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摘要:随着经济的不断进步,科学技术的日益增长。人民生活不断得到改善,基于我国人口众多,土地资源逐渐减少,因此高层建筑的出现是必然成果。高层建筑如雨后春笋在近年来,飞快涌现,势不可挡。本文围绕高层建筑,简述了高层建筑的结构设计特点,提出了高层建筑的注意事项,为分析高层建筑结构设计特点和剪力墙设计有关问题的探讨提供了一定参考。
关键词:高层建筑结构剪力墙设计特点
据目前的情况来看,我国经济的飞速发展已经推动了建筑水平不断完善,高层建筑已经是一种必然趋势。现在随着建筑领域的不断扩充,就现在的高层建筑而言,剪力墙的使用频率不断上升。
一、高层建筑结构设计特点:
(一)、决定因素——水平荷载:
结构物和机械物通常受到各种外力作用,要保证结构物能够正常工作,就需要每一个构件都能保证其正常地工作及构件在荷载作用下不发生破坏变形。对于高层建筑而言,高层建筑的高度的一次方与荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值呈正比关系。而水平荷载对结构产生的力矩和轴力与高层建筑的高度的二次方呈正比;简而言之,对于一定高度的高层建筑,其竖直方向上的荷载是一定的值,而水平荷载就因为其结构特点不同有所改变,所以说水平荷载成为其决定性因素。
(二)、不容忽视——轴向变形:
对于现在的高层而言,一般高度都十分高,因此竖向荷载的数值一般比较大,能够在柱中引发很大的轴向变形。而房屋中受压的长柱,当荷载超过一定的限度之后就会显著的弯曲,甚至导致建筑坍塌。所以说不容忽视轴向变形。
(三)、控制指标——侧移:
与以往的低矮平方不同,现在的高层建筑随着不断的增加高度,在水平荷载的作用下高层建筑会发生侧移。控制高层建筑结构的侧向变形是结构设计的根本任务之一。因此需要按照《高规》中规定的按照弹性方法计算楼层层间最大位移与层高之比的限值。控制侧移变形的主要方法一般是加大剪力墙、筒体等的刚度,或者加大水平结构的刚度等等。
二、高层建筑的结构体系:
对于框架来说,其中最常用的有混凝土框架、钢框架。如果当一般的框架体系满足不了一定的强度条件以及刚度条件的时候,这时需要在原有的体系上面加一个剪力墙体系来代替部分框架,这样承受水平荷载时,框架和剪力墙共同作用就有足够的刚度承受水平荷载。简洁的说,就是在地震来临的时候,剪力墙就是作为抗震的第一道防线,如果不行,还有框架结构,它是抗震的第二道防线。因此要两者兼顾,不能一味增加剪力墙结构。
对于筒体体系来说,筒体结构是由框架组成的,也就是说是由剪力墙结构以及全剪力墙的结构进行综合演变发展而来。筒体结构是一种筒体,而且是进行密封的。对于筒体来说,筒体作为一种空间的受力构件。他主要分为两种构造,其一是腹筒,其二是空腹筒。每种构造都有其独特的优点。筒体结构的优点在于主要抗侧力,缺点在于结构负荷,成本比较高等
三、高层建筑剪力墙设计需要注意的问题:
(一)、注意楼层剪重比:
在高层建筑中楼层剪重比是一个必须考虑进去的问题,如果高层建筑项目设计工作人员需要利用剪力墙结构体系,及需要有抵抗水平荷载作用的能力,所以必须注意楼层剪重比。
(二)、注意连梁荷载:
连梁荷载不得超限是建筑工程中另一个不容忽视的东西,连梁荷载如若超限则该高层建筑的各个方面都将出现问题。而连梁超限问题一般又取决于经验,需要设计工作人员有丰富的实践经验。
(三)、注意楼层层间最大位移和层高之比;
