弹性的阻尼材料,解决好水平力、风荷载造成的荷载叠加问题,对受力高压区进行加固处理,精确计算建筑物的风荷载与承载力。
5 结语
在高层建筑结构设计时,应该对超高、抗震、抗风、消防、规则性、嵌固端设置等问题进行充分认识,提前结合地质条件与基础条件对各个影响因素进行分析,不断进行优化设计,确保高层建筑结构本身的稳定性,提高使用寿命与质量。结构设计不是孤立存在的,而是与其他的设计相辅相承。结合目前经验所发现的问题进行优化,避免对质量造成影响。随着我国专家学者对高层建筑结构设计研究的不断深入,结构设计将更加完善,促进我国城市建设水平的提高。
参考文献
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[2]郭峰,梁利生。 高层建筑结构设计的问题及解决措施方案应用[J].科技传播,2013( 13) : 135 -136.
[3]孙凯。 高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J]. 价值工程,2011( 25) : 88 -89.
近几年,我国的经济发展速度极快,随着经济的发展,人们的生活水平也不断的提高。对建筑也有更高的要求。建筑结构的设计工作当中,建筑的稳定性是十分重要的。下文是我为大家搜集整理的建筑结构的论文的内容,欢迎大家阅读参考!
浅论建筑结构设计
【摘要】 在建筑设计中,结构的设计有着举足轻重的地位。为此,本文就建筑结构设计遵循的原则,建筑结构的基本要求,多层和高层房屋以及单层大跨度房屋的常见结构型式等有关问题进行分析。
【关键字】 建筑;结构;设计;型式
引言
结构是建筑物赖以存在的物质基础,在一定意义上,结构支配着建筑,这是因为,任何建筑物都要耗用大量的劳力和材料来建造,建筑物首先必须抵抗或承受各种外界的作用如风力、重力、地震等,合理的选择结构材料和结构型式,即可满足建筑物的美学原则,又可以带来经济效益。
一、建筑结构设计遵循的原则
1.满足使用功能要求
由于建筑物所处的环境和使用性质不同,除满足空间尺寸要求外,还要满足某些建筑物的特殊要求,如保温、通风、隔热、吸声等,在构造设计时要综合相关专业的技术知识,优化设计,选择经济合理的构造 措施 ,满足建筑使用功能要求。
2.确保结构安全
正确的结构计算时保证建筑物安全的前提,除对建筑结构、构件进行必要的计算外,对阳台栏杆、楼梯扶手、构件接缝等,要采取必要的措施,保证其在使用过程中的安全和可靠。
3.注重建筑经济的综合效益
建筑构造设计要处处考虑经济合理,采用合理的构造方案,就地取材,节约材料,在保证质量的前提下降低造价,并减少建筑物的运行费用、维护费用。
二、建筑结构的基本要求
新型建筑材料的生产、施工技术的进步、结构分析 方法 的发展,都给建筑设计带来了灵活性和更广阔的空间。但是,这种灵活性并不排除现代建筑结构需要满足的基本要求。其要求包括以下方面:
1.稳定。整体结构或结构的一部分作为刚体不允许发生危险的运动,这种危险可能来自结构自身,也可能来自地基的不均匀沉陷或基土的滑移,例如意大利的比萨斜塔由于地基不均匀沉降引起的倾斜。
2.平衡。平衡的基本要求就是保证结构和结构的任何一部分都不发生运动,力的平衡条件总能得到满足,从宏观上来看,建筑物总是静止的。平衡的要求是结构与“机构”即几何可变体系的根本区别,因此建筑结构的任何部分都应当是几何不变的。
3.经济。现代建筑的结构部分造价通常不超过建筑总造价的30%,因此,结构的采用应当是使建筑的总造价最经济。结构的经济性并不是指单纯的造价,而是体现在多个方面,而且结构的造价受材料和劳动力价格比值的影响,还受施工方法、施工速度以及结构的维护费用的影响。
4.美观。美学对结构的要求有时甚至超过承载能力的要求和经济要求,尤其是象征性建筑和纪念性建筑更是如此,应当懂得,纯粹质朴和真实的结构会增加美的效果,不正确的结构将明显的损害建筑物的美观。
5.优化。应在建筑方案设计的基础上,在满足结构安全的前提下,充分优化结构设计,必要时应委托专业的设计公司进行结构设计和结构的优化设计,降低建筑物的自身荷载,减少主要材料的消耗,通过工程概算及其主要技术经济指标分析结构设计的优化程度。
结构专业的优化设计,不是以牺牲结构安全度和抗震性能来求得经济效益的,而是以结构理论为基础,以工程 经验 为前提,以对结构设计规范实质内涵的理解和灵活运用为指导,以先进的结构分析方法为手段,对设计进行深入调整、改善与提高,对成本进行审核和监控,是对结构设计再加工的过程。“优化”工作是以原设计为基础,在充分尊重原设计的基础上,着眼于结构体系和结构布置的合理性和高新技术的应用,同时,“优化”的过程也是发现差错、纠正不足的过程,通过优化降低不安全因素,从而保证项目的技术质量和经济质量。结构设计优化是精益求精的过程,将会带来合理的设计、带来经济技术效益。
实现上述各项要求,在结构设计中就要贯彻“经济合理、技术先进、安全适用、确保质量”的结构设计原则,保证结构和建筑的和谐统一。
三、建筑结构选型
一个好的建筑设计,需要有一个好的结构型式去实现。而结构型式的最佳选择,要考虑到建筑上的使用功能、结构上的安全合理、艺术上的造型美观、造价上的经济,以及施工上的可能条件,进行综合分析比较才能最后确定。
以下针对多层和高层房屋以及单层大跨度房屋的常见结构型式的受力特点、适用范围进行简单分析。
多层和高层房屋结构的主要承重结构体系有:混合结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系等。
1.混合结构体系
