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随着人们生活水平的提高,对于住宅建筑的要求也随之提高。人们不止要求建筑在质量上合格,采光、朝向等条件满足,更对建筑形态、环保节能、绿化、文化等方面有了更多的要求。这也推动了建筑加工工艺的创新化、高科技化,同时也要求建筑设计者具备丰富的设计经验、深厚的文化内涵,并要具有创新开拓精神,能够创造出独特的、新颖的、夺人眼球的建筑。与此同时,还必须保证建筑质量过硬,使用性能优异。目前,钢筋混凝土结构以其抗震性好、整体性强、结构灵活、传力明确的优势,在现代建筑中得到了广泛的应用。钢筋砼结构看似简单,但在设计过程中若考虑不周、疏忽大意,则很容易出现各种问题,对建筑工程造成影响,甚至危及结构的安全性。因此,设计人员在进行结构设计时,一定要充分重视以上提出的问题,并逐个解决落实,从而使结构设计质量得到有效保障。
1 结构设计问题分析
在建筑技术的不断发展下,我国城市中的高层建筑如雨后春笋般涌现,并且还呈现明显的增长趋势,随着建筑高度的增加,建筑功能、类型的日益复杂化,使得结构体系也呈现出多样化特点,在这样的情况下,怎样满足工程建设需要,构建一套准确高效、符合实际国情的建筑施工技术体系,成为了施工技术亟待解决的一项课题。目前,钢筋混凝土在建筑结构施工中的应用十分广泛,与其他结构材料相比,它具有显著的优势,故在土木工程、房屋建筑中得到了重大的发展、应用,同时也在施工技术、制作工艺、设计方法等方面得到了突出的表现。对于多样化的钢筋混凝土高层结构设计,尚存在一些问题,下面就钢筋混凝土结构设计中的常见问题,进行深入的剖析。
1.1 超长结构问题
在《混凝土结构设计规范》(下文件简称为《规范》)中,关于钢筋混凝土结构长度,其中一条(第9.1.1条)规定框架结构伸缩缝设置间距要≤55m,而另一条(第7.1.2条)则规定,如果采取后浇带分段的施工方法,可以适当增大伸缩缝的设置间距。在实际设计中,这两条规定的把握较为不易,在工程实例中很难保证结构长度≥55m就设置一条伸缩缝,并且对于后浇带分段施工,对于结构的长度很难控制,从而不易产生裂缝。这类问题的产生原因主要是各地区温度差异、混凝土收缩应力差异造成的。
这类问题的解决必须要在结构设计中调整梁柱配筋的概念。首先,针对长向板钢筋要设置为双层,同时还要对中部的梁板配筋进行适当的增强。这是因为温度应力会对两侧梁柱,尤其是边跨柱配筋产生极大的推力,而中部区域是结构的中点,故其受到的应力较大,所以需要对其加强。另外,超长的结构设计,容易在角部产生扭转效应,所以还需要加强角部结构。如果结构长度≥70m,为了不设置伸缩缝,就必须采用特殊措施,如掺入抗裂剂、预加应力等。在设计长度≥70m的结构时,设计者必须定量分析温度和收缩裂缝,同时施加预应力,该方法的效果在众多的工程实例中都得到了较好的应用效果。若无法分析清楚超长结构的受力情况,还是应当根据《规范》标准,在结构长度≥55m时就设置伸缩缝,其实只要处理恰当,伸缩缝的设置是不会对建筑外观造成太大影响的。
1.2 筏板厚度设置问题
在桩筏基础设计中,筏板厚度值的计算,首先根据建筑层数来对筏板厚度来进行估算的。一般筏板厚度估算值为50mm×建筑层数。以一栋28层的住宅建筑为例,筏板厚度估算值为50×28=1400mm。再根据建筑的排桩情况,对角桩冲切、群桩冲切、墙冲切、边桩冲切分别进行验算。通常情况下,都用角桩冲切控制板厚,但若是短肢剪力墙结构,由于其墙体不封闭,所以要获取群桩冲切的边界值较为困难,另一方面,由于桩群之间会重叠较多,所以群桩冲切取值较为不利。故笔者建议,将几个大层间的取值作为冲切边界,所围区域内的短肢墙体内力作为抗力抵消,该方法尽管无法保证绝对的准确性,但在放大区域后,对削弱边界开口效应,故其可行性还是值得肯定的。
