高层建筑结构概念设计与高层剪力墙结构的优化

李源新

摘 要:高层建筑通常情况都会受到高度因素的影响,造成高层建筑结构受力非常复杂,不仅建筑本身具有极大的自重和使用荷载,而且还要承受水平方向的风荷载以及地震力等侧向荷载的影响。尤其是水平方向的风荷载和地震力等侧向荷载是建筑工程设计人员进行高层建筑结构设计过程中主要考虑的问题,因此对高层建筑结构的设计提出了很高的要求。所以,本文就针对高层建筑结构概念设计与高层剪力墙结构的优化进行浅显的分析和研究。

关键词:高层建筑结构概念设计高层剪力墙结构优化

中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0044-01

随着我国市场经济的快速发展,我国建筑行业得到了突飞猛进的发展。在城市建设的发展过程中,高层建筑被广泛的应用。在高层建筑结构设计过程中,建筑工程设计人员通过社会实践不断的积累丰富的高层建筑结构设计经验。并且随着网络信息技术的应用,为设计人员进行高层建筑结构设计提供了方便,提高了高层建筑结构设计的准确性。但是,我国很多高层建筑的结构设计都存在的一些缺陷,主要是建筑工程设计人员没有对高层建筑进行科学的概念设计,没有合理的优化高层建筑结构。所以,建筑工程设计人员应该重视高层建筑结构概念的设计以及对高层建筑结构的优化。

1 高层建筑结构概念设计

高层建筑结构概念设计主要是建筑工程设计人员通过科学的思维分析和准确的判断力,在高层建筑结构设计前期能够从宏观上决定高层建筑结构设计中的基本问题。通常情况下,高层建筑工程设计人员是不需要进行数值计算,主要是从高层建筑的结构概念出发,根据高层建筑整体结构体系与各个分体系的力学关系、刚度关系,震害以及工程经验等相关因素获取高层建筑结构的设计思路,从而能够在整体上对高层建筑结构进行科学的整体布置。

1.1 高层建筑结构概念设计的特点

高层建筑结构概念设计的特点主要包括起决定因素的水平荷载、作为关键控制因素的结构侧移、要求较高的地震设计和结构延性等。高层建筑设计人员在进行高层结构概念设计过程中必须要充分掌握案这些特点,能够帮助高层建筑设计人员顺利的完成高层建筑结构的设计。首先,高层建筑工程设计人员要掌握水平荷载。由于水平荷载对高层建筑结构产生的倾覆力矩和在竖构件中引起的轴力与楼房高度的两次方成正比。并且水平荷载受到风荷载和地震的作用,导致水平荷载的数值会受到结构动力性的影响。其次高层建筑工程设计人员应该掌握结构侧移,由于楼房高度不断增加,水平荷载下的结构侧移的变化程度也不断增大,由于结构在水平荷载的作用下会将侧移控制在一定的范围内,从而能够保证高层建筑具有足够的刚度。第三,高层建筑工程设计人员在抗震设计过程中,要充分考虑的竖向荷载、风荷载以及结构的抗震性能,保证高层建筑结构的抗震能力。第四,对于结构的延性应该在结构进入到塑性变形阶段后仍然具有很强的变现能力,并且避免结构出现倒塌的现象,应该采取合理的措施应用到结构上,保证结构的延性。

