高层建筑混凝土结构设计分析贺冉 杨冬冬 姬丽苗 张驰 杨鹏

发表时间:2020/7/15   来源:《建筑实践》2020年第6期   作者:贺冉 杨冬冬 姬丽苗 张驰 杨鹏
[导读] 随着城市化进程的加快,大型建筑的数量也在迅速增长。
         摘要:随着城市化进程的加快,大型建筑的数量也在迅速增长。高层建筑比普通建筑更复杂,也更难设计。由于高层建筑的横向位移速度相对较高,在设计中应保证高层建筑的结构强度和刚度,并不断改进高层建筑的混凝土结构。设计师应该认真考虑哪些因素影响混凝土结构楼房高,并在此基础上,优化和完善计划计算,确保建筑结构的强度和刚度满足规范的要求,提高建筑结构的整体性能,并有效延长建筑物的寿命。
         关键词:高层建筑;混凝土结构;设计;
由于现代社会和经济的快速发展,越来越多的高楼正在拔地而起。高层建筑的混凝土结构施工设计有其特殊性。为了避免一些高层建筑可能出现的问题,有必要对高层建筑的实际设计水平进行特征分析。提高了高层建筑工程结构和设计的质量水平,使高层混凝土结构设计的整体应用效果合理化。
一、高层建筑混凝土结构设计要求
         1.安全。首先是安全,在安全方面,最重要的是确保建筑物在使用过程中的安全。相关技术人员和施工人员应详细考虑建筑物的承载力、刚度等方面。最重要的是要确保建筑物能够应对突发事件,在发生突发事件时能够保持稳定,不会发生倒塌等重大安全事故。
         2.可靠性。可靠性是指建筑物在一定时期内所能保证的容量、强度等,以确保建筑物在其使用寿命内的性能不会显著下降。每个建筑都有一个指定的使用寿命,一旦达到指定的使用寿命,就必须停止使用,因为建筑的可靠性已经大大降低,并且不适合居住。
         3.适用性。建筑必须保证居民的正常生活,这就是建筑的适用性,技术和施工者必须确保建筑在使用时不会开裂或变形,以保证居民的正常生活和安全。
二、高层混凝土结构设计要点
         1.合理的横向阻力结构选择。抗侧力结构体系的合理选择是保证建筑水平抗震性能的关键。在实际工程设计过程中,需要综合考虑建筑物的功能、结构高度等因素,选择合理的侧向力体系。(1)对于结构高度小于50m且对建筑空间要求较高的建筑,可以选择框架结构作为抗震体系,充分利用框架结构的柔性空间。(2)对于高度在100m左右的高层住宅,可选用剪力墙结构。结构刚度越大,水平位移越小,建筑安全性和舒适性越高。(3)对于楼层高度和建筑空间较高的建筑,特别是办公建筑等公共建筑,可以选择框架剪力结构和框架筒结构,以保证结构的侧刚度同时满足建筑的功能要求。
         2.考虑建筑物的结构设计和布局,合理布置结构平面。高层建筑的结构布置对其抗震性能有很大的影响。在建筑结构设计中,必须符合抗震设计的有关原则。科学实验和历史经验告诉我们,普通,简单的和对称的建筑结构有利于加强建筑物的抗震能力,消耗地震释放的能力,削弱地震的扩展,以减少地震造成的破坏建筑。因此,在建筑结构设计中应遵循抗震设计的理念来进行,以便在满足建筑需要的基础上选择规则的平面结构,提高结构的抗震性能。
         3.选择一个合理的基础类型。高层建筑的地基承受着从上部结构传下来的结构荷载,是高层建筑最重要的组成部分。地基形式的选择受地质勘探资料、上部结构荷载等多种因素的影响。基础形式的选择是否合理,关系到建筑的基本安全和正常使用,影响结构本身的施工成本,需要从多个基础方案进行比较。
         4.加强薄弱层设计。高层建筑薄弱层的设计是高层建筑设计的关键环节。在强震作用下,软弱层容易发生屈服,产生较大的变形,影响结构的安全。结构薄弱层的设计应提高结构的整体安全性。当高层结构具有以下条件时,我们认为结构存在结构薄弱层:竖向结构刚度不连续,楼层刚度比小于规范要求。抗侧力结构的抗剪承载力突然发生变化。

当弱层设计,有必要把地震力的放大调整系数,和设计的组件弱层的地震力,以保证薄弱层的安全储备,提高其抵御地震灾害的能力。在增强结构抗震能力的同时,还应采取加固措施,提高结构的抗侧力能力。