这是多层民用建筑房屋中最常用的一种结构型式,其墙体、基础等竖向构件采用砌体结构,而楼盖、屋盖等水平构件则采用钢筋混凝土梁板结构。结合抗震要求,在进行混合结构房屋设计和选型时,应注意以下一些问题。
(1)层高和房屋最大高宽比
限制房屋的高宽比,是为了保证房屋的刚度和房屋的整体抗弯承载力,普通砖、多孔砖和小砌块砌体房屋的层高不应超过。
(2)多层房屋的层数和高度限制
一般情况下,房屋的层数和总高度不应超过表中的规定。显然,采用烧结普通砖砌体的混合结构,其层数和总高度均比其他砌体的要好,对医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋应比表中规定的降低3m,层数相应减少一层;各层横墙很少的多层砌体房屋,还应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。
(3)纵横墙布置
在进行结构布置时,应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重方案;纵横墙的布置宜均匀对齐,沿平面内宜对齐,沿竖向上下连续,同一轴线上的窗间墙宜均匀。楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。
2.框架结构体系
与混合结构类似,框架结构也可分为横向框架承重、纵向框架承重及纵横双向框架共同承重等布质形式。一般房屋框架采用横向框架承重,在房屋纵向设置连系梁与横向框架相连;当楼板为预制板时,楼板顺纵向布置,楼板现浇时,一般设置纵向次梁,形成单向板肋形楼盖体系。当柱网为正方形或接近正方形,或者楼面活荷载较大时,也往往采用纵横双向布置的框架,这时楼面长采用现浇双向板楼盖或井字梁楼盖。
框架结构体系包括全框架结构、内框架砖房和底部框架上部砖房几种形式。现浇钢筋混凝土框架结构房屋的适用高度分别为60m、55m、45m和25m。现浇框架结构的整体性和抗震性能都较好,建筑平面布置也相当灵活,广泛用于6――15层的多层和高层房屋,如学校的教学楼、实验楼、办公楼、医院等(其经济层数为10层左右、房屋的高宽比以5――7为宜)。在水平荷载作用下,框架的整体变形为剪切型。
四、结束语
建筑住宅在国家基本建设投资中占有很大的比例,因此在建筑结构设计中必须正确处理适用、经济、美观等几方面的关系。根据不同类型的建筑,正确的把握好结构的类型,更不能忽略建筑设计的经济性,要在满足使用要求下,用较少的投资建造美观、简洁、大方的建筑,让人们居住的更加舒适、健康。
参考文献
1.熊丹安,建筑结构,华南理工大学出版社,2009年版
浅析建筑抗震结构设计
摘要:抗震,是当前建筑施工必须要关注的话题,建筑结构的抗震也就成了房屋设计必须要考量的核心环节。 文章 将就建筑抗震设计的要求、目标、原则,以及相关的内容进行探讨。
关键词 抗震;结构;设计方法
如何能够让建筑在地震中保持安全,不受严重的损害,是当前建筑施工设计必须要考量的一个大问题,特别是近年来地震频繁,人们的生命财产受到严重威胁,建筑安全则成了社会安全的一个重要影响因素,为保证建筑的抗震能力,设计人员必须要根据相关标准,设计出具有相当抗震能力的房屋。
1.抗震设防的目标
我们所说的抗震设防,指的是对建筑物进行抗震设计,同时有针对性的采取一定的抗震构造的措施,最终实现结构抗震的效果和目的。一般来说,抗震设防主要依据的是抗震设防烈度。而抗震设防烈度的依据,是以国家规定权限审批或颁发的文件执行的,其是一个地区作为抗震设防标准。通常情况下,是采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度的。从当前内外抗震设防目标的发展总趋势来看,其基本要求建筑物在使用期间,可以应对对不同频率和强度的地震,即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。这是我国抗震设计规范所采用的抗震设防目标。
建筑工程在施工中的设防的目标如下:1)如果所遭受的是低于本地区设防烈度多遇的常规地震,建筑物不受损坏,不需 修理 仍可继续使用;2)如果遭受到本地区规定的设防烈度的地震,建筑物,包括结构和非结构部分,可能损坏,但不会对人民生命和生产设备的安全造成威胁,经修理仍可使用;3)如果遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震,尽量保证建筑物不倒塌。
也就是说,在建筑结构的防震设计上,设计方可以按照多遇烈度、基本烈度和罕遇烈度这三个层次进行考虑。从概率上看,多遇地震烈度是发生机会较大的地震级别。按照现行规范设计的建筑,在设计上要达到这样的防震效果:当遭遇多遇烈度作用时,建筑物处于弹性阶段,通常不会损坏;当遭遇相应基本烈度的地震时,建筑物将进入弹塑性状态,但一般不会发生严重破坏;当遭遇罕遇烈度作用时,建筑物可能会有严重破坏,但不至于倒塌。
2.建筑结构抗震设计方法要点
我国所颁布的《抗震规范》提出了两阶段设计方法,以实现上述3个烈度水准的抗震设防要求。第一阶段的设计方案,必须要符合抗震设计原则,同时根据与基本烈度相对应的众值烈度(相当于小震)的地震动参数,通过采用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用标准值和相应的地震作用效应,接着与其他荷载效应按一定的组合系数进行组合,同时对结构构件截面,进行具有针对性的承载力验算,如果建筑物较高,还必须要进行变形验算,以保证其侧向变形不要过大。这样,一方面满足了第一水准下必要的承载力可靠度,同时也满足第二水准的设防要求(损坏可修)。当然,最后还必须通过概念设计和构造措施来满足第三水准的设防要求。
