超高层建筑结构设计的问题

目前,伴随着我国建设速度的加快,超高层建筑成为一个经济建设速度的标志,也越来越受到社会的认可,不过超高层的设计与施工技术是一个非常严谨的工作,超高层建筑的设计不仅仅要有安全储备保障,还要保证高层设计结构的科学布局与整体的合理性。所以说建筑结构设计单位必须要十分重视在高层建筑设计中的关键技术问题,从源头上保证高层建筑的设计质量。

1高层建筑结构的特点

在超高层建筑设计上面,需要兼顾高层建筑的水平位移与高层在垂直方向造成的垂直荷载力。在具体的超高层设计过程中,由于外力造成的水平荷载是高层建筑最需要考虑的因素,在对超高层进行建筑结构设计的时候,必须要首先对超高层的承载范围确定清楚,控制在一定的数值范围之内,也就是说,在超高层的设计中,其设计核心就是对建筑结构的抗压设计计算。

2超高层建筑结构体系的选择

2.1超高层结构体系分类

一般分为钢筋混凝土设计、钢与混凝土组合设计。由于超高层建筑结构体系的不同,可以将超高层建筑结构的设计分为混凝土的设计、钢结构与钢组合结构的设计等。就目前来说,我国的超高层建筑结构基本上都是采用的钢筋混凝土结构。

2.2超高层建筑体系选用原则

在对超高层建筑结构进行选取的时候,必须要按照经济性、合理性、安全性的原则来进行选择作为高层建筑结构的体系。不过,超高层的设计还要依据建筑物的使用要求与高层的施工环境来确定其体系的选用。与此同时,超高层建筑结构在选取时还要具有较高的承受压力的能力。

2.3超高层的结构材料分析

当前,钢筋混凝土结构在超高层中的应用非常广泛,对于材料的选择必须要按照超高层设计的依据进行。原则是要求尽力发挥钢筋混凝土的材料性能。钢混结构由于具有耐久性能、防火能力以及结构刚度大等优点被广泛采用。不过,在设计过程中必须要考虑混凝土构件的截面尺寸问题,以保证空间结构的最优化设计。就目前来看,钢—混凝土混合结构的应用在高层建筑中的使用率将会进一步提升。

但需要进一步开展混合结构体系的抗风、抗震性能研究,研究工作主要有两个方面的内容:一方面是混合、组合结构的抗震性能研究,如阻尼系数的确定、整体结构稳定性能等;其次,针对组合构件以及组合构件之间衔接及构造关系要进行相关研究。由于混合结构体系比较复杂,大多包含巨型柱和斜撑等大型构建,各种组合柱、梁、楼板等体型复杂,因此需要结合工程实际应用,对各种新型组合构件进行更加深入细致的研究,才能真正的将复杂化的混合结构运用到实际工程中去。

2.4超高层结构体系选择

针对超高层建筑框架结构体系的选择主要分为:

1)框架结构体系。所谓的框架结构就是说在结构的横向与纵向都利用混凝土梁柱组成一个整体的框架结构,而且可以同时承受水平与竖向的荷载。单纯的单一框架结构布置非常灵活,因此空间结构非常的大,是目前使用最为广泛的高层建筑。

2)剪力墙结构体系。所谓的剪力墙结构体系就是纵横向的剪力墙来承受建筑结构的水平与竖向荷载的建筑结构体系。采用剪力墙结构对于建筑物的整体抗震能力具有很大的提高。

3)框架—剪力墙结构。框架—剪力墙就是指兼有框架结构与剪力墙结构的优点,这样就使框架剪力墙结构不仅仅能够变得空间灵活,还能有很强的抗侧移能力。框架—剪力墙布置数量不如剪力墙结构多,数量决定了其抗侧力的能力较低。不过剪力墙的数量超过一定值后就会影响经济性。

3高层建筑结构设计的问题分析及对策

3.1扭转问题

在超高层建筑结构中,其设计的中心点就是刚度、几何形心点和结构的重心点,不过,当对超高层结构进行设计时,很难将超高层的几何形心、刚度与结构的重心点进行整合,因此,就会使得超高层在设计时出现扭转的情况。为了解决这个扭转的问题,作为结构设计者对于超高层的建筑结构设计要选取最合理的平面结构布置图,力求三个中心点能够重合。

3.2受力性能的问题

在超高层建筑方案的选取中,在初步选择建筑方案时,建筑师很少会对高层建筑的具体结构特征来进行考虑,而是将重点放在了建筑物的空间结构上,这样就容易使得超高层建筑在设计上出现一些不合理的受力。所以说,在对超高层进行设计时,必须要明确选择结构体系,在方案选取上,要对主要的承重部位的布置与数量进行整体优化设计。

3.3超高的问题

目前,超高层建筑结构有明显的超高、超重现象存在。在我国,出于建筑结构的抗震需要,对于超高层建筑的层高有很明确的规定。所以说,在对超高层进行建筑设计时,建筑设计师会轻易忽略这一问题,从而导致审图不通过,这就需要在设计完成后,对设计方案进行重新的设计与审图,杜绝在超高层建筑结构设计中出现超高的现象。

3.4嵌固端的设置问题

在当前的超高层建筑设计中,一般来说都会有地下室,这样就使得超高层的嵌固端位于地下室的顶板处。在针对嵌固端的设置问题上,很多情况下设计师常常会忽略这类问题导致的后期效应,就使得在后期经常会出现针对嵌固端问题的修正,如果修正不及时,就会对嵌固端的安全性造成不良的影响,为安全留下了隐患。

3.5防连续倒塌设计

目前,我国关于高层建筑结构连续倒塌的试验分析与理论研究还不多。现行规范所确定的基本目标就是防止建筑物发生地震时倒塌,确保人的生命不受损失。汶川地震中,按现行抗震规范设计和建造的高层建筑,虽然在地震中没有连续倒塌、保障了人们的生命安全,但是其填充墙等受力构建破坏对建筑物内部的设备、物品的损坏间接造成了财产损失。对于高层建筑的非受力构建倒塌问题需要引起人们的关注,作为建筑结构设计师要引起重视,对于非地震造成的倒塌,例如飞机撞击、爆炸、火灾等不可抗拒的灾难,如何在设计时予以考虑等等,都是下一步研究的重点。

4基础设计

基础设计确实是超高层的一个设计难点与重点,与此同时也是关系到整个超高层建筑结构的安全性的重要一环。所以说,在进行超高层设计时,必须要保证超高层建筑的埋置深度,地基的变形系数与稳固要求必须要符合相关规定要求。在采用桩筏时,对于其埋置深度必须要按照相关的规定进行。与此同时,对于超高层的施工现场场地问题,要注意与相邻建筑物的相互关系,保证基坑开挖后对于相邻建筑物的影响不会造成不良后果,实时监测其变化过程。

5结语

整体来说,超高层建筑结构的设计是一个系统化的工作过程,这对超高层建筑结构的研究有着重要的意义,在我国的发展大环境下,超高层的设计要求肯定会不断的变化,因此,高层建筑结构设计师要不断的提高自己的业务水平,在理论与实践中不断的磨练自己,总结设计相关的经验,及时学习国际先进的高层设计理论知识,从而不断促进我国高层建筑结构设计的规范化与系统化。