1.2 高层建筑结构概念设计的步骤

高层建筑结构概念设计的步骤主要包括高层建筑结构方案的选用、选择较为合适的基础方案、正确分析计算结果以及采取较为合理的构造措施。首先在高层建筑结构方案的选用方面,要选择一个具有可行性的结构形式和结构体系。所选择的高层建筑结构体系应该做到受力明确,传力简捷,使得结构体系能够符合工程的设计要求。与此同时,在选择结构方案过程中应该综合分析建筑工程的地理环境、材料供应和施工条件等具体实际情况,还要合理的协调建筑、水、暖、电等专业性较强的工程,最后选择出较为合适的结构方案。其次,科学的选择较为合适的基础方案。对于基础设计应该根据高层建筑工程所处位置的地质条件,上部结构类型和荷载分布情况,相邻建筑物影响和施工条件等进行科学的分析,选择出较为合适的基础方案。第三应该正确的分析计算结果。在分析和设计高层建筑结构过程中已经广泛的应用计算机技术,建筑工程设计人员在力学概念和丰富的工程经验的基础上,对计算机软件程序的应用范围和技术条件进行充分的了解,最后对结构振型、周期、地震作用分布和楼层地震剪力的大小所在范围进行科学的判断。最后,根据选用的结构方案,应用相应的构造措施。采用相应的构造措施应该注意构件的延性,重视薄弱部位,掌握好钢筋的锚固长度,考虑平面和立面的布置和抗震的多道防线等。总而言之,从而高层建筑结构概念设计的步骤看,对高层建筑结构概念设计是一项非常复杂的工作,也是非常重要的工作。

2 高层剪力墙结构的优化

在高层建筑工程施工过程中采用高层剪力墙结构,主要是因为高层剪力墙结构刚度大,整体性较好,用钢量较为节省。因此,对高层剪力墙结构的优化的必要的,能够有效的提高高层剪力墙的安全性和可靠性。

2.1 剪力墙结构构件的经济含钢量

随着我国高层建筑不断增多,建筑结构的高度也不断提升,在高层建筑结构中应用剪力墙结构已经非常普遍。通过对高层建筑结构设计和施工经验的分析,认真研究了高层建筑剪力墙结构构件适宜的含钢量。对剪力墙结构构件的经济含钢量进行准确的计算,能够保证构件设计的经济性。

2.2 剪力墙结构的适宜方案

由于高层建筑剪力墙结构的选择有多种方案,为了保证高层建筑结构的安全性,有效的降低工程造价,应该选择合适的剪力墙结构方案。在设计高层建筑剪力墙结构和初步设计阶段,对高层建筑结构体系和相关构件的截面以及所应用的施工材料要进行准确的选择,保证高层建筑结构体系要与其构建相对应,保证施工材料的质量。选择出合适的高层建筑结构体系能够在设计方案阶段有效的控制工程的整体成本。在高层建筑结构体系选择,对于层数相对较少的高层建筑应该选择断肢剪力墙结构体系。可以合理的解决墙肢轴压比,墙体配筋和墙体承载能力,有效的降低工程成本。并且,应用断肢剪力墙结构体系可以将结构顶点位移、周期、水平地震剪力合理的控制在一定的范围内。对楼层数量较多的高层建筑应该应用传统的现浇剪力墙结构体系,就可以较好的解决结构较柔,结构顶点位移和层间位移不一定满足规范要求,底部剪力系数偏低,结构不安全等问题。但是,在有一些较为特殊的情况下应用传统的高层建筑现浇剪力墙结构体系,如果出现结构刚度计算值偏大的问题,可以将较大的墙肢合理的开设结构洞或者将窗台改为其他砌体进行合理的调整,能够有效的保证高层建筑结构的稳定性、安全性和可靠性。

3 结语

本文通过对高层建筑结构概念设计与高层建筑剪力墙结构的优化的分析和研究,高层建筑工程设计人员在开展高层建筑设计过程中应该做好高层建筑概念设计工作,合理的设计高层建筑结构,选择合适的高层建筑结构体系,保证高层建筑结构的安全性和稳定性,并且及时的优化高层建筑剪力墙结构,提高高层建筑剪力墙结构的可靠性。

参考文献

[1] 赵西安.钢筋混凝土高层建筑结构设计(第二版)［M］.北京:中国建筑工业出版社,1995(5).

[2] 李国胜．高层钢筋混凝土结构设计手册[M]．北京:中国建筑工业出版社,2003(10).