对于非地震高发区的大多数建筑结构而言,只进行第一阶段的设计已经足够了,但根据建筑的特点和地区的特征,少部分结构诸如有特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构,还必须要进行第二阶段的设计,也就是按与基本烈度相对应的罕遇烈度(相当于大震)验算结构的弹塑性层间变形是否满足规范要求(不发生倒塌)。如果发现有变形过大的薄弱层,那应该积极修改设计,或者可以采取相应的构造措施,以满足第三水准的设防要求,也就是大震不倒。
3.结构选型与结构布置
结构材料的选择
选择哪一种材料对建筑的结构抗震有着直接的影响,所以材料的选择应该与建筑的方案设计同步,在研究建筑形式的同时进着手进行研究。同时还应该要确定采用什么样的结构体系。这样做的目的,主要是为了能够根据工程的各方面条件,选择既符合抗震要求又经济实用的结构类型。结构选型是较为复杂的一项工作,在选择时必须要考虑建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素,再加上经技术、经济条件比较后再确定。如果我们单从抗震角度考虑,好的结构型式,应具备以下特点:1)延性系数高;2)“强度/重力”比值大;3)匀质性好;4)正交各向同性;5)构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性,并能发挥材料的全部强度。如果只从数据上看,按照上述标准来衡量,常见建筑结构类型,理论上的抗震性能优劣顺序是:1)钢结构;2)型钢混凝土结构;3)混凝土一钢混合结构;4)现浇钢筋混凝土结构;5)预应力混凝土结构等。当然,在这里必须要强调的是,我们说的抗震最好的钢结构,其优越性是相对性的,从优点看,其延性,连接较好,具有可靠的节点,同时拥有在低周往复荷载下有饱满稳定的滞回曲线,从实际的经验看,钢结构建筑的表现都不错。但是,我们说的相对性,是只设计理念即施工方法的到位如果不到位这些建筑同样会在地震中受损。
抗震结构体系的确定
不同的结构体系,在抗震性能、使用效果和经济指标等方面的效果是不同的。因此,确定适合的抗震结构体系至关重要。《抗震规范》的基本要求:1)必须具备明确的计算简图和合理的地震作用传递途径;2)形成多道抗震防线,避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力;3)必须具备必要的强度以及良好的变形能力和耗能能力;4)应该具有合理的刚度和强度分布,避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的应力集中或塑性变形集中;对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。
总之,在选择确定建筑的结构体系时,建筑物刚度与场地条件的关系是必须要考虑的。如果建筑物自振周期与地基土的卓越周期接近一致,那就说明建筑可能会产生共振,进而加重建筑物损害。一般来说,建筑物的自振周期与结构本身刚度有关,所以在设计房屋之前,设计单位必须要掌握场地和地基土及其卓越周期,以便在建筑结构的设计中调整结构刚度,最终避开共振周期。
当然,在选择结构体系时,还应该要注意选择合理的基础形式。基础应该有足够的埋深,如果是多层房屋,就应该设置地下室。根据实践调查,设置地下室的房屋,可以减轻整个结构的震害。至于那些地基软弱的,就应该考虑选用桩基、筏板基础或箱形基础。而针对岩层高低起伏不均匀的情况,则可以考虑选择桩基,桩基可以穿入非液化土层,使建筑结构更加稳固。如果建筑物层数不多、地基条件又较好时,也可以采用单独基础或十字交叉带形基础等。
结构布置的一般原则
平面布置力求对称 通常情况下,对称结构在地面平动作用下只会发生平移振动,各构件的侧移量相等,这样就使得水平地震作用按构件刚度分配,所以各构件受力比较均匀,不会导致力的分布失衡。如果是非对称结构,刚心会偏在一边,质心与刚心不重合,即便只是发生地面平动也可能出现扭转振动。最终会导致远离刚心的构件,侧移量大,承担过度的水平地震剪力。这就很容易发生严重破坏,甚至可能会导致整个结构因一侧构件失效而倒塌。
竖向布置力求均匀 结构竖向布置均匀,可以最大限度的使其竖向刚度、强度变化均匀,这样可以有效的避免出现薄弱层。从建筑结构的特点看,临街的建筑物,往往会因为商业的需要,底部几层有大空间的设置。非临街的建筑物,底部也可能门厅、餐厅或停车场,而出现大空间。在这种结构中,上部的钢筋混凝土抗震墙或竖向支撑或砌体墙体到此被中止,而下部须采取框架体系。也就是说,上部各层为全墙体系或框架一抗震墙体系,而底层或底部两三层则为框架体系,整个结构属“框托墙”体系。地震经验指出,这种体系很不利于抗震。因此,在实际的抗震结构设计中,应该要保持结构竖向布置的均匀。
也就是说,同一楼层的框架柱,必须要具有大致相同的刚度、强度和延性,以此避免地震时,因受力大小悬殊而被各个击破的危险。此外,还必须注意的是,在采用纯框架结构的高层建筑中,楼梯踏步斜梁和平台梁直接与框架柱相连时,应该避免该柱变成短柱的情况,这样才能有效的避免地震时发生剪切破坏。
4.结语
总之,在建筑结构的防震设计中,设计人员必须根据建筑的实际情况,结合地质环境,在经济与安全的综合考量下,设计出科学合理的防震方案,保证建筑物在相应的防震标准下进行施工,保证建筑的安全。
参考文献:
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浅谈建筑工程结构加固技术