1.3 强柱弱梁设计问题
在钢筋混凝土结构的延性设计中,“强梁弱柱”是基本设计原则。“强梁弱柱”设计理念主要是抗震设防,其抗震设防的目标是“大震不倒、中震可修、小震不坏”。在钢筋混凝土结构中,柱是核心支撑,若柱受到破坏,会导致建筑的整体坍塌,若梁受到破坏,则仅会对某区域造成损毁,所以柱破坏造成的损害明显大于梁破坏,设计人员在进行结构设计时,一定要牢固树立这一设计理念。对于柱轴压比,要严格控制在0.9%以内。在设置配筋、柱断面时,要分部位进行处理,并适当加强边柱和角柱,尤其是角柱,最好采取全柱加密箍筋,同时配筋率要≥1%,除小截面柱以外的所有框架柱的纵筋都要≥20,柱筋采用的种类不要太多。对于矩形截面柱,要采取对称配筋;对于梁,中部筋要配足,支座筋可适当降低,以使其在地震作用下形成梁铰机制,即在地震作用下,首先在梁端产生塑性铰,以保证柱的受弯承载力比梁大,从而防止柱先屈服。
1.4 地下室外墙、底板配筋计算问题
在计算地下室外、底板墙配筋时,常出现实际情况与假设条件不相符的问题。以地下室外墙配筋计算为例,有的设计人员将凡是带扶壁柱的外墙,不论扶壁柱大小,均按双向板进行配筋计算,但按照地下室结构整体电算分析结果,对扶壁柱配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。从扶壁柱与外墙变形协调原理来看,该配筋计算方式下,扶壁柱配筋不足,外墙竖向配筋偏少,外墙横向配筋过多。针对这一问题,笔者建议:将有钢筋混凝土内隔墙相连的且与外墙相垂直的外墙板块、较大尺寸扶壁柱(如外框架柱)间的外墙板块的配筋按照双向板进行计算,其他外墙的配筋均按单向板进行计算。
1.5 地下室设计问题
在进行高层建筑的地下室设计时,还要考虑地下水位问题,由于人为无法控制地下水位上涨,所以一旦发生地下水位上涨,就会对地下室乃至整栋建筑产生影响。因此,在设计地下室时,要尽量简化地下室轮廓,以利于防水。尤其是柱下承台的地下室,柱下承台会将基槽地模产生较多阴阳角,使其形状复杂化,这就增加了防水施工的难度,延长了施工时间,不仅无法保证防水质量,更会增加工程造价。对于该问题,笔者建议采用反承台法:使承台下皮标高与地下室底板相等,并在地下室内部覆土。该做法会简化基槽地模的形状,减小施工难度,缩短工期,保证施工质量。同时,覆土重量还会对抗消除地下室底板的水浮力。
2 结束语
随着建筑技术的不断提高,城市中涌现出了越来越多的高层建筑。随着建筑高度的增加,建筑功能、类型的日益复杂化,使得结构体系也呈现出多样化特点,这就使得结构设计成为了建筑设计中的一个难点和重点。
参考文献:
[1] 刘双庆.钢筋混凝土结构设计常见问题解析[J].四川建材,2009,(04).
[2] 杨新.浅谈钢筋混凝土高层结构设计常见问题[J].中华民居,2011,(06).
[3] 崔立成.钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J].中国新技术新产品,2010,(01).
[4] 陆强.浅谈钢筋混凝土结构设计中的一些常见问题[J].山西建筑,2011,(22).
