壹、高層建築混凝土結構的設計形式和特點
(1)設計形式概述高層建築新發展起來的時候,混凝土結構體系中最常用的是三種傳統結構,即框架、剪力墻和框架-剪力墻。然而,隨著建築技術和建築材料的發展,以及建築層數的不斷增加,今天最常用的建築類型有三種:框架筒、多管束筒和筒中筒體系。
1.1框架結構體系:這種體系是過去低層建築中最常用的建築結構,壹般只適用於10層及以下的低層建築。整個結構體系是以框架梁、柱為骨架的剛性整體連接結構,具有抗震能力強、結構完整、重量輕、強度高的優點。但當框架結構的建築高度增加時,框架結構的側向力也隨高度增加,其自身水平荷載產生的內力遠遠超過豎向荷載產生的內力;但框架結構本身存在抵抗側向位移剛度低、對支座不均勻沈降敏感等結構問題,因此整個建築結構容易產生側向位移。
1.2剪力墻結構體系:這種結構體系是比框架結構體系更好的發展體系,壹般適用於25至30層的建築結構。整個結構體系為橫向和縱向組成的整體式鋼筋混凝土墻體結構,具有側向位移剛度高、整體性好、水平力作用下側向位移小、無梁、柱等外露構件等優點,具有房屋的圍護和分割功能,能有效抵抗水平和豎向荷載。但由於剪力墻的結構延性較差,建築內部劃分的空間較窄,僅適用於酒店和住宅。
1.3的框架-剪力墻結構體系:這種結構體系綜合了前兩種結構體系的優點,壹般適用於10~25層的建築結構。整個結構體系由框架和剪力墻組成,將各種荷載壓力分配給各種荷載;壹般水平荷載由剪力墻結構承擔,壹般豎向荷載由框架結構承擔。這樣的導流可以大大減小柱梁的截面,增加建築空間的靈活性,增強側向位移的剛度,是壹種非常實用的結構體系。
1.4框筒結構體系:這是壹種組合結構體系,壹般適用於30~80層的高層建築。整個結構體系是鋼筋混凝土包圍的結構,側向位移剛度大,房屋中央為薄壁剪力墻筒體,周圍為大柱距的壹般框架,具有抗扭剛度和側向位移剛度大的優點。
1.5筒中筒結構體系:該結構體系由內筒和外管兩部分組成,具有良好的抗風、抗震和空間整體性。
1.6多束筒結構體系:這種結構體系是平面結構中有多個剪力墻和薄壁筒的結構,壹般適用於平面形狀復雜的建築。(2)設計特點概述高層建築與中低層建築相比,在抗震性能、抗側剛度、承載力等方面都有所不同。不同結構體系的選擇會直接影響到整體的施工效果,因此需要通過更好的設計理念、合理的結構措施以及更專業的相關知識來考慮和選擇整個設計體系。
2.1考慮側向力:低層建築中,側向位移力很小,可以忽略;在高層建築中,側向位移力隨著高度的增加而逐漸增大;2.2考慮荷載:由於土質、建築材料等多種因素的影響,在不同的地基或樁基上施工時,應根據不同的情況采取不同的處理措施,地基的荷載力應與上部結構的重力相壹致。
2.3考慮延性:隨著高層建築高度的增加,他們需要更好的延性,薄弱層的結構需要更軟,這樣整個建築在地震作用下才能有更大程度的變形。
2.4考慮強剛度:隨著建築高度的增加,高層建築的側向位移也相應增加。因此,在設計高層建築時,需要考慮整個結構的強度和剛度,使整個結構有合理的自振頻率和位移控制。2.5考慮抗震:選擇施工場地時,選擇地勢開闊平坦、地質堅硬致密的地區。並且要考慮整個結構的荷載力和變形能力。
二、高層建築混凝土結構設計註意事項
因為高層建築和低層建築在很多方面都是不同的,所以在高層建築混凝土結構設計中需要註意幾個重要問題:1。規格問題:由於建築業的快速發展。過去的規範文件不適合今天的高層建築;現行新法典的內容發生了很大的變化,增加了更多的限制性條件和壹些強制性規則。因此,設計人員在設計高層建築混凝土結構時,必須嚴格按照規範要求,遵守相關的限制性條件和強制性規定,避免影響整個施工過程的順利進行。2.高度:高層建築最明顯的特征就是高度;雖然過高的高度可以增加更多的生存空間,提高土地的利用率,以應對相應的自然災害(地震、臺風等。),建築物的高度需要嚴格限制。3.嵌入端的問題:由於嵌入的穩定性會影響整體的穩定性,所以在設計計算整體的穩定性時,需要註意嵌入設置的合理性。
三、高層建築混凝土結構設計的優化措施
1.增加建築整體結構的延展性。在遭遇高烈度地震和臺風時,高層建築需要較強的抗傾斜能力和良好的延性,以應對因自身高度可能帶來的嚴重後果。但由於經濟因素,只需要提高壹些關鍵構件的延性。同時,對於不同結構的高層建築,也需要根據自身特點選擇相應的構件進行加固。2.增強整個建築的彈塑性狀態,除了良好的延性外,還可以通過改變建築材料來吸收地震能量和其他相關的自然力,形成強梁、強柱、強構件的結構狀態。3.優化建築整體結構布局。整個建築體系中最重要的兩部分壹般是框架和剪力墻。其中,對於剪力墻,可采用統壹順序的原則優化平面布局;對於框架,要采用硬件結構壹體化的原則,同時可以註意結構美觀的問題。
由於人口、經濟等因素的影響,高層建築是社會發展為了提高土地利用率,滿足人口居住需求的必然產物。目前大部分建築結構都是混凝土結構。但由於高層建築出現的時間較短,相關的經驗和措施較少,因此有必要進壹步探討和發展混凝土結構設計的優化,以獲得更高的經濟效益和社會效益。
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