摘 要:随着时代的不断进步和经济的飞速发展,我国的城市化程度日益加深,这对我国未来的经济社会建设具有重大的意义和深远的影响。但是,随着城市化发展,人们对生活质量的要求越来越高,对房屋建筑的性能要求越来越全面,如舒适性、功能性、节能型等性能都成为建筑工程施工设计过程中不可忽视的问题。其中,建筑工程的质量尤其重要,加强对建筑工程结构加固技术的应用,找出适合的加固方法,提高建筑工程质量已经成为我国建筑工程施工过程中十分重要的环节,因此,我们必须要对其给予高度的重视,满足人们和社会的需求,以促进经济发展、提高人们生活水平。
关键词:建筑工程;结构加固技术;现状;方法
一旦建筑物因为一些原因而不能够继续满足某种功能的要求或者对满足某种功能的要求产生怀疑的时候,我们就必须对建筑物的整体结构或者建筑物结构的某一部分进行检测,当检测结果显示被检测的建筑物存在安全隐患时,就需要对该建筑物进行一定的加固处理,严重时甚至要进行拆除重建。在我国,约有三分之二的大城市都处于地震区,每次发生地震时都会对当地的建筑物造成十分严重的破坏,此外,随着我国城市化进程的发展,人口和建筑物的密集程度越来越高,发生火灾的频率也迅速增加,所引发的后果日益严重,这十分不利于人们的工作和生活。因此,加强对建筑工程加固技术的应用是时代背景下的一项基本要求。
一、我国建筑工程结构加固技术的发展现状
随着我国建筑行业的迅速发展,人们对建筑工程结构加固的要求越来越高,我国政府也对建筑工程施工方面给予了相对较高的关注。目前,我国已经颁布了一些相关的行为规范,包括《建筑抗震加固技术规程》、《混凝土结构加固技术规范》等,都对建筑工程施工过程中所采用的加固方法、所遵循的加固基本原则、所使用的加固材料、以及施工安全和工程验收等环节做出了十分明确的规定和要求。这能够在很大程度上促进和推动我国建筑工程结构加固技术的发展和应用。然而,由于人们大多都习惯了使用传统的加固经验,在混凝土结构加固实践中不能很好的做出改变,也没有从更深的层次对加固技术进行探索分析,导致我国的加固技术进步缓慢。这使得我国建筑工程加固技术仍然处于相对较为落后的传统工艺阶段,技术含量较低。
二、建筑工程结构加固的意义和原因
所谓建筑工程加固技术,就是指通过采用各种技术措施来提高建筑工程的质量和可靠性,使建筑物能够满足安全性、耐久性、适用性等要求。进行建筑工程结构加固的意义在于满足对建筑结构强度的要求,依据我国建筑工程施工规范的规定,建筑工程结构设计应该遵循极限状态设计的原则,混凝土结构必须满足结构应用要求,以确保其符合相关规定的刚性、强度和耐久性标准。
然而,由于各种各样的原因,导致建筑物难以完全符合人们的需求,建筑结构不得不进行加固处理。在我国常见的加固原因包括以下几个方面。第一,设计过程中存在缺陷。建筑工程设计人员设计过程中,虽然已经综合考虑了建筑结构安全及使用的各种影响因素,但在实际应用时,由于各个结构的独特性,使其难以将所有的因素都通过设计中所采用的数学模型表现出来。第二,勘察造成的缺陷。勘察人员在建筑工程施工前期会对建筑场地进行实地勘察,收集建筑基地的实际地形资料,以根据实际情况适当调整施工方法,保证建筑物的质量。但是,若不能真实反映勘察过程中的地基土和地下水情况,那么,将极可能造成建筑工程的缺陷。第三,施工过程中造成的缺陷。主要包括了施工队伍缺少专业系统的培训、人员素质低下、施工管理混乱等原因。此外,建筑物的不当使用、恶劣的环境、自然灾害等因素也会对建筑物造成破坏,使其不得不进行加固处理。
三、我国目前常用的建筑工程结构加固方法
(一)外包钢加固法
外包钢加固法的加固原理是:通过在建筑构件的两角或四角外包上型钢,使建筑构件的受力性能大大增强,从而实现加固的目的。这种加固方法有湿式和干式两种,一般湿式加固法效果更好。外包钢加固法具有操作简便,现场工作量小的优点,适用于不能增大建筑构件截面积却又要较大程度增强承载力的情况,例如钢筋混凝土柱、梁、腹杆的加固等。
(二)加大截面加固法
加大截面加固法,顾名思义,就是在建筑构件的外面外包混凝土,从而使建筑构件的横截面积大大增加,配筋量也大幅度提升,进而使建筑构件的承载能力得到增强的一种加固方法。这种方法在我国较为传统,加固工艺也十分简单,因此应用范围极广。一般在梁、板、柱、墙等混凝土结构的加固中都可使用这种方法。
(三)粘贴钢板加固法
这种加固方法的原理是用特制的建筑结构胶在混凝土构件表面粘贴钢板,令它们能够共同工作、整体受力,从而达到加固的目的,结构承载能力大幅度提升。粘贴钢筋加固法对建筑结构胶具有非常高的要求,其必须要满足粘结力强、强度高、耐老化、线膨胀系数小、弹性模量高等要求。
四、建筑工程加固方法的选择要点
目前,在我国常见的建筑工程结构加固技术有很多,它们各具特点,适用于不同的加固情况,对此,在进行加固方法的选择时,要仔细分析,进行可靠性鉴定,依据鉴定的结果和结构功能降低的原因,并综合考虑建筑结构布置特征、建筑主体结构传力承力特征、新增功能要求以及建筑物周围环境等各个方面的影响因素,以确保加固技术应用的结果能满足人们的实际需求。
五、结束语
建筑工程的质量关系到国家的经济发展和人们的生活安全,是社会民生的一个 热点 问题,受到了各界的广泛关注。而建筑结构的科学加固是建筑工程质量安全保障体系中的一个重要组成部分,因此,我们应该对建筑工程加固技术给予高度的重视。首先,严格遵守相关规范是最基本的要求。其次,要加强加固技术在建筑工程中的应用,选择合适的加固方法,确保建筑物的质量能够符合设计要求。最后,还要注重对建筑工程加固技术的创新和发展,这是在经济和科技不断进步的时代背景下促进建筑工程发展的一项基本要求,对我国的长远发展具有重要意义。
参考文献:
