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分析高层建筑混凝土结构的类型及设计研究
发布时间:2019-09-16

  摘要:高层建筑混凝土结构是较为常见的材料。在一些超高层建筑结构中应用了大矿井的混凝土结构,在结构应用后期会出现位移一级变形等问题。分析高层建筑结构的稳定性,了解关键参数,可以为高层建筑混凝土结构优化设计提供参考与支持。

  关键词:高层建筑; 混凝土结构; 稳定性设计;

  混凝土结构是建筑工程中较为常用的结构形式,多数状况之下混凝土与钢筋是主要的材料。混凝土结构具有较为优异的性能,加强对混凝土结构稳定性的分析直接影响建筑工程整体质量。

建筑设计

  1 高层建筑混凝土结构类型分析

  高层建筑混凝土结构主要可以分为钢筋混凝土结构、组合结构以及新型结构、智能建筑结构几种不同的类型。

  1.1 钢筋混凝土结构

  钢筋混凝土结构主要通过钢筋以及混凝土构成,通过钢筋混凝土建造主要包括了大模板现浇结构以及薄壳结构、应用滑模、升板等相关构造的钢筋混凝土结构,是主要的承重构件。此种类型的结构整体性良好,具有耐高温、位移较小,成本较低以及刚度较大的特征。

  随着混凝土增强材料技术在不断的发展,钢筋混凝土以及钢混凝土等高强度的混凝土技术手段在不断的发展,在多数的高层建筑结构中广泛地应用了钢筋混凝土结构。

  1.2 组合结构

  组合结构就是钢筋混凝土组合结构与组合砌体结构构件构成。组合结构与钢筋混凝土结构具有一定的差异性。相对于混凝土结构来说,可以有效地节约建筑施工需要的成本,其科技含量较高,组合结构中将混凝土填充在结构之中,可以有效地提升整体的承载能力,可以节省钢材。组合结构应用范围较为广泛,在高层建筑结构等诸多行业中广泛应用。

  1.3 新型结构

  高层建筑结构体系中剪力墙体系以及框架体系是较为常见的类型。新型的结构体系可以分为筒中筒体系、框筒体系以及束筒体系三种类型。相对于传统的单片平面结构体系,新型的结构体系中具有较强的抗侧刚度,其承载力更大。在高层建筑结构中应用功能较为全面,应用范围较为广泛。

  1.4 智能建筑结构

  智能化建筑结构在高层建筑中应用相对较少,是一种融合高新技术产品的建筑结构。在社会经济发展过程中,人们的生活水平在不断地提高,这些建筑结构在不断地完善,建筑系统、结构体系以及服务管理在不断地完善优化,为建筑结构设计提供了有效的技术支持。

  2 高层建筑混凝土结构优化设计要点

  2.1 项目概述

  陕西省某地某25层高层住宅楼建筑设计施工中,要综合建筑结构特征以及实际状况合理分析设计。建筑结构面积为18 998.92 m.地上建筑面积约为18 308.89 m.地下建筑面积约为690.03 m.建筑层数:地上25层建筑结构,地下1层建筑结构。建筑结构的总高度为77.70 m.在此住宅建筑结构设计过程中,要根据国家规范要求与标准,综合各项标准要求合理设计分析。在此项目设计过程中,要综合实际状况,进行混凝土结构设计分析,科学合理的选择分析。

  2.2 优化高层建筑结构选型

  2.2.1 建筑结构规则性

  新建筑规范以及旧建筑规范对比,针对高层建筑结构规则要求对其进行重大的调整,新建筑规范限制条件在不断地完善,其主要包括建筑嵌固端上下层刚度以及平面规则性等因素。在这种状况之下,建造师要根据规范要求对其进行高层建筑设计分析,避免在后续出现施工问题。

  2.2.2 加强对建筑超高控制

  现阶段国家对于建筑结构的总高度进行了严格的限定,在高层建筑结构设计中在原有A级限制高度之外也新规范增加了B级高度要求。如果建筑高度达到了B级以及以上,在设计方案以及处理手段上来说均会出现不同程度的改变,因此在设计过程中要对其系统分析。

  2.3 嵌固端位置设计

  高层建筑一般状况之下会添加人防结构以及地下室结构,在人防顶板以及地下室顶板上设置嵌固端。嵌固端的位置对于高层建筑结构会产生不同程度的影响,在设计过程中如果忽略此问题则会导致高层建筑结构出现细节问题。例如,在嵌固端的上下层刚度设计过程中,要分析限制范围、嵌固端楼板设计以及结构缝位置是否协调,要分析上下层的抗震等级是否一致等问题,加强细节分析与设计,合理的大量设计变更分析,对建筑结构安全结构进行系统分析,合理设计。

