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广东深圳专业医用电子产品外观工业产品设计高层建筑结构设计要点
-高层建筑结构设计要点
2019/02/17
由于城市土地面积的有限性,建设高层建筑已经成为提高土地综合利用率的重要手段。
随着技术手段的不断进步,建筑的高度纪录被不断刷新。
高层建筑设计是一个专业化系统化的工程,因此需要由专业的设计人员来完成。
在设计过程中,设计者要注重设计的各项客观性指标是否符合建筑物设计标准,同时再加入一些必要的主观性需要,只有综合考虑到各方面因素后再进行建筑设计,才能展现出一件成功的设计作品。
本文分析了高层建筑结构设计要点。

  关键词:高层建筑;结构设计;要点;
  中图分类号: TU208 文献标识码: A
  引言
  城市建设进程的加快,大量人口涌入到城市当中,城市用地呈现非常紧张的局面,在这种情况下,高层建筑项目得以快速发展起来。
高层建筑由于其垂直高度较大,而且结构较为复杂,需要具有良好的承载力和抗震性,所以对于建筑材料、施工技术和结构设计具有越来越高的要求。
特别是目前高层建筑结构开始向复杂化和多样化的方向发展,这就给结构设计师带来了更大的挑战。

  1、高层建筑结构设计特点
  1.1、侧移成为控制指标
  与较低楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素.随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

  1.2、轴向变形不容忽视
  高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大,还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整,另外对构件剪力和侧移产生影响。

  1.3、结构延性是重要设计指标
  相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。
为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。

  1.4、水平荷载成为决定性因素
  建筑物自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑物高度成线性关系。
而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖向构件中引起的轴力,是与建筑物高度的一次方成正比。
另外,对某一定高度建筑物而言,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

  2、高层建筑的结构体系
  2.1、框架结构的选择
  框架结构的高度局限有一定的限制,在一些高烈度地区进行限值的规范时,由于构件的截面区域相对较大,因此其实用性相对较差,不满足经济性原则,也无法与国家规定的多道设防的理念相一致,因此这就导致了剪力墙体系的产生。
框架剪力墙体系与我国现行规范的多道设防理念相一致,并有效提高了建筑的承载力,增强了其韧性和刚度,在满足基本的使用需求的同时,也极大的优化了整体的性能。
只需要在建筑物的适当位置增加一定的剪力墙,就可以有效提高高层建筑在水平和竖直方向上的荷载力,增强了刚度需求,使其更好的满足规范化和科学化。
在水平方向上所承受的荷载力的作用下,框架剪力墙与刚度较强的楼板和连续梁结合在一起,构成了相互合作的结构体系。

  2.2、剪力墙体系
  高层建筑物的受力结构全部都是由剪力墙结构所代替的,在该体系中,剪力墙在建筑结构中承受的是整个建筑结构中所有的来自水平方向和垂直方向上荷载作用力。
剪力墙结构体系在产生位移的时候所呈现出来的曲线形式为弯曲型。
在剪力墙体系之中,其拥有诸多显著的优点,而且其强度与刚度也相对较好,在进行力的传递时,则相对的均匀,其整体性较好,故而在剪力墙体系中,其所出现的建筑工程倒塌现象较为少见,这也间接的推动了剪力墙体系在高层建筑工程中的普遍运用和发展,其能建高度相对较大。

  2.3、避难层的设计
  对于高层建筑来说,避免场所(层)的设计可以说十分有必要,避难层设计的主要原因是考虑到在高层建筑发生火灾、地震等诸多不安全因素时,可以有效对高层建筑中的人群加以保护。
因此这就需要避难层的空间相对较大,通风性能优良。
综合关于对避难层设置的相关规定来看,第一层与避难层之间需要控制在十五层之间,对于避难层的面积设计需要满足基本的避难需求,此外还要在避难层附近设置相应的消防电梯,同时配备较为完善的消防设备。

  3、高层建筑结构设计要点
  3.1、基础设计问题
  地基是建筑施工的基础,建筑设计人员在高层建筑结构设计的过程之中需要首先全面了解建筑地基,分析好建筑结构和建筑环境,结合好环境和施工,切实提高建筑结构设计在施工过程中的可实行性。
我国国土辽阔,建筑环境迥异,地质情况也各有不同,所以,设计人员需要深入研究地质状况,确保施工的顺利进行。
建筑结构设计人员需要首先勘探水位,进一步综合考虑地质数据、上层结构类型、使用功能和施工条件。
再者,设计者还需要研究周围建筑环境的安全度,从而观察建筑物倾斜或者沉降情况。
最后,设计人员还需要了解建筑物设置位置和标高,分析建筑施工的科学性,从而确保建筑工程施工的顺利进行。