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42、提高土木工程项目管理的有效措施研究 43、注浆技术在建筑土木工程中的应用和施工工艺初探 44、浅谈项目管理在土木工程建筑施工中的应用 45、土木工程施工安全管理创新实践研究 46、关于土木工程施工中钢结构技术的探讨 47、土木工程项目施工进度管理和施工质量管理探究 48、新形势下土木工程专业中外合作办学教学模式探究 49、论土木工程施工中混凝土施工技术 50、浅析建筑土木工程项目成本控制方案 51、土木工程项目现场管理中BIM技术的实践应用分析 52、关于土木工程施工项目的质量管理 53、土木工程监理程序及控制要点分析 54、土木工程项目的施工进度与质量管理策略探讨 55、土木工程管理与工程造价的有效控制措施分析 56、土木工程施工质量控制分析 57、土木工程施工项目质量管理研究 58、土木工程项目施工进度管理和施工质量管理 59、绿色建筑材料在土木工程施工中的应用 60、土木工程施工技术要点与现场控制策略 61、土木工程施工质量控制研究 62、论如何加强土木工程施工过程质量控制 63、高支模施工技术在土木工程施工中的应用分析 64、浅谈土木工程管理施工过程质量控制策略 65、土木工程施工管理问题与对策分析 66、土木工程施工管理要点的分析 67、论如何加强土木工程施工过程质量控制 68、绿色建筑材料在土木工程施工中的应用 69、土木工程建筑中混凝土结构的施工技术研究 70、土木工程建筑中混凝土结构的施工技术要点探究 71、绿色建筑材料在土木工程施工中的应用研究 72、土木工程建筑施工技术及创新的探究 73、土木工程施工中的测量施工分析 74、土木工程管理与工程造价控制的有效措施探讨 75、对土木工程现场管理的问题探究和应对措施 76、高层建筑施工土木工程问题初探贺建彪 77、关于土木工程施工技术的创新及发展分析 78、提高土木工程施工过程质量监管的有效措施 79、土木工程施工中节能环保技术 80、土木工程建筑中深基坑施工技术分析 土木工程本科论文题目二: 81、浅谈土木工程建筑中混凝土结构的施工技术要点 82、土木工程施工质量控制与安全管理的相关分析 83、土木工程中钻孔灌注桩施工技术的应用分析 84、项目管理在土木工程建筑施工中的应用探析 85、土木工程施工技术的创新及发展 86、关于土木工程施工质量控制与安全管理的探讨 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217、铁道车辆用高强高耐候钢焊接连续冷却转变规律 218、日本铁道振动的控制和振动特性的利用 219、利用对中式气动作动器改善铁道车辆的横向乘坐舒适度 220、铁道车辆的拖车车体结构设计和强度分析 221、对某型车橡胶金属件生命周期的研究 222、UIC和我国铁道车辆卫生设备标准对比研究 223、铁道车辆承载摩擦副摩擦系数测试方法研究 224、浅析铁道车辆制动技术的发展及研究现状 225、铁道车辆的焊接技术现状与前景 226、铁道车辆地板布起泡原因分析及解决措施探讨 227、基于UM的磁流变阻尼器模糊控制 228、旅客舒适度与车辆设计问题探讨 229、铁道车辆单元制动缸用耐低温橡胶皮碗的研制 230、铁道车辆用钩缓装置三维建模与虚拟装配
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浅谈高层建筑抗震设计措施
为了减轻地震所造成的损害,高层建筑的抗震能力必须得到有效的提高,那么,高层建筑抗震设计措施是?
摘要 :随着经济的不断发展,城市不断壮大,促进了建筑行业的发展。但我国人口众多,城市用地不足,高层建筑逐渐成为了城市建设的主导。高层建筑的抗震设计是设计者需要重点关注和解决的问题。和其他自然灾害不一样,地震是很难做到提前预防。到目前为止,在世界范围内,地震的预测是公认的难题。高层建筑的抗震设计已经成为了业内人士急需要解决的问题。文章通过对高层建筑抗震性能的理论研究,提出了在前期施工和设计时所需要注意的问题,并给出了具体的防范措施,希望能得到同行的认可和指教,切实可行的落实到设计修建当中。
关键词:高层建筑;抗震设计;形体;构件布置
为了减轻地震所造成的损害,高层建筑的抗震能力必须得到有效的提高。但由于地震发生的突然性以及不确定性,因此在高层建筑的抗震设计不能只依赖理论的计算,更多的应该结合以往灾害发生的原因和前人总结的抗震理念。以此实现小震不坏、中震可修、大震不倒的基本理念,尽可能的降低地震所造成的人员伤亡和经济损失,给广大人民群众一个舒心的生活环境。
1我国地震的特点
基于构造地震的活动特点,和特殊的自然条件和地形、社会条件以及历史因素,我国的地震灾害主要有以下特点:①地震的频率较高。我国地处世界两大地震带-环太平洋地震带和欧亚地震带的交汇处,有非常明显的地震活动性,光记录在案七级以上的地震就有十多起,5级以下的地震一年发生上千起;②灾情较为严重。我国大陆的地震震源一般都比较浅,大都在地壳内部10~25km,破坏力可想而知。超过五级的地震,在我国就会造成大量的房屋倒塌和人员的伤亡;③伴有很严重的次生灾害。我国地势西高东低,呈阶梯状分布,地势复杂多样,丘陵、山地、平原、盆地、高原均有分布。地震的直接灾害,常常会引起火灾、水灾、滑坡、泥石流、台风、海啸,由于震后人员的安置比较集中,密度较大,加之震后医疗设备的不齐全,卫生环境跟不上,很容易导致大规模疫情的传播,给人们身体和心理上造成多重的伤害,远比地震的直接损害要更为严重;④成灾面积广,地震波及范围大,发生一次规模较大的地震,它有可能波及震中周围几百或者上千公里之内的地界。如我国2008年5月12号发生的汶川地震,除了黑龙江和辽宁,其他省份均有明显的震感,最远波及到了3000km之外的曼谷,可想而知它的威力之大、范围之广;⑤地震灾害呈一定的周期,目前我国处于地震高发时期,可能会维持到下个世纪初,因此一定要提前做好预防,加强建筑的抗震能力。