关键词:高层建筑;钢筋混凝土;结构设计;问题分析
中图分类号:TU208文献标识码: A
高层建筑结构形式趋于多样化,高层建筑的表现形式也多种多样,但随之所带来的弊端也越来越多的表现出来。由于目前没有钢筋混凝土结构钢筋细部节点的统一做法,造成设计单位或施工单位在节点钢筋设计的容易出现钢筋配筋率过大或者钢筋锚固不足等现象的出现,设计单位应该考虑在某些节点钢筋实际操作的困难及由此产生的对结构的影响。
1.关于强柱弱梁的设计理念
强柱弱梁的概念主要是针对小震不坏,中震可修,大震不倒的抗震设防目标而提出的。柱破坏了建筑物整个都会倾覆,而梁破坏则仅是某个区域失效,因此,柱较之梁破坏的损害更大,当前我们的经济已高速发展,我们结构设计人员在设计中一定要将这一概念设计贯彻下去。必须严格控制柱轴压比,轴压比在任何情况下均不宜超过0.9%,且我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理,建议边柱,角柱应适当加强,特别是角柱,建议应全柱加密箍筋,且配筋率不宜小于1%,所有框架柱,不包括小截面柱,建议纵筋均应大于20,且柱筋品种不宜过多,矩形截面柱尽可能对称配筋。而对梁配筋则建议应配足梁中部筋,而支座筋则可通过调幅让其适当降低,以使地震作用下能形成梁铰机制,防止柱先于梁屈服,使梁端能首先产生塑性铰,保证柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力。
2.钢筋混凝土结构设计常见的问题及解决方案
2.1关于超长结构的问题
混凝土结构设计规范第9.1.1条中规定钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距为55m,而7.1.2条则规定当采取后浇带分段施工,专门的预加应力措施或采取能减小混凝土温度变化或收缩的措施且有充分依据的,伸缩缝间距可适当增大。这两条使我们在实际设计过程中较难把握。工程实例中超过55m就设置伸缩缝,这显然是很难保证的,而且在采取后浇带分段施工后很难控制房屋的长度而不至于产生裂缝等不良现象。
出现此类状况这取决于各地区的温差及混凝土不同的收缩应力。在结构设计中必须对梁柱配筋进行概念上的调整。首先是长向板钢筋应双层设置,并适当加强中部区域的梁板配筋,中部区域作为一个中点必然受较大应力,而两侧梁柱,特别是边跨的柱配筋必须加强以抵抗温度应力带来的推力,而超长结构在角部容易产生的扭转效应也须我们在设计中对角部结构进行加强。当框架结构超过70m时,应采取特殊的措施才能不设置伸缩缝,如采用预加应力,掺入抗裂外加剂等等,而且作为超过70m的结构,必须对温度及收缩裂缝采取定量的分析,并相应施加预应力,这在许多工程实例中应用的效果也是众目共睹的。如果对超长结构,不能有效的分析清楚受力情况,建议还是应按规范要求设置伸缩缝,毕竟建筑上缝只要处理得当还是不影响观瞻的。
2.2关于桩筏基础设计中对于筏板厚度的取值问题
桩筏基础设计中对于筏板厚度的取值,一般是先按建筑层数估算筏板厚度,常规是按层数×50mm来估算。例如一幢十八层的小高层住宅,我们则先按18×50=900mm设定筏板厚,然后再根据排桩情况,分别验算角桩冲切,边桩冲切及墙冲切,群桩冲切。一般情况均为角桩冲切来控制板厚,但这里主要强调一个短肢剪力墙结构下的群桩冲切,短肢剪力墙结构由于墙体不封闭,故取值群桩冲切边界时有相当大的困难,而群桩冲切由于桩群重叠面积较大,应是一种不利状态。因此,一般建议是取值几个大层间近似作为冲切边界,所围区域内短肢墙体内力则作为抗力抵消,虽不完全准确,但区域放大后,边界的开口效应有所削弱,是可行的。
2.3关于箱、筏基础底板的挑板问题
从结构角度来讲,如果能出挑板,能调匀边跨底板钢筋,特别是当底板钢筋通长布置时,不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋,较节约。出挑板后,能降低基底附加应力,当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时,加挑板就可能采用天然地基。必要时可加较大跨度的周圈窗井。窗井部位可以认为是挑板上砌墙,不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然此问题并不绝对,当有数层地下室,窗井横隔墙较密,且横隔墙能与内部墙体连通时,可灵活考虑。当地下水位很高,出基础挑板,有利于解决抗浮问题。此外,从建筑角度讲,取消挑板,可方便柔性防水做法。当为多层建筑时,结构也可谦让一下建筑。
2.4关于板面设置温度应力筋的问题