现在地质灾害的频繁因此修建高层建筑再也不能像以前那样建成就行,需要去考虑地质灾害因素,高层建筑不能建成而经受不住一些小的地震的破坏,特别是地质灾害频发的区域更应该注意这个问题,不然不仅是损失巨大。楼层层间位移和层高之比密切关系着侧移,对于高层建筑应该尽可能地使扭转变形最小这个问题也需要考虑。即不能仅仅根据楼层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度,这样只考虑某一方面而另外一方面又没有满足。
四、高层建筑剪力墙的结构设计
(一)、建筑高度的要求:
根据相关资料,高层建筑的高度越高则竖向荷载越大,建筑约容易发生变形,同时剪力墙结构的承受力也要增加,因此建筑高度需要严格要求。而且另一方面建筑高度不应危害公共空间安全,卫生和景观,应按市规划要求严格控制建筑高度。建筑高度计算:平顶房应该按照建筑物室外地面至屋顶层面的高度;坡顶房应该计算建筑物室内外地平面至屋脊和屋檐的平均高度。对于高层建筑而言,一般大多数都是平顶房,但是建筑高度的计算一般看图纸的标高,建筑设计总说明一般是按最高处,但是另外还要考虑屋面是否有构筑物等等,需要结合相应的实际设计建筑的高度,符合承重要求等。
(二)、过渡层的设计:
过渡层是通过框架或梁或厚板或框支梁来传递水平荷载或者竖向荷载以及水平地震力。过渡层也叫做转换层,一般的高层建筑下面几层都是商务店铺或者商务街,一般这种高度比一般住房相比要高,空间要大与上面住房有明显的差异,排列不一致这时候就需要过渡层。这主要是为了对该层上下的柱网差异进行一定的调整,引起的主要原因由于空间大小的不同。
为了增加结构抗震的安全可靠性,因此过渡层及转换层应该在每开间设置圈梁以及构造柱,用来形成框架体系,这样就能够增强抗震能力,并且另一方面还能够增加延展性以及耗能能力。
(三)、连梁的设计:
对于剪力墙的连梁来说,它主要是一种耗能的构件。它的主要作用是能够作为一个在竖向的方向上进行承重的构件。所以说可以在在结构建筑中使用剪力墙来代替柱,增加了一定的承重的作用。但是,有利也有弊,它在使用的过程中,对于整体性的要求十分的高。如果一旦在剪力墙上出现较大的洞口后,就会降低它的使用性能,因为会它的整体性已经收到了破坏。所以,为了解决这个问题,这个时候就需要进行一定的处理,对整体性进行完善。通常都是对洞口之间的剪力墙的部分做一些适当的处理,成为连梁,加大它的完整性。连梁主要是起到连接作用和承载力加强的作用,连梁提高了剪力墙结构的空间稳定性。因为连梁是一种耗能构件所以如果连梁受到剪切破坏将十分不利于抗震,并且另一方面会使得结构的延性降低。所以说在设计过程中应该注意计算,这样就可以对连梁的剪切破坏比弯曲的破坏出现得晚进行相应的保证。
(四)、优化剪力墙结构设计的措施:
根据《高规》规定独立小墙肢与剪力墙刚度不宜过大,因此可以通过合并洞口等方法消除独立小墙肢,或者合理布置剪力墙的方法也可。因为剪力墙有很好的延性,因此细高的剪力墙可以布置成弯曲破坏的延性剪力墙。优化连梁设计也是一种优化剪力墙结构设计的措施。优化连梁设计可以在内力计算前将连梁刚度进行折减,在内力计算后将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数,这样就可以调整连梁的弯矩,同时也需要以实际出发,用经验优化连梁设计,以避免在正常使用条件下连梁出现破损裂缝等。
五、结束语
所以说随着经济的飞速发展,高层建筑的兴起已经是必然之势,同时高层建筑又有很多结构特点,如果我们深入解析这些结构特点,那么我们以后在高层建筑的结构设计当中就会如鱼得水,一些小麻烦小困难就会迎刃而解。
参考文献:
[1]、《高层建筑结构设计特点与剪力墙设计研究》——杨建主编,2015.
[2]、《高层建筑结构特点与方法浅析》——张永国主编,科技展望,2017.
[3]、《高层建筑结构设计剪力墙设计》——陈疑主编,工程技术,2016.