2建筑形体及构件布置的规则性对高层抗震的影响
平面不规则
平面不规则的类型主要分为扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续。《规范》规定:建筑及其抗侧力结构平面布置宜规则、对称并具有良好的整体性。层间的布置、划分属于建筑平面的布置。内墙结构的布置、可活动的空间面积、楼梯与通道的布置位置、竹子间的距离大小、楼层间的变化布置等。如果在建筑平面时,墙体不对称布置,柱子与墙体不协调、不对称分布,在平面上将会造成建筑结构质量与刚度不协调、不对称分布,在地震时使建筑物发生扭转地震作用。有的建筑物的电梯井筒的刚度很大,却被布置在建筑平面的一侧或角部,发生地震时,使得靠电梯井筒一侧建筑物破坏严重,这是由于地震作用的主要部分被电梯井筒很大的抗侧力刚度吸引了,此典型震害的一例就是1972年的南美洲那瓜高十五层的.中央银行大厦。因为部分建筑物在布置平面时一侧墙少,一侧墙多,内隔墙中断或不对称,所以在地震发生时,地震力传递受阻和刚度发生突变等,这些都表明平面布置影响结构抗震很明显。
竖向不规则
竖向不规则的类型分为侧向刚度不规则、竖向抗侧力构建不连续、楼层承载力突变。《规范》规定:建筑的竖向剖面宜规则,竖向抗侧力构建的材料强度和截面尺寸宜自上而下逐渐增大,防止抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。根据《规范》的要求对建筑的的突变限度和高度进行限制,避免产生竖向不规则类型,使竖向分布刚度和质量比较均匀,防止产生突变,避免产生薄弱和扭转。
3框剪结构中剪力墙受力特征
框剪结构中能够影响结构刚度的因素有很多,诸如剪力墙的界面尺寸、数量、位置以及它自身的形状等,其中对结构刚度影响最深的是刚度理论。在框剪结构中,结构的刚度和刚度分布是由剪力墙布置的位置和数量决定的。《高层规程》将高层建筑分为两级,即高层建筑(A级),超限高层建筑(B级),对应于不同的抗震设计等级,不同结构有不同的适用高度。框剪结构中,发挥最大作用的是剪力墙。剪力墙是抗侧力构件,采用这种结构时应在两个主轴外侧布置剪力墙,从而形成双向侧力体系。框架结构体系是利用梁柱组成的纵横两个方向的框架形成的结构体系。它同时承受竖向荷载和水平荷载。其主要优点是建筑平面布置灵活,可形成较大的建筑空间,建筑立面处理比较方便。主要缺点是是横向刚度小,当层数较多时,会产生过大的侧移,易引起非结构性构件(如隔墙,装饰等)破坏进而影响使用。在非地震区,框架结构一般不超过15层。框架结构的内力分析通常是用计算机进行精确分析。框架剪力墙结构也称框剪结构,这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙,构成灵活自由的使用空间,满足不同建筑功能的要求,同时又有足够的剪力墙,有相当大的侧向刚度(剪力墙的侧向刚度大就是指在水平荷载(风荷载和水平地震力)的作用下抵抗变形能力强)。框架结构的缺点是侧向刚度小,当层次较多时,全产生过大的侧移,易引起非结构性构件破坏而影响使用,但它具有平面布局灵活,可形成较大建筑空间的优点,为了保留这个优点,同时又提高其侧向刚度,便产生了框架剪力墙结构。这个结构主要特点是在保留框架结构优点的基础上由于增设了抵抗剪力的剪力墙,从而地增加了其侧身刚度,在这个结构体系中剪力墙承担了80%的以上的水平荷载,而其中的框架仅承担了约20%,这与框架结构中不管什么方向的荷载均由框架全部承担的情况是不同的。当建筑高度、设防烈度、建筑重要性类别、基底类别等均相同的情况下,对框架结构中的框架要求要比框剪结构中框架的要求等级要高得多。框架结构的特点:建筑平面布置灵活,外墙立面设计也较为灵活,其变形特点为剪切变形和弯曲变形组合起来的剪切型变形,框架结构构件类型少,易于标准化,定型化,在材料变形性能良好的时候,可以建造到30层,一般情况下15~20层为好。剪力墙结构的特点:整体性能好,刚度大,在水平作用下侧向变形小,承载力要求也比较容易满足,其侧向变形为弯曲型,但是由于剪力墙的间距不能过大,所以其平面布置不够灵活。为了克服其缺点,会使用框支剪力墙结构,跳层剪力墙结构。
4高宽比对结构的整体抗震及经济指标的影响
整体抗震
所谓建筑结构的动力作用就是地震作用,这不仅与地震强烈程度有关,而且很大的关系在于其本身的动力特性,剪重比和基底剪力是衡量结构地震反应的两个常用指标。高规推荐的高宽比是以6为界限,取高宽比以6的基底剪力为参考值的两种结构,得出结构基地剪力在高宽比变化时,相对高宽比为6时的相对值(见图1)。高宽比在增大时,结构基底剪力大约呈线性增大,结构受的地震力随高度增大成比例增大,且剪力端结构增长速度比较快。结构重力载荷和水平地震作用之比在逐步增大,起初,下滑成都比较快,随后变化就较稳定,显示了在结构周期加长时,结构更柔,地震反应减小的优点(见图2)。
经济指标
若仅从结构安全角度看,目前高规中在实际设计工作中可以放宽高宽比限制。根据以往的工程经验,当建筑高度增加时会出现两方面的变化。一方面,高宽比比较大时,结构侧移将会随之发生变化,呈正向关系增大,与此同时,抗倾覆能力和整体稳定性则会受到负面影响,呈现下降趋势;另一方面,水平荷载将会短时间出现变化,迅速增大。在水平荷载作用时,建筑顶部位移同倾覆力矩呈现正相关。具体而言,建筑物顶部位移越大,倾覆力矩越大,反之亦然,高度四次方成正比,同宽度成反比。为了使结构刚度、抗倾覆能力和稳定性足够,需要增大结构构件的尺寸,材料用量也会随之增大,结构经济性更差。