《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第9.1.8条规定在温度收缩应力较大的现浇板区域内,钢筋间距不宜大于200mm,,板的上下表面沿纵横两个方向的配筋率均不宜小于0.1%。对于规则较短的建筑物我们可以在各楼面边跨及屋面层设置相应的温度应力钢筋,而对于超长结构,则建议在超长结构的长向均应设置双层钢筋。其余部位则可因人而异,功能重要的区域设置,有条件的建设子项设置,而不必过于强调。另外值得注意的问题是: 当地下室筏板厚度大于1200mm时,可在筏板中间配置温度收缩应力钢筋以抵抗大体积混凝土所产生的收缩及温度应力,配筋量建议取1/2筏板厚的0.1%,且不小于Φ12@200。
2.5关于对梁筏基础板筋位置的设置问题
弹性梁筏基础,由于考虑水浮力下底板所受向上的反向力,设计人员会要求筏板面筋能置于地梁主筋以下,而地梁配筋有时较多甚至配置双排筋,再加上梁箍筋则施工中引起板筋的弯折相当困难,遇到人防工程则更难施工。从受力传递过程来说,板筋设置必须准确,但考虑施工困难及相应板保护层的损失,建议可以作适当放松。
2.6关于短肢剪力墙结构设计中的重点问题
短肢剪力墙结构设计中有两个重点问题值得我们防范,处理不当经常会成为薄弱环节,这也是抗震审查中经常发现的问题。
2.6.1对普通长墙的界定,高规JGJ3-2010第7.1.8条中规定一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙,短肢剪力墙是指截面高度与厚度之比为5~8的剪力墙。这明显出现了一些难度,高厚比为7.9 倍及8.1倍的两种墙受力特性截然不同,由此而引起的配筋亦相差甚远(对四级剪力墙而言,短肢剪力墙在一般部位的配筋率要求大于1.0%,而普通墙则仅要求边缘构件配筋率0.4%,墙身部分配筋率仅为0.2%。)因此在布置长墙时建议控制高厚比大于9,这样就与短肢剪力墙有所区分而不会混淆。
2.7关于地基与基础设计的问题
地基与基础设计一直也是值得结构工程师非常重视的方面,不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行,同时,也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素,因此,在这一阶段,所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。所以,在进行地基基础设计时,一定要对地方规范进行深入地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。
3.结语
钢筋混凝土框架结构虽然相对简单,但设计中仍有很多需要注意的问题,只有熟练地掌握规范,并具有良好的结构概念,才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。
参考文献
[1]张丽.浅谈建筑结构混凝土设计[J];黑龙江科技信息;2011年13期
[2]杜立.苏州尼盛广场超限高层设计[J];山西建筑;2012年17期
关键词:钢筋混凝土高层建筑;抗震;结构设计;探讨
中图分类号:TU973+.31 文献标识码:A文章编号:
钢筋混凝土高层建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的,我们在设计时要选用适合的抗震结构,注重建筑结构材料的选择,减小地震的作用力,增强地震的抵抗力,从而达到高层建筑抗震的目的。
1.钢筋混凝土高层建筑抗震设计存在的问题
1.1 工程地质勘查资料不全
在设计初期,设计人员应该及时掌握施工场地的地质情况,但是往往在设计过程中,却没有建筑场地岩土工程的勘察资料,就不能很好的进行地基设计,给建筑物的结构带来安全隐患。
1.2 建筑材料不满足要求
对于材料而言,我们要明确这样一个道理:地震对结构作用的大小几乎与结构的质量成正比。一般说在相同条件下,质量大,地震作用就大,震害程度就大,质量小,地震作用就小,震害就小。所以,在建筑物的楼板、墙体、框架、隔断、围护墙以及屋面构件中,广泛采用多孔砖、硅酸盐砌块、陶粒混凝土、加气混凝土板、空心塑料板材等轻质材料,将能显著改善建筑物的抗震性能。
1.3 建筑物本身的建筑结构设计
建筑物如果平面布置复杂,致使质心与刚心不重合,在地震作用下产生扭转效应,加剧了地震的破坏作用,海城地震和唐山地震中有不少类似震害实例。台湾 9.21 地震中,一栋钢筋混凝土结构由于结构平面不规则,在水平地震作用下,结构产生严重扭转效应而破坏倒塌,同时撞坏相邻建筑上部的阳台。
