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高層建筑結(jié)構(gòu)和超高層建筑設(shè)計方法的論文
【摘要】本文鑒于現(xiàn)如今復(fù)雜的高層和現(xiàn)有的超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所顯現(xiàn)的問題,敘述了如何確定一套良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,這其中有對于結(jié)構(gòu)方案的確定和結(jié)構(gòu)類型的確定,并且對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要注意的點進行了討論,從理論研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計的實踐經(jīng)驗來看,想要確保復(fù)雜高層和超高層建筑的安全性能,諸多的工作需要完成還等著我們完成。希望能夠給復(fù)雜的高層及超高層建筑建設(shè)提供一些理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】超高層建筑;復(fù)雜的高層建筑;結(jié)構(gòu)類型;設(shè)計
近幾年隨著我國市場經(jīng)濟的發(fā)展水平的日漸提升,社會對于復(fù)雜高層和超高層建筑的需求量也日益增加。與此同時,復(fù)雜高層和超高層建筑項目的設(shè)計過程也變得越來越復(fù)雜,特別是在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,因為結(jié)構(gòu)設(shè)計的良好與否決定著建筑物使用的安全性與經(jīng)濟性。對復(fù)雜的高層建筑或超高層建筑來說,我們需研究它們各自所能承載的不同強度來進行單獨的抗震設(shè)防烈度的設(shè)計。
1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的選擇
(1)在進行復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)和超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計過程時的結(jié)構(gòu)方案遴選的合理與否決定著施工質(zhì)量的好壞。在遴選復(fù)雜的高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)方案時,必須按照項目的實際情況進行選擇,否則就會很容易導(dǎo)致在項目的后期建設(shè)中的再調(diào)整。因此便對復(fù)雜高層建筑和超高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出了新的難題,繼而給建筑的設(shè)計單位帶來的大量的經(jīng)濟損失和修改工作量。所以,在選擇復(fù)雜高層建筑或超高層建筑的結(jié)構(gòu)方案時,應(yīng)將所學(xué)到的建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)專業(yè)知識與實際情況完美的融合,并充分的應(yīng)用在設(shè)計里面。在進行結(jié)構(gòu)類型的選擇時,不光工程建設(shè)巖土工程地質(zhì)條件需要認(rèn)真規(guī)劃,抗震設(shè)防烈度也應(yīng)該在設(shè)計人員的規(guī)劃范圍之內(nèi),通過這種方式我們可以減低工程施工企業(yè)復(fù)雜高層建筑和超高層建筑的工程造價。從以上論述不難看出,工程造價的多少與施工的合理性在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計類型的選擇時都應(yīng)多加用心。(2)結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)類型選擇的類型選擇的關(guān)鍵點在于復(fù)雜高層和超高層建筑的概念設(shè)計。通過諸多的實踐經(jīng)驗我們總結(jié)出,在進行復(fù)雜高層建筑和超高層建筑設(shè)計時,我們應(yīng)盡力改善施工結(jié)構(gòu)的規(guī)則性和一致性,確保建筑工程結(jié)構(gòu)的力的傳導(dǎo)途徑能直接明朗的展現(xiàn)出來,特別是結(jié)構(gòu)垂直和橫力抵抗力的傳導(dǎo)途徑。如今建筑業(yè)正在迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)也在不斷更新,研究人員應(yīng)該逐步將目光轉(zhuǎn)移到如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的建設(shè)目標(biāo)當(dāng)中。