  3.2、水平荷载问题
  垂直荷载、风力产生的水平荷载、地震抵抗力等都是在建筑工程施工的过程中能够影响到建筑质量的因素。
水平荷载是建筑结构设计的主要控制因素,其对建筑质量发挥着决定性的作用。
建筑结构设计人员需要分析水平荷载的方向和大小,预防、控制水平荷载可能会导致的高层建筑结构问题,加强对建筑结构的强化效果,从而减少水平荷载导致的建筑结构问题。

  3.3、结构延性问题
  在地震的作用下,高层建筑结构因具备很好的柔和性,会形成很大的变形。
为了提高其抗震性能,设计人员需要强化对建筑结构塑性形变,确保其具备较好的抵抗变形能力。
在高层建筑结构设计的过程中,对高层建筑结构进行合理的强度强化,合理处理高层建筑边角和底座等部分,确保其具备充足的延性,从而加强高层建筑的安全性和稳定性。

  3.4、结构选型问题
  高层建筑结构所选用的施工工艺不仅在很大程度上影响着建筑施工材料的消耗,还影响着工期和建筑质量。
所以,在进行高层建筑结构选型的过程中,设计人员需要全面控制建筑结构体系,合理选取建筑结构的工艺。
在进行结构选型的过程中,设计人员需要对高层建筑结构平面和里面进行全方位的控制,优化单独架构的控制效果。
完善建筑结构力学分析,确保建筑施工的受力效益和特性,设计高层建筑结构的选秀概念阶段,确保高层建筑施工的经济效益。
高层建筑结构设计人员需要对选型环境和施工效果等进行充分的考虑,提高建筑结构的综合经济效益和社会效益,避免出现工程资源浪费现象。

  3.5、抗震及连梁问题
  在进行高层建筑抗震设计的过程之中,一般情况下,高层建筑不使用单纯的框架结构体系,而是会选取框架一剪力墙、剪力墙、筒体结构等来实现对自身结构的加固,提高其抗震性能。
这以上方法可以有效地提高对地震的抵抗效果,从而提高建筑结构的经济性。
在框架-剪力墙结构中,设计人员可以降低连梁的刚度,折减刚度系数。
如果在折减之后,建筑结构仍然无法满足设计的需要和设计要求,设计人员可以适当内调幅连梁,然而在实际调幅的过程中,还要保证调幅力度应低于20个百分点。

  4、高层建筑设计中应注意的问题
  4.1重点加强结构延展性设计
  由于高层建筑物高度较高,地震发生时更容易受到影响,可能出现变形、倒塌等问题,因此,结构设计方面必须加强其结构柔和度,在设计过程中需要着重对结构实施特别的工艺和方法,使结构能够发挥良好的延展性、弹性功能,这样才能有效克服地震灾害后的变形等问题。

  4.2积极重视轴向变形问题
  由于高层建筑物是在竖直方向较大,因此其所承受的竖向载荷也较大,这难免会对连续梁弯矩带来巨大负担,容易造成柱中轴向变形类似问题,可能引发跨中正弯矩与端支座负弯矩值上升,同时,也可能对侧移、构建剪力等带来不良危害,引发诸多结构不安全的问题,特别是预计的下料长度要参照轴向变形的数值范围来科学加以计算、变化和调整。

   4.3科学设计水平力
  对于高度较高、楼层数较多的高层建筑,必须将水平力设计纳入特殊考虑范围,虽然这类建筑的竖向载荷力与结构密切相关,然而,水平载荷的影响却也是不可忽视的,甚至可以说是这种影响是决定性的,这是因为水平载荷能够对结构带来某种倾覆力矩与轴向力,而且相对已经确定下来、静态的竖向载荷,水平载荷则会根据建筑物结构的变化而变化,可见水平力设计的重要性。

  结束语
  高层建筑的发展提高了城市的土地利用率,增加了人们的活动空间,促进了城市更好地发展。
但是,我们也必须深刻的认识到,无论技术多成熟,对建筑设计质量的要求不能放松。
现在有些设计片面追赶时尚,单纯注重外表的独特性而忽略了建筑结构的稳定性和安全性,必须引起我们的注意。
我国现今的建筑理论研究方面还有不足,因此结构设计不应该仅凭脑子想和书中学,而是应该结合实际,在实践中不断的学习和进步。
只有这样,才能保证人们的居住安全,促进建筑行业的持续良好发展。

  参考文献
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  [2]郑日男.高层建筑结构设计要点探讨[J].中华民居,2011,06:52-53.
  [3]宗光国.高层建筑结构设计要点分析[J].科技创新与应用,2013,08:211.
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