1.4 平面布局的刚度不均
抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称,建筑的质量分布和刚度变化宜均匀,否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称:一边进深大,一边进深小;一边设计大开间,一边为小房间;一边墙落地承重,一边又为柱承重。 平面形状采用 L、π 形不规则平面等,造成了纵向刚度不均,而底层作为汽车库的住宅,一侧为进出车需要,取消全部外纵墙,另一侧不需进出车辆,因而墙直接落地,造成横向刚度不均。 这些都对抗震极为不利。
1.5 防震缝设置不规范
对于高层建筑存在下列三种情况时,宜设防震缝:平面各项尺寸超过《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ3-91)中表 2.2.3 的限值而无加强措施;房屋有较大错层;各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施;但有的竟未采取任何抗震措施又未设防震缝。
1.6 结构抗震等级掌握不准
结构抗震等级有的提高了,而有的又降低了,主要是对场地土类型、结构类型、建筑高度、设防烈度等因素综合评定不准造成。
上述这些问题的存在,倘若不能得到改正,势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的原因是多方面的,这就需要设计人员从设计的角度避免这些问题的出现,防止将这种问题带入施工中,从而保证高层建筑的抗震性。
2.高层建筑抗震设计对策
2.1 结构规则性
建筑物尤其是高层建筑物设计应符合抗震概念设计要求,对建筑进行合理的布置,大量地震灾害表明,平立面简单且对称的结构类型建筑物在地震时具有较好的抗震性能,因为该种结构建筑容易估计出其地震反映,易于采取相应的抗震构造措施并且进行细部处理。建筑结构的规则性是指建筑物在平立面外形尺寸、抗侧力构件布置、承载力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面对称均匀,体型简单,结构刚度,质量沿建筑物竖向变化均匀,同时应保证建筑物有足够的扭转刚度以减小结构的扭转影响,并应尽量满足建筑物在竖向上重力荷载受力均匀,以尽量减小结构内应力和竖向构件间差异变形对建筑结构产生的不利影响。
2.2 层间位移限制
高层建筑都具有较大的高宽比,其在风力和地震作用下往往能够产生较大的层间位移, 甚至会超过结构的位移限值。而国内普遍认为该位移限值大小与结构材料、结构体系甚至装修标准以及侧向荷载等诸多因素有关,其中钢筋混凝土结构的位移限值(一般在 1/400-1/700 范围内)则比钢结构(1/200-1/500 范围内)要求严格 ,风荷载作用下的限值比地震作用下的要求严格。 因此在进行高层建筑结构设计时应根据建筑物的实际情况以及所处的地理位置进行设计,既要满足其具有足够的刚度又要避免结构在水平荷载的作用下产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性以及正常使用功能等。
2.3 控制地震扭转效应
大量事实表明,当建筑结构的平面布置等不规则、不对称导致建筑层间水平荷载合力中心与建筑结构刚度中心不重合,在地震发生时建筑结构除发生水平位移外还易发生扭转性破坏甚至会导致结构整体倒塌,因此在结构设计中应充分重视扭转的影响。由于建筑物在扭转作用下各片抗侧力结构的层间变形不同,其中距刚心较远的结构边缘的抗侧力单元的层间侧移最大;同时在上下刚度不均匀变化的结构中,各层的刚度中心未能在同一轴线上,甚至会产生较大差距,以上情况都会使各层结构的偏心距和扭矩发生改变,因此,在设计过程中应对各层的扭转修正系数分别计算。 计算时应主要控制周期比、位移比两个重要指标,即当两个控制参数的计算结果不能满足要求时则必须对其进行调整。当周期比不满足要求时可采用加大抗侧力构件截面或增加抗侧力构件数量的方法,并应将抗侧力构件尽可能的均匀布置在建筑四周,以减小刚度中心与质量中心的相对偏心,若调整构件刚度不能满足效果时则应调整抗侧力构件布置,以增大结构抗扭刚度。
2.4 减小地震能量输入
具有良好抗震性能的高层建筑结构要求结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求,因此在设计过程中除了控制构件的承载力外还应控制结构在地震作用下的层间位移极限值或位移延性比,然后根据构件变形与结构位移的关系来确定构件的变形值,同时根据截面达到的应变大小及分布来确定构件的构造要求,选择坚硬的场地土来建造高层建筑等方法来减小地震能量的输入。
