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注册建造师职称论文高层建筑设计方向范文

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  摘要:随着科技的进步与发展,高层建筑已逐步成为城市发展的标志,为了保证人民的生命财产安全,这就对注册建造师提出了更高的要求。本文发表在《中华建设》上,是注册建造师职称论文范文,文章对高层建筑体系的特点进行了分析,并结合高层建筑结构设计的特点,进而阐述了高层建筑结构设计的相应措施及细部设计。

  关键词:高层建筑 结构设计 要点分析

  前言

  随着社会经济的发展,高层建筑已经逐渐进入到了人民的生活当中,并在全国各地大量兴建了许多的高层建筑特别是高层的商住楼的数量,从其建筑结构上看大多采用钢筋混凝土的框架剪力墙结构,现在提倡的是“节约型”社会,建筑节能已成为全社会的共识,因此。在设计上优化建筑结构,降低建筑的成本受到业界的关注和重视。但如何实现优化高层建筑的结构设计.成为广大设计师不断研究探讨的课题。

  1.高层建筑的受力性能分析

  针对一个建筑物的最初的方案设计,建筑师要考虑更多的是它的空间组成特点,而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的,由于建筑物是由一些大而重的构件所组成,因此结构必须能将它本身的重量传至地面,结构的荷载总是向下作用于地面的,而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系,所以,在建筑设计的方案阶段,就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想。

  一般而言,低层、多层和高层建筑,竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的,但是,随着高度的不断增加,竖向结构体系成为设计的控制因素,其原因有两个:①较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒;②侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比,侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的,而随建筑高度的增高迅速增大。高层建筑结构的受力特点与简单的竖向悬臂构件的受力特点是相似的。在所有条件相同时,在风荷载作用下,建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比,而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比,地震的作用效应更加明显。在高层建筑中,问题不仅仅是抗剪,而更重要的是整体抗弯和抵抗变形,可见,高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。

  2. 高层建筑结构设计中的扭转问题

  建筑三心分别为建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心,在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点,即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一,在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏,应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局,尽可能地使建筑物做到三心合一。

  在水平荷载作用下,高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单规则平面形式。在某些情况下,由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制,高层建筑不可能全部采用简单规则平面形式,当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时,应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内,同时,在结构平面布置时,应尽可能使结构处于对称状态。因为非对称的几何平面建筑,往往会引起质量中心和刚度中心的偏心,导致扭转振动及各部分联接处应力集中,平面长度过长的建筑可能出现两端振动不一致使建筑物破坏。

  3. 关于高层建筑结构设计中的侧移和振动周期

  一般建筑结构的振动周期问题包含两方面:

  (1)合理控制结构的自振周期;

  (2)控制结构的自振周期使其尽可能与场地的特征周期错开。

  3.1 高层建筑结构的自振周期

  对于比较正常的工程设计,其不考虑折减的计算自振周期( )大概在下列范围内:

  框架结构: =(O.08~0.15)N

  框架一剪力墙结构和框架一筒体结构: =(0.08~0.12)N

  剪力墙结构和筒中结构: =(O.04~0.05)N

  N为结构层数。

  结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内:第二周期: =(1/5~1/3) ;第三周期: =(1/7~l/5) 。而对于比较均匀的结构,振型曲线应是比较连续光滑的曲线,不应有大进大出,大的凹凸曲折。在计算时如果计算结果偏离上述数值太远,应考虑工程刚度是否太大或者太小,必要时调整结构截面尺寸,检查剪力墙数量是否合理,应适当做出相应的调整。

  3.2 高层建筑的共振问题

  遇到建筑场地发生地震时,如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近,建筑物和场地就会发生共振。因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期,通过调整结构的层数,选择合适的结构类别和结构体系,扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别,避免共振的发生。

  3.3 水平位移特征

  一般情况下,当水平位移满足《高层规程》的要求,并不能说明该结构是合理的设计。同时还需要考虑周期及地震力大小等综合因素。因为结构抗震设计时,地震力的大小与结构刚度直接相关,当结构刚度小,结构并不合理时,由于地震力也小,所以结构位移也小,位移在规范允许范围内,此时并不能认为该结构合理,因为结构周期长、地震力太小,并不安全;其次,位移曲线应连续变化,除沿竖向发生刚度突变外,不应有明显的拐点或折点。一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型;框架结构的位移曲线应为剪切型;框一剪结构和框一筒结构的位移曲线应为弯剪型。同时我们将个层位移连成侧移曲线,具备以下特征:

  (1)剪力墙结构的位移曲线具有悬臂弯曲梁的特征,位移越往上增大越快,成外弯形曲线。

  (2)框架结构具有剪切梁的特点,越向上增长越慢,成内收形曲线。框架一剪力墙结构和框架一简体结构处于两者之间,为反S形曲线,接近于一直线。

  (3)在刚度较均匀情况下,位移曲线应连续光滑,无突然凹凸变化和折点。

  4. 高层建筑的结构的优化设计

  高层建筑的结构设计中的形状优化比尺寸优化更有意义。在高层建筑的一个独立结构单元内.宜使结构平面形状简单、规则,刚度和承载力分布均匀,平面长度不宜过长,突出部分长度也应不宜过大。

  高层建筑的坚向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收,结构的侧向刚度宜下大

  上小,逐渐均匀变化,不应采用竖向布置严重不规则的结构。相信大部分的结构工程师都曾

  遇过类似情况.当一幢高层建筑的结构平面布置和竖向布置简单、规则、均匀,那么其各项

  指标的校核验算会很容易满足规范的要求,反之,则需花一番苦功才能令各项指标勉强满足

  规范要求。结果可能是墙柱截面尺寸大得惊人,单位面积重量严重超标,不仅造价上去了,而且还影响部分建筑功能的使用。

  合理使用高强砼和高强钢筋建筑的总造价包括上部结构的材料、基础及施工等费用,构件的截面尺寸和用钢量对造价的影响很大,设计中合理使用高强钢筋(如梁、板筋采用三级钢)可有效降低用钢量,节约成本。如果高层建筑位于深厚软弱地基上,由于作用于地基上的荷载很大,合理使用高强砼和高强钢筋优化构件截面尺寸,减轻结构自重,将会降低基础施工的难度和造价,取得显著的经济效果。同时,对于地震区的高楼,地震作用的大小几乎与建筑自重成正比,减轻自重能够减小结构的地震荷载,有利于提高结构的安全度。

  5.结束语

  总之,高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程,任何在设计这过程中出现的遗漏或错误都有可能对设计的结果产生重大的事故。所以我们在设计的过程中要时刻把握设计的过程。在结构设计时实现安全、科学合理、经济的设计目标。

  参考文献

  [1]张宇鑫,刘海成,张星源。PKPM结构设计及应用。上海,同济大学出版社。2006

  [2]林同炎。结构概念和体系。北京,中国建筑工业出版社。2005

  [3]陈富生,邱国桦,范重。高层建筑钢结构设计。北京,中国建筑工业出版社。2004

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