高层和超高层建筑结构与设计

【摘 要】随着社会的不断发展,建筑业也随之发展起来,高层与超高层建筑层出不穷,成为建筑业建筑的主要方向.高层与超高层建筑与多层建筑相比体积增大,结构更加复杂,因此对高层与超高层建筑的结构进行设计是非常必要的,直接影响着建筑物的质量.本文将通过对高层及超高层建筑的结构体系的研究,对高层及超高层的建筑结构制作步骤及安装步骤,各个环节施工应该注意的事项等进行分析,完善高层及超高层建筑的结构设计,提高建筑物的质量与功能.

【关 键 词】高层建筑；超高层建筑；结构分析；

在国外高层建筑物要比我国的高层建筑早很多,已经有一百多年的历史,最早建成高层建筑物的国家是美国.随着经济的不断发展,人口的不断增加,二战以后,世界对高层以及超高层建筑物的结构体系研究已经逐渐发展,结构设计水平逐渐提高,这使得高层与超高层建筑迅猛发展起来,并成为一个国家或者是城市的经济发展标志,越来越多的超高层建筑出现在人们的生活中,并且层数也越来越高,在某种程度上来讲,建筑物的层数比拼已经成了国家与国家的经济发展水平比拼.起初在高层与超高层建筑中,使用的是钢筋混凝土结构,但是事实证明钢筋混凝土的自重较大,体积也比较大,使得高层与超高层的功能受到限制.但是随着对高层与超高层建筑的结构设计,使用钢结构进行建设避免了钢筋混凝土结构的缺点,提高了高层与超高层建筑的使用功能,这是高层与超高层建筑中的一次跨越.目前,在我国的发达城市中超高层建筑越来越多,很多超高层建筑已经列入世界超高层建筑中的前茅,这是我国经济与科技发展的体现.

一、高层与超高层建筑结构设计的特点

首先,重视建筑物结构的水平荷载,防止地震力以及风载对建筑物造成影响.高层建筑与超高层建筑的自重以及楼面的荷载所引起的弯矩及轴力仅仅与建筑物总高度的一次方成正比.而建筑物的水平荷载所产生的力矩与轴力相对较大,与建筑物高度的二次方成正比另外,对于一定高度的建筑来讲竖直方向的荷载时一个固定值,而水平方向的荷载,由于受到地震以及风荷载的作用,会随着建筑物的结构特征的不同而发生较大的变化,可见水平方向的荷载作用力在结构设计中的重要性.

其次,重视建筑结构的轴向变形.在高层以及超高层建筑中,柱体会因为较大的竖向荷载而产生较大的轴向变形,此变形会严重影响到连续梁的弯矩大小,使得连续梁的中间支撑位置的负弯矩值变小,正弯矩值变大,两端的支撑位置处的负弯矩值也随之变大建筑中预制的构件长度要根据轴向的变形值进行调整与制作,因此建筑结构发生较大的轴向变形时,下料的长度会受到严重的影响另外,建筑结构发生轴向变形时还会对建筑构件的剪力以及侧移值的大小造成影响,使其产生影响到建筑物整体安全的结果.

第三,失稳是结构设计中的主要控制目标.与多层建筑相比,高层与超高层建筑对侧移的大小控制是尤为重要的,是建筑结构设计的关键之处.建筑物的高度越大,水平荷载作用下的结构侧移值会越来越大,对此进行控制是尤为重要的,要将侧移值控制在规定的安全范围内.

最后,重视对建筑结构的抗震性能化设计.使高层及超高层建筑和多层建筑的结构提高关键部位的抗震能力、变形能力,因此当发生地震或者是风荷载作用时发生变形的情况会更多、更严重.要想提高高层及超高层建筑的变形能力,使其在塑性变形后能力不减,避免在地震中发生房屋倒塌的现象,必须在对建筑的结构进行设计时,注意对结构延性的设计,采取相应的措施来提高结构的延性,最终达到提高建筑结构质量的目的.

二、高层及超高层建筑的结构体系

随着我国建筑业的不断发展,建筑技术趋于成熟,数量也越来越多,为了便于建筑规范的执行,将建筑物分为级与级的高层建筑.通常情况下,级建筑物只要按照现行的规定进行设计即可,但是对级建筑物在结构体系的设计时,要求要更严格,下面对常用的结构体系进行阐述.