5提高高层建筑抗震性能的具体措施
在高层建筑的建造中,不仅要满足材料的强度、硬度等要求,还应使其具有较好的延展性,并在指定的部位具有屈服区域。具体分为以下方面:①提高高层建筑地基的稳定性和其短柱的抗压能力。提高剪跨比,从而减小短柱的截面积,提高抗震性能。其主要方法是采用等级较高的混凝土材料并与其他可提高材料延展性的方法相结合,运用于实际施工中,提高抗震性能;②采用性能更为优良的混凝土-钢管混凝土柱来做建筑的整体结构,有于钢管内部的混凝土一直处于受压状态,其相对应的压应变及抗压强度都得到了很大的提升,解决一般混凝土延展性不好的问题;③设计之初要进行全面的分析。高层建筑结构的模型在建设前能适当的进行简化,但是其整体受力和关键部位的受力是绝对要在模型上体现出来的,构件的参数及恢复力模型的选择,应该符合我国结构构件的主要性能和结构特点,不能一味的抄袭已有的外国行业参数。根据地震等级的不同来选择与之相对应的弹塑性状态,要从结构的位移、承载力、抗压力、屈服度、阻尼比等数据进行全面的分析和讨论,正确的运用到实际的施工中去。
6结束语
随着经济的不断发展,城市建设日益繁荣,越来越多的高楼大厦拔地而起,给人们带来便利和美的享受的同时,建筑行业更应该关注的是高层建筑的抗震性能。自然灾害的发生总是那么的残酷无情而且毫无征兆。要想更好的建设国家,就必须做到提前预防,在建筑本身做文章,提高其抗震性能和应对各种自然灾害的能力。只有这样才能让人们在面对强大的天灾面前有足够的反应时间,才能真正的享受城市所带来的便利。
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一、当前建筑结构抗震设计需要解决的问题
(一)合理选择建筑结构体系
在建筑物的结构设计中,最重要的一项就是选择结构体系,该体系选择的合理与否,直接关系到整个建筑物结构的安全。因此,要想合理的选择结构体系,应该从以下两方面入手:第一,结构体系需要具有明确计算的简单图纸。在对结构体系进行设计时,应该将建筑物房间的主要受力点放在主梁上,以便垂直的重力能够在最短时间内,从长度最短的路径传到主要的受力部位。合理布置屋内的内部结构,可以采用竖向构建的内部结构布置方案,该方案需要保证竖向构件压应力的均匀性。第二,结构体系的强度应该具有较高的合理性。一个建筑物结构体系的好坏,在很大程度上都是由其强度决定的,所以,设计人员应该在建筑物的薄弱部位进行合理的强度抗震设计,提高其抗震性。同时,在对结构的框架进行设计时,要保证节点构造不被破坏,尽可能的分散房梁和房柱顶端的塑性,并提高其薄弱部位的抗震能力。
(二)选择抗震的场地
建筑地点的抗震性对建筑物的抗震设计会产生直接的影响,所以,相关人员应该选择抗震性较强或者是有利于抗震设计的场地来建造建筑物,尽可能的避开那些不利于抗震设计的地段。由于地震会引发地裂、地表错动等,对地面的危害较大,所以,在选择抗震场地时,一定不可以选择一些土地液化、软弱、地质元素分布明显不均衡的地点,如果确实无法避开这些地点,则应该在施工初期在地面进行一定的抗震设计,加强地面的强度,稳定地基建造。同时,对于一些随时可以会发生地裂或者是滑坡的场地,施工人员一定要运用科学合理的手段来对地表进行全面的稳定。另外,对于一些需要将地基建设在土层分布不均或者是粘性土质较多的地区的建筑物,需要采用地基加固、桩基等方式来加强建筑的基础和上部结构的抗争性,做好抗震措施的处理。
(三)建筑的平面布置要有规则
在对建筑进行平面布置设计时,应该尽量的`遵循采用抗震设计的原则,使用规则性高的建筑设计方案。设计结构的规则性主要分为三方面:第一,建筑物的主体的抗压性必须要够强,其侧面受力结构不能够出现变形的情况,要尽可能的均匀受力。第二,建筑物主体在抗侧力结构方面的平面布置情况,在布置建筑物主体的抗侧力结构时,要保证同一侧的建筑物主体其抗侧力的强度是相同的,要保证同一侧各部分都能够均匀受力。第三,保证建筑物主体的抗侧力结构在布置上是与其周围结构体系的刚度是相同的,并且,都具备很强的抗扭刚度。
二、建筑结构抗震设计的注意事项
目前,当今社会已有的有关建筑抗震设计方面的理论,是对建筑行业逐年的实例验证进行研究分析,对结果不断的总结归纳得到的。并且,随着当前人们对于住房质量要求的提高,在建筑物结构中融入抗震设计是势在必行的,这也是当前人们之所以高度重视抗震设计的原因。因此,为了能够设计出抗震性较强的建筑物,在实际设计时应该注意:第一,建筑物的布局要保证科学合理性,保证建筑物中每个主要的受力物体都处在同一水平面中,只有这样才能在地震来临时承受住来自地面的压力,减少地震的破坏程度。第二,按照地震等级的不同,对房梁、房柱以及墙体的各个节点部分进行对应的抗震等级设计,保证内部的混凝土钢筋结构能够在受到地震作用后不会受到严重的破坏。第三,在建筑物中设计多个抗震防线。建立一个良好的抗震体系,对于缓解和消除地震带来的压力是十分重要的。因此,应该根据地震等级的不同在建筑物中设计多个抗震防线,当地震来临时,可以依靠这些防线对人们的生命安全提供多重的保护。
三、结论
虽然,目前我国相关行业在建筑物抗震设计方面已经取得了较好的研究成果,整个建筑体系的抗震设计也日趋完善,但是,还是有许多的问题还没有被及时全面的解决,这也是相关行业在日后的工作目标和任务。因此,相关行业部门应该将日后的工作重点放在研究地震破坏的原因上,只有这样,才能够在对建筑结构进行抗震设计时取得质的飞跃。