2.5 减轻结构自重
对于同样的地基条件下进行建筑结构设计若减轻结构自重则可相应增加层数或减少地基处理造价,尤其是在软土基础上进行结构设计这一作用更为明显,同时由于地震效应
与建筑质量成正比,而高层建筑由于其高度大重心高等特点,在地震作用时其倾覆力矩也随之增加,因此,为了尽量减小其倾覆力矩应对高层建筑物的填充墙及隔墙尽量采用轻质材料以减轻结构自重。
2.6 选择合理结构类型
高层建筑的竖向荷载主要使结构产生轴向力,水平荷载主要产生弯矩。其竖向荷载方向不变,但随着建筑高度增加而增加,水平荷载则来自任何方向,因此竖向荷载引起建筑物的侧移量非常小,而水平荷载产生的侧移则与高度成四次方变化,即在高层结构中水平荷载的影响远远大于竖向荷载的影响,因此水平荷载应为设计的主要控制因素,在设计过程中应需在满足建筑功能及抗震性能的前提下选择切实可行的结构类型,使其具有良好的结构性能。
2.7 尽可能设置多道抗震防线
当发生强烈地震之后往往伴随多次余震,如只有一道防线,则在第一次破坏后再遭余震,将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度,有意识地建立一系列分布的屈服区,主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度,以使结构能吸收和耗散大量的地震能量,提高结构抗震性能,避免大震时倒塌。
3.结束语
随着我国经济的快速发展,高层建筑也越来越多,在这种情况下必须做好抗震设计。设计人员在高层建筑抗震设计中,都是按照抗震结构设计规范进行的,他们希望设计的结构能够达到强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳,为此从结构总体方案设计一开始,就运用人们对建筑结构抗震己有的正确知识去处理好结构设计中遇到的诸如房屋体型、结构体系、刚度分布,构件延性等问题,从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理,再辅以必要的计算和构造措施,从而消除建筑物抗震的薄弱环节,以达到合理抗震设计的目的。
参考文献:
关键词:高层建筑;钢筋混凝土结构;设计要点
一、高层建筑钢筋混凝土结构方面的要点
1.结构的体系
在建筑行业的发展过程中,建筑方案多样化是目前建筑行业整体的趋势。设计的概念中,对于建筑结构的体系划分更加合理有着相对较高的要求。实际施工中,将建筑的美观效果、工程造价、实用功能三者充分协调,杜绝因为片面的追求利润给建筑整体带来的不利影响,同时也有利于工程施工的顺利进行。对于行业内的国家规定,要进行要个执行,不仅是对于建筑本身的质量,更是在安全上完成对于建筑的保障。在具体设计中,对于结构方面的掌握要有突破性,不能将眼光只局限于行业内相关规范,更要在标准的范围上进行改进,通过对于建筑手法和技术的灵活应用,以求在设计上取得一定的突破。
2.结构体系的选择
现代建筑的模式提系,与传统建筑有很大的不同,其中一点就是对于外形的要求并不是十分严格。因此,在对现代高层建筑进行设计的时候,在满足建筑自身对于强度、稳定方面的需求后,可以根据实际情况对于钢筋混凝土中内外部结构进行一定程度上的改良,一定程度上帮助了建筑方案设计的执行,同时,改良后的建筑结构也能在最大意义上从结构的角度增强建筑的稳定性和强度。在质量上也是一个巨大的进步。
二、高层建筑钢筋混凝土结构设计要点
对于高层建筑来讲,钢筋混凝土是建筑中进行主体构建的关键因素,在结构和质量通常情况下决定了一个高层建筑的质量走向。在具体对于高层建筑钢筋混凝土结构的设计过程中,要针对钢筋混凝土的各方面性质有所关注。
1.注重抗震功能
一个建筑的抗震功能的建立,主要是依靠钢筋混凝土结构来实现。在建筑体系中,对于建筑抗自然灾害的能力尤为看重,尤其是近几年频繁出现的地震灾害,已经引起了相关部门的高度重视。在高层建筑中将抗震功能的建立划为重点,不仅是对抗震功能本身的保证,也决定了一个建筑质量的走向。在抗震功能的设计建立上,要注意:高层建筑对于钢筋混凝土结构及其强度的要求。整体结构的把握上,多取振型数是目前设计结构方面加大抗震性的一个具体做法,通常情况下,对于建筑层数和结构刚度的突变系数较大时,就应该将振型数设计得比计算值大些,而且,对于本身具有部分弹性的楼板式建筑,在取振型数上,应比通常情况更大,以保证建筑对于抗震能力的正确建立。
2.对于耐久性的设计