2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點
(1)確保建筑物能夠安全使用的關(guān)鍵設(shè)計內(nèi)容之一就是抗震設(shè)防烈度設(shè)復(fù)雜高層與超高層建筑抗震設(shè)防烈度的設(shè)計。設(shè)計人員在進行復(fù)雜的高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)按照不同建筑承載的強度來進行抗震設(shè)防烈度設(shè)計工作。但是,不同的建筑物的高度是不一樣的,這就使說設(shè)計師在結(jié)構(gòu)設(shè)計時,要根據(jù)不同的施工實際情況做出不同的設(shè)計。在正常情況下,復(fù)雜高層建筑和超高層建筑高度均大于300m,所以進行結(jié)構(gòu)的設(shè)計時,抗震設(shè)防烈度為“Ⅷ”的區(qū)域便不再適合復(fù)雜高層建筑和超高層建筑,它們更適合于在的抗震設(shè)防烈度為“Ⅵ”的地域建設(shè)。這樣不難得出,當(dāng)我們設(shè)計復(fù)雜的高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)時,需全面考察抗震設(shè)防烈度的具體施工情況。在這樣做的時候,既可以很好的地降低施工的誤差,又能給居民的生活財產(chǎn)安全一定的保障。另外,要想提高建筑物的經(jīng)濟性和安全性,便需要提高復(fù)雜高層建筑和超高層建筑結(jié)構(gòu)地震技術(shù)的設(shè)計水平,這樣就能在一定程度上,提升建筑物的安全性和經(jīng)濟性。理論研究和實踐證明,選擇合理的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系,能夠有效保證高層及復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)的安全性。我在多年的工作實踐中歸結(jié)出一個表格用于高度與橫向力抵抗力的對照(表1)。所以設(shè)計者應(yīng)多注重細(xì)節(jié)問題,貫徹“以人為本”的設(shè)計思想。只有這樣,才能更好地確保人民群眾的生命和財產(chǎn)安全。(2)復(fù)雜高層與超高層建筑水平振動舒適度是建立“以人為本”結(jié)構(gòu)設(shè)計理念的重要基礎(chǔ)。按照普通的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法來看,復(fù)雜高層和超高層建筑的結(jié)構(gòu)是相對較柔軟的。在大部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案里,不光要達(dá)到建筑物使用人對舒適度的需求,更要確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性。因此便對復(fù)雜高層建筑和超高層建筑的混凝土規(guī)程和高鋼規(guī)程提出了具體的設(shè)計規(guī)范。這樣才能更好的使高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計到達(dá)最大順風(fēng)和橫風(fēng)向頂點的最大加速度。分析結(jié)構(gòu)的舒適度是復(fù)雜高層建筑和超高層建筑的關(guān)鍵設(shè)計內(nèi)容之一,具體組成有以下兩個部分:①在設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物時,其最佳設(shè)計阻尼比為0.05;②在設(shè)計混合結(jié)構(gòu)或者鋼結(jié)構(gòu)時,其最佳阻尼比應(yīng)在0.01~0.02之間,具體應(yīng)根據(jù)實際的施工項目情況決定。另外,不同用途的復(fù)雜高層建筑和超高層建筑的水平振動指標(biāo)限值也不同,例如公共建筑和公寓類建筑的差異便十分明顯,這邊要求設(shè)計師具備根據(jù)建筑的用途不同進行針對性的設(shè)計,這里我們可以適當(dāng)改善TMD和TLD技術(shù),這樣便可以實現(xiàn)針對不同建筑的設(shè)計。