1、工程概况 在该工程的设计过程中,针对该工程平面凹口较深,平面较为狭长及高宽比较大等结构特点,在结构布置、分析计算和构造措施等方面做了一些有效的处理,使整体设计满足规范要求,且经济实用。以下谈谈本人在设计中的一点体会。 该工程地下一层、地上二十八层,总建筑面积: ,其中地上建筑面积:,建筑物室外地坪至主体结构檐口的高度为:。地下室建筑面积:,地下室层高:裙房三层。一层层高:二、三层层高为。主楼四至二十八层,每层层高。该楼层四层以上平面南侧凹口深,占凹口方向楼板长的,另还有两处凹口分别占凹口方向楼板长的和,高宽比为。 2、地基及基础 地基土层结构及特征 据本次勘探揭露,拟建场勘察深度内岩土体可分为l0层:①层冲填土、②层耕填土、③层细砂、④层中砂、⑤层粗砂、⑥层砾砂、⑦层强风化泥质粉砂岩、⑧层中风化泥质粉砂岩。 地下水埋藏条件及砼腐蚀性评价 勘察场区内赋存有上层滞水和潜水。 据场地水质分析报告结果:拟建场地下潜水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。 地基方案与基础选型分析评价 根据以上场地地基岩土层条件和拟建建筑物点,经过充分的技术经济分析比较,决定采用直径分别为Ф800、Ф1000、Ф1200的钢筋混凝土钻孔灌注桩,混凝土强度等级为C30,以⑧层中风化泥质粉砂岩做桩端持力层。桩长为22~29m左右,Ф800的单桩承载力设计值为4200KN;Ф1000的单桩承载力设计值为6000KN;Ф1200的单桩承载力设计值为7900KN。因南昌地区中风化泥质粉砂岩中均有多层且无规律的软弱夹层,桩端进持力层取5d。根据最后静荷载试验结果来看,Ф1000的单桩竖向抗压极限承载力为13500KN,极限状态下桩顶累计沉降量为,质量和经济效果均较好。本工程主楼带地下室、地下室层高,底板掺混凝土膨胀剂,桩基承台为梁式承台,因为上部结构为剪力墙,荷载分布较为均匀,因而梁板截面高度不需过大,承台梁高lO00mm,地下室底板除核心筒部分(1500mm)外,其余均为350mm,砼标号为C30;为抵抗混凝土收缩、徐变及加强基础的整体性,地下室底板采用双层双向满布配筋Ф14@120。地下室外围墙厚300mm,内部剪力墙厚250mm,地下室顶板作为上部结构的嵌固部位,板厚为200mm,并采用双层双向Ф 12@150满布配筋。 3、上部结构设计与计算 根据《建筑抗震设防类标准》(GB50223—2008)本工程为丙类建筑,结构的地震作用按设防烈度6度计算,采用全现浇钢筋混凝土剪力墙结构体系,剪力墙抗震等级为三级,框架抗震等级为三级。结构的阻尼比为,水平地震影响系数最大值为,基本风压为,地面粗糙度为B类,结构体型为。地震力按X、Y两个方向计算,同时考虑扭转耦联,竖向力按模拟施工加荷方式1计算,风荷载按X、Y两个方向计算,恒、活荷载分开计算,周期折减系数为,计算取21个振型。连梁刚度的折减系数为,考虑抹灰粉刷层重量后,混凝土的重度为27KN/m2,地震力的分项系数为,风荷载分项系数为,恒荷载分项系数为,活荷载分项系数为。墙元细分中,壳元最大控制边长为。 该建筑平面有多处凹口,平面较为狭长,再加上楼梯问和电梯间开洞,采用SATWE进行分析。计算结构显示,结构在地震和风荷载作用下位移均在规范要求的范围内,但以扭转振动为主的第三振型周期T3 与侧向振动为主的第一振型周期T1之比为;以扭转振动为主的第三振型周期T3和以侧向振动为主的第二振型周期T2 之比为,并且第一振型和第二振型的扭转振动成分偏大,这表明结构扭转效应显著,对建筑结构不利。同时计算结果还表明,凹口周围、楼房东西两端及平面宽度变化处梁、墙等构件内力值较大。在设计时,考虑应将楼、电梯间处核心筒及5-12、5-14轴上剪力墙加强且连成整体,形成受力的主要部位,承担大部分的剪力和弯矩,实际电算时加强或削弱此部分刚度(主要为增加或减短墙长)对位移影响较大,较增加墙厚等方法有效的多。实际电算和分析相同,但由于建筑功能限制,5-G轴上,5-9轴和5-1l轴间;5-15轴和5-17轴间、还有5-l2轴和5-14轴间无法布置剪力墙,只有设置宽扁梁,加强刚度,实际效果较好,剪力墙成筒布置,在筒与筒之间将板厚加厚为120mm,实际电算时所有凹口处按未设连梁电算,在位移等满足要求规范要求,施工图则按所有凹口处增设250×400连梁处理,更加安全。在平面宽度变化处,剪力墙本工程剪力墙布置既满足了规范要求,经济效益又较好。为消除混凝土收缩、温差可能引起的裂缝,将屋面板配置了双层双向钢筋。 除平面不规则以外,该房屋的平均高宽比为也较大,因而验算结构底部外围构件在侧向力最不利组合情况下的轴压比,并控制轴压比在内;验算桩基在侧向力最不利组合下的抗压能力以及桩身是否会出现拉力,并通过调整桩的布置,使其符合要求。 在抗震构造措施方面,建筑物底部四层为剪力墙底部加强区;对墙体布置有变化处增设暗柱,加强其配筋。采取增大两端剪力墙的长度、调整其它部位剪力墙长度等措施,使用SATWE软件分析计算可知,凹口处及其周围剪力墙和连梁,以及建筑物两端转角、山墙处剪力墙和连梁基本上没有出现超筋现象,构件的截面和配筋设计符合规范要求。周期T1~T3 及其比值、结构位移值、基底剪重比、地震力倾覆弯矩等均在规范要求范围内,具体结果如下: 上述计算分析结果表明,T3 /T1远小于,结构平面布置扭转影响较小;楼层最大层间位移角满足规范要求,且由Y向风荷载控制;底层剪重比接近于,结构刚度适合,受力体系经济合理,抗震性能良好。 4、结语 本工程在省抗震设计施工图检查中,经过省抗震专家评审,得到了专家的认可。专家肯定了我们对于本工程结构体系的选择、抗震设计参数的取值及对于平面不规则采取的构造加强措施。