耐久性也是高层建筑钢筋混凝土设计中的一个要素。在进行高层建筑钢筋混凝土的设计时,要充分考虑周围环境对于高层建筑钢筋混凝土结构的影响和环境对于建筑本身的影响因素。对于高层建筑中钢筋混凝土结构中所涉及的各种材料进行严格把关,确保在施工过程中,和建筑落成后钢筋混凝土结构都能在建筑中发挥出应有的作用,保证作用效果具有的持久性。达到相关政策对于建筑耐久性方面的要求。在最大程度的范围内,满足各方面对于高层建筑耐久性的不同要求。也回应了人们对于建筑耐久性越来越高的需求。
3.地下结构设计
由于高层建筑自身应力等方面的需求,其主体中钢筋混凝土结构通常会延伸一部分进入埋入地下,在具有较大埋深的情况下,通常都会选择在地下构造相应设施,合理建筑空间的运用。在进行地下空间的设计时应当考虑,整体地下设施对于抗震性能的影响,根据不同的地下结构形成不同的抗震设计更好地应对其中的变化。在进行地下建筑的设计时,要充分考虑到高层建筑对于预埋深度的要求。地下结构的设计中,结构本身具有的抗拔性对于高层建筑来说十分重要,因此,在设计中还要体现出地下建筑对于增加高层建筑抗拔性的增加措施和方式,防止高层建筑发生偏移或倾覆。
4.剪力墙结构的设计
在剪力墙的端部应设置端柱等边缘构件,这些边缘构件可以作为约束柱,在高层建筑结构的刚度比较小但层间位移与顶点位移比较大时,应加大暗柱的截面,此时边缘构件可以起到很大的作用,当剪力墙的截面面积和楼层面积的比值比较大时但房屋高度比较小的情况下,端部的暗柱所起的作用就比较小。为了提高剪力墙的变形性能防止发生破坏,当剪力墙的截面比较长时应尽量设置弱连梁,将墙体分为多肢墙或者单肢墙,设置连梁时不能太强,否则在水平地震的作用下会使墙肢出现全面受拉,容易造成危险。当连梁太弱以致墙肢变成单肢墙时,由于单肢墙的延性差并且仅有一道抗震防线,降低了它的可靠性。实际设计中要注意对连梁的刚度进行折减,防止剪力墙中的连梁超过截面的允许值。短肢剪力墙一般指墙肢的截面高厚比为 5~8 的墙,它在高层建筑中的应用有很多限制。为了减少后期工作的麻烦,在设计中应尽量减少短肢剪力墙的采用。
5.防止结构超高
高层建筑对于结构的总体高度有严格的限制,新规范中将旧规范中的原限制高度设为 A 级高度建筑,并且增加了 B 级高度建筑。在实际设计中要对结构的高度严格注意,否则会给设计方法和后续的处理措施带来大的变化。在设计过程中应尽量避免由于改变结构类型略是忽略高度限制所导致设计不能通过审核的情况的发生,否则会对工期以及造价等规划造成巨大影响。
三、高层建筑钢筋混凝土结构设计中存在的问题
1.钢筋混凝土结构在高层建筑的应用过程中可能存在的缺点
钢筋混凝土自身所具有的物理性质,决定了此类结构自实地的应用中易受到来自自然界恶劣情况带来的影响,温度、雨雪、暴风等恶劣天气对钢筋混凝土结构是有一定破坏性的,也就决定了钢筋混凝土施工在极端天气的发生下施工很不稳定,既不能保证效率,也不能保证施工质量。
此外,由于高层建筑钢筋混凝土结构施工中工程量较大,人员在施工过程中有可能会出现失误,等到发现的时候,可能已经来不及补救。这种情况对于高咏ㄖ钢筋混凝土结构的施工十分不利,容易在施工过程中造成很多隐患。
2.关于高层建筑钢筋混凝土架构中嵌固端的问题
关于嵌固端的问题尚未在业界中形成统一规范,因此在实际设计中,设计者要根据实际情况选择出相应的嵌固端位置。同时,针对嵌固端位置变化,和嵌固端本身多带来的影响进行分析和对应设计,充分考虑嵌固端所在位置对于钢筋混凝土结构造成的影响,更加合理地对嵌固端的相关内容进行设计,减少嵌固端设置对于高层建筑整体稳定性的不利因素。在嵌固端的抗震性设计上,在保持整体关系不变的情况下,协调嵌固端抗震性和上下楼层的关系,使两成形成一个整体,共同参与到维护楼层稳定的作用中来。
参考文献:
关键词:高层建筑;钢筋混凝土;建筑结构;抗震设计
1引言
高层建筑结构的抗震设计方法是不断变化和发展的,在实际工作中,我们需要对高层建筑的地质环境进行深入调查和研究,选择适宜的抗震结构体系,特别要注意的是结构材料和结构形式的选择,降低地震的负面作用,加强建筑对地震的抵抗能力,确保高层建筑的抗震性能。
2高层建筑钢筋混凝土结构分析
随着建筑业的发展,建筑工程项目越来越多,但如何使建筑的钢筋混凝土结构系统与建筑设计要求更为相符,就要求将其与项目的实际情况相结合,防止为了追求规模而造成不必要的浪费,而且在基础条件建设较为乐观的情况下,为了达到钢筋混凝土结构体系的变形极限值,在设计中应尽量降低结构的刚度,对此笔者从以下两个方面来分析钢筋混凝土结构。
2.1结构高度的控制