這時,即便復(fù)雜高層建筑和超高層建筑的水平振動舒適度不達(dá)標(biāo),我們也可以做后續(xù)的改善和提高。(3)工程的可施行性是在設(shè)計復(fù)雜高層和超高層建筑時一定要思考的問題,不然的話,不管你設(shè)計的多么合理,所用的前沿科技多么多,也不能達(dá)到建設(shè)的實際需求。所以,在進行設(shè)計時,設(shè)計師要做到將鋼材的傳力效果及復(fù)雜節(jié)點部位的鋼筋可靠度、施工建設(shè)的可操作程度進行全方位考慮。同時也成為在進行復(fù)雜高層建筑和超高層建筑的設(shè)計時設(shè)計師必須要面臨的問題。若要處理好型鋼和混凝土柱梁節(jié)點處相交的問題,可采取下面四種辦法來進行有針對性的設(shè)計:①焊接鋼筋和其表面處的加勁板;②使鋼筋繞過型鋼;③在鋼板上開洞用這樣的方法來穿鋼筋;④通過于型鋼和其混凝土柱梁節(jié)點的表面處焊接連接套筒、鋼筋。
3超高層建筑實例
3.1美國獨特貝殼廣場建于1970年,高217.6m,是一座52層的辦公大樓,是那個年代最高的鋼筋混凝土大樓,它的地基在六百多米內(nèi)大部分為粘性土,要求結(jié)構(gòu)體系必須使整棟建筑最大程度的節(jié)省經(jīng)濟。這座大樓的結(jié)構(gòu)體系大致是這樣的:上面的部分采取鋼筋混凝土筒中筒,用剪力墻內(nèi)墻和間距1.83的外柱混凝土筒框構(gòu)成。這是混凝土與框架一起作用于結(jié)構(gòu)的發(fā)展。3.2西爾斯大樓1974年美國芝加哥建成443m高(加上天線達(dá)500m)110層的西爾斯大樓(圖2),當(dāng)時世界最高的建筑,紐約的世界貿(mào)易中心大廈(412m,110層)只能讓位,退居第二。大樓由9個標(biāo)準(zhǔn)方形鋼筒體(22.9m×22.9m)組成。該結(jié)構(gòu)由SOM設(shè)計。建筑師為FazlurKahn。建造到52層減少2個簡體,到67層再減少2個簡體,到92層又再減少3個簡體.到頂部變成2個簡體。這種獨特結(jié)構(gòu)的確引人人勝。它是多筒結(jié)構(gòu)中的巨型結(jié)構(gòu),每一個筒體都是單獨簡體,本身具有很好的剛度和強度,能夠單獨工作。必須指出:這種逐步減少的單筒結(jié)構(gòu),最好對稱于建筑物的平面中心,減少偏心。同時,這種把上部結(jié)構(gòu)的某些單筒適當(dāng)減少,可減小高層建筑上部的受風(fēng)面積。并且擾亂大氣氣流.使產(chǎn)生的渦流對高層建筑的搖擺振動減小。從而有效地減小風(fēng)力產(chǎn)生的側(cè)向移動,因此。多筒結(jié)構(gòu)往往采用這種方法。3.3金貿(mào)大廈金貿(mào)大廈(如圖3)位于上海浦東陸家嘴金融貿(mào)易區(qū),為“東方明珠(OrientalPear1)電視塔”和正在建造中的上海環(huán)球金融中心(高度492m,101層)相鄰。它是一座88層402.5m高的綜合性大樓,裙房6層。1998年建成后成為中國建筑第一高,世界第四高的超高層建筑。主樓的上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土核心筒與鋼結(jié)構(gòu)外框架結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)體系。主要由核心筒、外框架、巨型鋼桁架和樓板組成。核心筒的平面八角形,外包尺寸27m×27m。53層以下有井字形內(nèi)墻,分隔成九格;53層以上無中間隔墻,為一個空心鋼筋混凝土筒。外框架在主樓四側(cè)各有二根斷面為1.5m×5.Ore巨型勁性鋼筋混凝土柱,由框架鋼柱與鋼梁與其相連,形成環(huán)抱核心筒的外框架。巨型鋼桁架是超高層建筑內(nèi)筒與外框之間傳遞水平力與協(xié)調(diào)變形的重要構(gòu)件,分別設(shè)在24~26層、51~53層和85~87層。
4結(jié)束語
總的來說,復(fù)雜高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點是在把抗震設(shè)防烈度,結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)類型,結(jié)構(gòu)舒適程度以及施工的具體情況和過程等因素考慮在內(nèi)的同時,還要盡全力提升建筑構(gòu)建的利用率和結(jié)構(gòu)設(shè)計的可施行性。因此,要想對復(fù)雜高層和超高層建筑的各個方面進行良好的設(shè)計,必然要求設(shè)計人員對工程有一個全面的了解。
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