首先,有框架结构,框架结构高度局限较大,在高烈度地区做到规范限值时,构件的截面过大,影响使用且不经济,也不满足国家规范多道设防的理念,所以出现框架―剪力墙体系.框架剪力墙体系实现了多道设防的理念,在建筑物的高度上比框架有所提高,大大的提高了建筑的承载力、刚度和延性,也能满足使用的需求,只需在建筑物的适当位置设置一定比例的剪力墙,从而达到使结构在竖向和水平的布置具有合理的承载力和刚度,更合理的满足规范的要求.使用灵活,一般用于对空间使用有要求的建筑,如办公、车库等公共建筑,在此结构中,两个体系所扮演的角色各不相同的但又不可分开,剪力墙起到承受水平方向剪力的作用,框架起到承受垂直方向的荷载作用.框架剪力墙体系所呈现的位移形式为弯剪型.在水平方向承受的作用力,剪力墙与框架通过刚度较强的楼板和连续梁组成到一起,形成相互合作的结构体系.剪力墙在建筑结构中的设计优点很多,是结构整体的侧向高度增大,水平方向的位移减小,框架所承受水平方向的剪力明显减小,且竖向方向的内力分布也变得均匀.因此,框架剪力墙体系的建筑物的框架体系低于建筑物的能建高度.其次,剪力墙体系.高层及超高层建筑物的受力结构是由剪力墙结构替代的,且全部由此替代为剪力墙体系.在此体系中,单片的剪力墙在建筑结构中承受了所有水平方面的作用力以及垂直方向的荷载作用力.由于剪力墙体系的结构为刚性,因此位移时出现的曲线形式为弯曲型.剪力墙体系的优点很多,具有较高的强度与刚度,延性良好,力的传递均匀,具有一定的整体性,此体系的建筑物坍塌现象少,被广泛应用在高层及超高层建筑中,能建高度较大,大于框架剪力墙体系以及剪力墙体系.第三,全剪力墙结构.此结构所承受的横向荷载与竖向荷载都是剪力墙,没有框架柱结构.此建筑结构适用于高层建筑中,并且选用此建筑结构建筑的楼层可以比框架剪力墙结构高.此结构的缺点在于成本造价高,内部的空间不可以进行任意的分割.在实际的工程建筑中,设计者首先要对框架剪力墙结构进行考虑,若此结构无法满足建筑的要求,则选择全剪力墙结构.

第四,避难层的设置.对于高层建筑以及超高层建筑来讲,避难层的设置是非常必要的,因为一旦高层建筑以及超高层建筑发生火灾时可以进行避难,因为避难层的空间大,通风好.通常情况下,当建筑物的高度达到一百米后,便要在建筑物内进行避难层的设置,以便于消防安全.避难层的设置位是有规定的,第一层与避难层的设置层数不能超过十五层面积的设计要满足人员的避难要求要在避难层处设置消防电梯口避难层要配备全套的消防设备等.

三、制作与安装

对测量工具以及钢尺的量具进行统一.对高层建筑以及超高层建筑进行施工时,所涉及到的环节较多,如土建、机械设备的安装、钢结构等,对这些环节进行施工时,所应用到的测量工具以及钢尺要进行统一,要按照国家的相关规定进行量具的选择,使得各类测量按照统一标准进行,提高建筑物的整体质量.

四、楼盖的设计

对于高层建筑以及超高层建筑来讲,对楼盖的平面刚度要求是非常严格的,是确保钢柱与其它竖向构件保持协调变形的基础.通常对楼板以及楼盖进行选择时,采用现浇混凝土形式或者是压型钢板,厚度要在一百五十毫米以上.目前,在使用钢承混凝土形式进行楼板与楼盖的设置时,忽略了其形式与梁柱的作用,因为其计算原理不清晰,计算繁琐,从而按照平面形式进行设计,从而使得计算出的值无法满足建筑安全的需求,因此采取此形式时,必须对其进行细致的计算.结束语综上所述,高层以及超高层建筑的结构设计尤为重要,直接关系着建筑物的质量与使用功能,在进行结构设计时,要重视各个环节的设计,控制其质量,使得结构设计满足建筑的整体要求.