超高现象是在进行高层建筑钢筋混凝土结构设计时经常出现的问题,这就在很大程度上影响到建筑的抗震性能,而且建筑的高度不同,其设计的形式是不一样的,所以当高层建筑钢筋混凝土结构的高度改变时,特别是当它出现超高问题时就要进行结构系统的重新设计。
2.2结构体系的选择
在高层建筑外形设计工作中,现代的高层建筑没有传统建筑那么严格,但为了保证建筑物的强度和稳定性,必须要确保钢筋混凝土结构的全方位优化下,建设工程的设计有着十分关键的影响,以建筑物的结构为基础,良好的制度建设才能够更好的保证高层建筑的施工质量。
3抗震设计基本原则
3.1科学化选取
地基和场地空间为了保证高层建筑今后的安全稳定,有必要选择较好抗震性能的建筑场地。要做到由于特殊的情况很难避免地震灾害时,能够有计划开展妥善化抗震方案,并且在此基础上,能够做到对高层建筑构架地震周期的精确计算,并保证其周期同场地相分隔,避免地震灾害的共振引起建筑物不同构造单元的破坏情况。
3.2标准化设计
针对高层结构架构开展抗震规划控制前期,要保证高层建筑抗震架构类型的正确选择,同时在设计工作中注重抗震安全和经济性指标的顺利贯彻结果。其具体方式为:根据高层建筑的结构设置不同的抗震线路,避免因某些部位的的功能减退导致结构整体崩溃的危机,丧失其自身应该具备的抗震潜能。因此,在设计这类建筑时,要尽量保持结构强度、刚度、变形三者之间的协调配合情况。
3.3全方位设置不同类型
根据以往的地震防御认证的调查发现,在这部分结构抗震设计过程中,需要在对内外环境因素同步掌控的基础上,留有余力广泛布置出一些区域;其次就是能够提供具备针对性的延性和刚性的支撑条件给核心能耗部件,确保只要发生巨大的地震灾害时,在这一部分防线能够吸收和耗散大部分的地震能量,最终大大提高高层建筑结构的抗震稳定性,避免后期重复衍生严重的倒塌和人员伤亡、财产损失等问题。
4建筑结构抗震延性设计
4.1保证建筑结构的规则性
高层建筑在前期设计过程中,我们的设计人员要基于建筑性能综合考虑,结合建筑实际要满足的需求,来科学、合理的设计相关功能,并规划出建筑工程平面,与此同时,我们的设计人员还要考虑当地地理因素,以最大程度的满足业主自身需要为基础来完善相应工作。对于高层建筑,这几点就显得尤为重要,因此,在设计和施工阶段,必须要切实的保证建筑的扭转刚度在规定的设计要求之内,还要尽可能的去避免因结构扭转造成的建筑物抗震性和安全性受损的影响。还要值得注意的就是,相应的建筑结构一定要保证很好的对称性和均匀性,这就需要更加合理的布置每个剪力墙,及时的注意到建筑结构的薄弱点,避免在特殊情况时导致的建筑物损坏,甚至坍塌的风险。众所周知,如果对于高层建筑,如果出现意外倒塌,会严重危害人们的生命和财产安全。所以,对于我们的设计人员来说,就要不断提高自身素质,重视到高层建筑在地震时的各种反应,并结合实际情况做好理论分析,避免在建筑体应力变化时,导致的建筑体内部结构严重破坏的影响,将这种影响降到最低。
4.2正确认识高层建筑的受力特点
本质上高层建筑是竖向的悬臂结构,竖向荷载主要是结构的轴向力与建筑物的高度成线性关系,水平荷载导致结构产生弯矩。从这个角度出发,竖向荷载的受力基本上是不变的,但是水平荷载可能来自任何方向,并且随着建筑高度的增加而增加,如果水平荷载为均布荷载,那么弯矩与建筑的高度呈二次方变化,建筑高度的横向位移为四次方变化。因此,水平荷载的影响远大于竖向荷载的影响,在剪力墙设计中,一定要让侧向变形控制在结构变形的允许范围内。
4.3选择合理的结构布置
高层建筑的结构类型要符合建筑使用功能的要求,尽量做到经济、合理的施工,建筑物的各项建筑要求如层高、进深和体型要满足使用要求,尽量使用标准层,统一柱网安排。高层建筑最重要的就是位移控制,除了整体平面变化和结构刚度的变化外,必须考虑能够使位移减少的结构。在结构安排上,应考虑结构的整体刚度,使整体构件受力均匀,同时应加强结构的整体高度,选择合适的形状,尽量采用刚度大的方形、圆形、矩形等建筑,有效将抗震建筑的规模和结构结合起来。
5结束语
在我国,高层建筑结构抗震设计是建筑工程一个非常重要的组成部分,直接关系到整个建筑的安全应用。所以,这就对于我们的设计人员提出了新的要求,在设计前期,必须要严格遵守我国对于建筑物的相应规章制度,要运用各种科技手段,科学合理的计算建筑结构设计的各项数据和指标,尽可能采用目前先进的基于性能的超限高层建筑结构抗震设计,以此来不断提升我们国家对于高层建筑安全性的设计要求,为高层建筑技术的应用和发展打下坚实的基础。
参考文献:
[1]杨靖.浅析钢筋混凝土框架结构延性抗震设计[J].中华民居,2013(30):104~105.
[2]金荣娟.基于安全储备的钢筋混凝土框架结构抗震设计[J].山西建筑,2011,37(3):29~31.