         5.转换层结构设计。高层建筑底层往往对建筑空间有很高的要求,这就要求在结构设计中采用转换结构。在进行混凝土结构转换层的高层建筑设计过程中,需要注意转换层垂直结构的合理设置,上下地面的剪力墙的数量比例,为了解决建筑的垂直刚度突变结构组件,如果不能合理设置的内部结构,高层建筑竖向刚度的变化将会导致受地震不利的薄弱环节,影响到高层建筑整体结构的程度。混凝土结构转换层的高层建筑设计过程中,最应当遵循的原则是上和下的转换层的刚度的比例严格控制的两个部分,基于刚度比例控制,使整个建筑的垂直组件可以晋升为抵抗侧向力,为了降低整体建筑竖向构件的刚度可变性,这样,整个高层建筑的混凝土结构的完整性、刚度比和位移比都可以满足规范的要求。混凝土结构转换层的高层建筑设计过程中,也应通过设计使垂直构件相对减少上高层建筑施工,以减少转换层结构的刚度差异,有效避免混凝土结构转换层的刚度分别从而实现高层建筑转换层混凝土结构难以达到的抗震功能,使高层建筑的抗震要求得到最大的满足。
三、高层建筑混凝土结构的计算与分析
         1.结构总体计算的软件选择。随着科学技术的不断发展,特别是计算机信息技术的出现,现在的高层建筑在施工前就会使用相应的软件对项目的整体结构进行计算。然而,由于高层建筑之间的巨大差异,不同地区、不同环境下的高层建筑施工也各不相同,因此,计算机模型往往会出现错误。为了保证模型的准确性和科学理性的建筑,数学模型在计算机内存的使用设置和数据计算必须安排专业技术人员,专业技术人员可以根据自己的经验和知识的计算机数据模型给出的判断,这大大提高计算机对高层建筑结构计算的准确性。
         2.几个参数在结构的整体计算中。(1)剪切重量比。这是一个非常重要的数据,它可以将各个楼层的地震剪力控制在一个合理的范围内,保证整个建筑的安全稳定。如果计算机输出的剪切重量比过小,则有必要考虑设计机构的位移和结构稳定性是否不满足要求,导致剪切力过小,因此相应的结构应进行调整。如果剪力比过大,则需考虑剪力墙的刚性设计是否过大,或相关数据的输入是否存在误差。(2)刚度比。该数据主要影响竖向结构刚度的突然变化,以保证墙体的稳定性。(3)位移比。良好的位移比可以防止建筑结构的扭转,在规划布局时应保证质心与刚体中心重合。(4)周期比例。在循环比控制方面,应根据不同的楼层高度区别对待。a级高层建筑应控制在0.9以下。B级建筑物应保持在0.85以下。
         3.非结构构件的计算与设计。目前,人们对建筑的美观有了越来越高的要求。因此,一些不属于建筑结构的装饰构件出现在大多数高层建筑中。这些构件在整体施工中还应考虑相应的承重和稳定性。高层建筑本身受风、地震等因素的影响,在一些突发事件中,用于装饰的构件容易出现危险情况。因此,相应的施工设计人员应设计出科学合理的方案,以保证各装饰构件的安全稳定。
         4.建筑物结构的周期性缩减系数。填充墙是一个特殊的高层建筑的一部分,已经成为常用的框架结构和屋顶结构,填充墙可以增加结构的刚度和相应的期间,为了确保整个建筑结构的安全与稳定,相应的设计和施工人员根据剪切力的大小适当调整周期,以确保整个建筑的稳定性。在框架结构中设置填充墙时,应适当降低周期系数。还原系数应根据实际情况和以往经验确定,一般在0.6-0.7之间。如果在填充墙的施工中使用轻质砌块或整体轻质墙板,则应增加相应的减系数。
结束语:
总之,高层建筑混凝土结构设计必须引起设计者的高度重视,抓住设计的关键点。在保证建筑结构质量和安全的基础上,采用先进的技术手段和结构措施,不断优化设计方案,不断提高高层建筑混凝土结构的设计水平。同时,要注重新技术、新材料的应用,根据实际情况选择最佳方案,为后期施工提供科学指导,促进建筑业健康稳定发展。
参考文献:
[1]赵海峰.高层建筑混凝土结构抗震设计探讨.2019.
[2]王海平.分析高层建筑钢筋混凝土结构设计问题.2018.
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