  2.4 短肢剪力墙在建筑结构中应用

  新建筑规范中要保障短肢剪力墙符合设计要求,限制了高层建筑设计的短肢剪力墙的应用。在设计过程中要避免在高层建筑结构中应用短肢剪力墙,避免因为设计不规范导致其出现各种问题与不足。

  2.5 高层建筑结构平面布置分析

  在布置高层建筑结构平面图的时候要降低扭转产生的影响,同时要综合在地震等自然灾害的影响之下出现的偶然偏心因素,通过科学的方式进行楼层竖向构建层间位移、水平位移的评估分析,在评估过程中要分析建筑结构的层次。在高层建筑为A级的时候,位移量要控制在楼层平均数值的1.2倍范围之内,其最大不得超过1.5倍,在高层建筑属于B级高度以及混合性结构的时候,位移量最大则要避免高于楼层平均值的1.2倍。

  进行高层建筑结构平面设计过程中,要综合建筑结构的抗震性,保障高层建筑结构布置、平面形状等符合规范要求,根据实际状况进行结构调整。避免出现不规则结构。

  在一般状况之下高层建筑无须设置防震缝,如果建筑平面的形状结构较为复杂,或者无法调整建筑结构布置以及平面形状,就要根据实际状况合理地进行防震缝的设计分析,通过防震缝隙进行单元结构的划分处理。

  2.6 高层建筑结构竖向布置分析

  高层建筑混凝土结构在设计过程中,竖向结构会直接影响建筑结构的整体质量。高层建筑进行竖向设计分析过程中,要保障建筑结构整体的均匀性与规则性,如果没有特殊性的要求,则要避免出现内收与外挑的设计。要综合建筑重心以及结构稳定等因素,根据上小下大的基础原则合理地进行建筑竖向结构的合理布置,建筑结构在设计过程中要保障其侧向变化的均匀性、缓慢性。

  如果建筑结构的竖向结构出现较为严重的不规则结构,则要对其系统分析,避免其对建筑结构稳定性产生不良影响。

  如果建筑结构的竖向结构为内收结构,在设计过程中为了满足高层建筑的抗震性需求,就要保障楼层的侧向刚不不低于临近上下楼层的侧向刚度的70%,或者不低于邻近3层侧向刚度平均值的80%,如果高层建筑结构位于楼层上部的时候,楼层缩进位置与室外地面高度、建筑整体高度比值高于0.2,保障楼层上部缩进之后长度的楼层下部长度要高于75%以上。

  2.7 高程建筑混凝土结构稳定性设计

  2.7.1 临界荷重

  在高层建筑混凝土结构中会存在诸多的悬臂杆,悬臂杆主要可以分为剪切型、弯曲型以及弯剪型几种类型。剪切型在失稳的正常状况之下会导致整个楼层出现不同程度的失稳状况。而纯框架类型的梁以及柱会因为双曲率弯曲而导致其出现不同程度的侧位移状态,这样就会导致楼层出现失稳等问题。弯曲型的悬臂杆可以通过欧拉公式计算分析获得其临界荷重。

  2.7.2 高层建筑混凝土结构临界荷重确定

  一般应用的结构构建要通过荷载效应标准组合分析,综合长期作用产生的影响验算分析,保障变形、裂缝等数值不会高于规定的最大限度。

  通过分析混凝土材料、钢筋实际的测量强度以及两种材料的实际配筋率以及结构构建对应的界面集合实测值则可以确认实验数值,分析结构上的荷载可以根据时间变异性不同将其划分为永久荷载、可变荷载以及偶然荷载三种类型,荷载标准值取值分析如图1所示。

  图1 荷载标准值取值分析  

  2.7.3 荷载标准值取值分析

  不规则结构的竖向控制较为关键指标就是刚度比。剪切刚度则主要就是对底部大空间一层转换结构设计评判分析,剪切刚度主要就是通过对底部为大空间且属于多层的转换结构进行判断分析。楼层层间的位移数值可以判定混凝土结构竖向规则性,同时此种方式也是刚度比计算中较为普遍的缺省方式,在实践中要综合实际状况进行针对性的控制分析,避免刚度突变等问题,如果出现薄弱层则就要强化分析。

  抗震等级以及轴压比限制也是关键因素。在实践中要合理地进行框架柱轴压比设定限制分析,提升抗倒塌能力,增强塑性变形能力,避免受到地震力的影响而出现不同程度的破坏与影响造成框架柱出现破坏与损坏等问题。剪重比设计过程主要对各个楼层中地震潜力最小数值合理分析,避免其受到地震作用的影响。混凝土结构构件安全系数如表1所示。

 

  表1 混凝土结构构件安全系数

  3 结语

  高层建筑混凝土结构在设计过程中稳定性是较为关键的因素,根据实际状况了解关键参数,制定有效的方案可以在根本上保障建筑混凝土的稳定性,保障其满足内在的设计要求与需求。

  参考文献
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