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复杂高层与超高层建筑的基本结构设计要点

发布时间:2021/07/06 点击量:
伴随社会经济的快速崛起和增长,人们的生活质量也得到了明显的改善,对建筑也提出了更高的要求。然而,据不完全调查显示,国内频发与复杂高层建筑、超高层建筑有关的事故,以致人们一度惴惴不安。而这些建筑的建造,往往会耗费大量的资金,所以必须做好设计工作,充分把握结构要点,以严格控制工程质量,避免不必要的经济损失。
 
伴随城市化进程的持续深入,各级城市中涌现了越来越多的高层建筑,基于现代城市严重缺乏土地资源的现状,复杂高层建筑以及超高层建筑,推动了国内建筑事业的进一步发展。有研究表明,这些建筑在结构设计方面拥有一些显著的特征,不同于传统的结构设计。基于此,文章从复杂高层建筑、超高层建筑角度,主要探讨了结构方面的设计特征、要点,仅供参考。
 
一、复杂高层、超高层建筑整体结构的基本设计特征
 
自超高层建筑出现起,便大量涌现出了复杂高层建筑、超高层建筑。近些年来,国内经济增长愈来愈快,各级城市出于打造自身地标建筑的目的,也逐步开始规划建造各种复杂高层建筑、超高层建筑,并且获得了很好的发展,部分建筑的高度已超千米。据研究分析知,这些复杂高层建筑、超高层建筑,在自身结构的设计方面特征独特,在降水、风力、抗震等方面均具有很高的要求。加之这些建筑原本就需要周全顾及美观与结构,故此必须综合考量诸多方面的影响因素。所以,作为设计人员,应及时转变设计手段,在结构设计环节,大量引进新的设计方法,以提升设计综合水平,确保整体结构的安全性,为工程质量的控制打好基础。
 
二、复杂高层、超高层建筑的基本结构设计要点
 
 
1、重力荷载
 
相较于普通建筑,复杂高层或者超高层建筑极具特殊性,除了总高很突出,还要迎接重力荷载方面的挑战。尤其是伴随建筑总高的持续增大,重力荷载及地面受力也会越来越大。在力的综合作用下,轴压力及竖向压力也愈发大,以致增大设计的难度。一方面,风效应会随楼层的增高而增大,基于风的作用,合力点势必增高,令自然风效应产生更大的作用效应。另一方面,在结构设计环节,应考虑结构自重,以确保建筑物足够的稳定性。但重心位置与结构自重紧密相连,楼层愈高,相应的重心愈高、结构自重愈大,其成为风力作用下的显著薄弱环节,所以在设计中应认真考虑重力荷载。
 
2、风振加速度
 
一般风力效应会随楼层的增高而变强,所以超高层建筑带有很大的风力。而人们往往会清楚感知风力的舒适性,一旦风振过强定会令人不适,从而影响居住品质。所以,在设计复杂高层、超高层建筑的基本结构时,应认真权衡人体舒适性、风振加速度。其中尤其要严格控制具体的风振加速度、建筑顶层加速度的最大值,以弥补高强度风振的缺陷。另外,针对围护结构,也应做好抗风设计。超高层建筑愈高,则垂直于围护表层的风载势必增大,故此科学地引导风向、严格控制具体的风振加速度,能增强使用效果。
 
3、地基基础
 
地基基础决定了复杂高层建筑、超高层建筑的整体稳定性。所以在设计地基结构时,应综合考量设计标准、地基形态,立足工程实际,优化设计基础方案。例如,针对软地基,应引进桩箱、桩筏等类型的基础。同时,若地质情况有变,还应通过有效的基础措施,来提升地基强度。例如,深层岩基向地下深入的程度不超过100m时,可以通过地下连续墙来加强地基,就是在框格式的结构下,通过上层冲积土来支撑岩层;若岩基较浅,则可通过添加混凝土桩基来加强基础支撑;若地基条件好,利用筏形基础便好。所以,针对各种地质在设计地基时,应立足地质形态来合理设计组合方案,以改善地基结构。
 
4、结构抗侧力
 
针对不同的建筑高,应设计相应的结构抗侧力系统。在设计复杂高层或者超高层建筑时,考虑到各层不同的抗侧力结构系统具有不同的作用,故此在设置抗侧力构件时,应立足具体的作用来优化部署。同时,通过合理设计结构抗侧力系统,还能融合结构中的不同抗侧力构件形成一个整体。所以,在结构设计环节,应从整体上考虑结构抗侧力系统,可利用伸臂桁架有效连接框架柱组合核心筒的结构,或通过环形桁架、大斜撑来连接组合,而得到一个巨大的框架,以增强整个结构的稳定性。
 
5、柱钢骨钢率
 
考虑到国内的结构技术规程、建筑设计规范不尽相同,故在结构设计环节,应根据复杂高层、超高层建筑的具体构造,来优化设计钢骨含钢率。尽管目前的标准并不统一,但是不管实行怎样的标准,都需要强制性规定框柱中不得出现含钢率4%以下的钢骨。因此,在设计混合建筑结构时,不仅应按照计算结果来确定柱箍、纵筋,还应科学地设计型钢截面,控制含钢率为4%或以上。
 
6、核心筒内的型钢柱
 
针对钢筋混凝土制作的核心筒,通过使用型钢柱旨在增大外框柱、混凝土筒体墙自身的重力。特别是遇到强风或者地震时,外墙往往需要承载约50%的竖向荷载,且核心筒位置的水平剪力超过了85%。一旦忽视强化处理,就会引起建筑坍塌、变形或者倾斜等。而在核心筒通过型钢柱的使用,则可有效避免以上问题。此外,通过型钢柱类型的剪力墙,即便有开裂也会较少影响承载力。而通过型钢柱还能增大剪力墙的抗震性,故此在地震区很常见。
 
7、抗侧刚度
 
在设计复杂高层建筑、超高层建筑的整体结构时,为了增大结构的抗侧强度,则需要增大钢筋混凝土中整个核心筒体的具体刚度。考虑到核心筒体属于结构当中的关键性抗侧构件,故此结构的整体抗侧刚度与外侧墙厚、筒体墙的具体抗侧刚度息息相关。除此以外,在整个设计环节,还需要严格控制外框柱的设计截面与轴压比要求、所需承载力的完全相符。
 
结束语
 
总之,在建筑领域,针对复杂高层建筑、超高层建筑,在进行结构设计时,应特别注意要点内容的设置,以提升建筑物的整体综合性能,满足其使用功能、环境建设要求。此外,还应综合考量施工现场的运输条件、养护专业水平。唯有满足以上设计要求,方能在科学设计的引导下,建造出高质量的建筑。与此同时,还应注意设计与施工的安全性,以支撑结构设计,严格控制建筑工程质量,满足工程预期要求,保护人们的人身财产安全。编辑:张立春
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