高层建筑结构概念设计及高层建筑结构体系

高层建筑结构概念设计及高层建筑结构体系

林映杏

45098119851029**** 广西省 530000

摘要:建筑概念设计主要是从建筑设计的技术基本原理,工程的设计客观规律和设计方法等因素出发针对进行设计综合分析考虑,并能尽快合理确定整个建筑主体结构的设计总体格局布置,为各地的专业结构设计人员提供相对可靠的建筑结构设计数据。随着现代社会的不断进步,结构设计也在不断的发展进步,结构设计工程师和结构建筑师在工程设计中也都应以正确的掌握科学建筑理念知识为工作基础,让科学理论知识和国际实践相互的结合,探索新的工作思路,设计生产出更加完美适合国际经济可靠的设计方案,为每一个崭新的建筑工程设计奠定坚实基础,把建筑概念设计技术推向国际主流。

关键词:大型高层建筑;房屋结构设计体系;建筑概念设计

1 高层建筑结构设计的特点

1)关于高层建筑物的结构设计与其他低层或者多层建筑物的结构设计相对的比较,结构设计专业在各学科专业中往往占有更重要的学术地位。不同的木结构建筑体系的形式选择,直接地也关系着起到整个建筑物的平面布置,立面结构体型,楼层高度,机电排水管道的安装设置,施工过程技术标准要求,施工过程工期的时间长短和实际投资建筑造价的比例高低。

2)我国高层建筑结构设计中的高水平预应力测量是结构设计的主要影响因素。在低多层楼的房屋结构中,水平移动力矩所产生的荷载影响较小,以有效抵抗横和竖向上的荷载位移为主,侧向荷载位移小,通常荷载可以忽略不计。在我国高层建筑结构设计中,随着高层结构建筑高度的不断增加,水平效应力(不受风力的荷载或者受地震压力作用)在其产生的范围内力和物体位移迅速不断增大。

3)大型高层建筑物在结构设计中,不仅必须要求高层结构本身具有一个足够的整体承载力,而且必须保证使高层结构本身具有一个足够的可以抵抗水平侧向势和力的位移刚度,将高层结构在一定水平侧向力场的作用下所可能产生的抵抗侧向力和位移强度限制在设计规范中所规定的刚度范围内。因此,高层建筑所有必需的墙体侧向移动刚度由墙体位移力来控制。

4)因为高层建筑需要减轻自重比其他多层建筑减重更有意义。从房屋地基设施承载力或桩基设施承载力角度考虑,如果在同样房屋基础设施条件下,减轻高层房屋建筑自重也就意味着不需要增加房屋基础设施造价和及时处理新建措施,可以多加新建建筑层数,这在软弱混凝土层多的地区更加具有突出的社会经济效益。另外它其地震防御效应一般是与整个建筑的抗震质量以及成本呈正比的,减轻建筑房屋内的自重量也是可以提高建筑结构物的抗震防御能力的有效解决方法。因此在各种高层建筑中,结构装饰材料宜尽量采用高强度复合材料。

5)在维护高层建筑的最高抗风荷载设计中,除必须保证高层结构必须有具备足够抗风承载力,还必须保证具有具备足够的结构刚度;必须控制好在高抗风荷载压力作用下的移动位移和阻值,保证结构有良好的无人居住和正常工作环境条件;用于维护高层结构和建筑装饰用的构件必须保证有具备足够的抗风承载力,并与高层主体建筑结构可靠紧密连接。

6)对那些具有较好地质抗震抗雨减灾场地设防的大型和中高层建筑结构地段的还应定期对其进行详细建筑地质结构勘察,摸清高层整体建筑地质结构抗震减灾情况,选择一个地质位于局部地势开阔平坦的大山坡边缘地带,具有较好地质抗震减灾场地土的对高层建筑地质抗震有利的高层建筑结构地段。

2 高层建筑结构概念设计的基本理论原则

(1)在施工设计建造高层建筑的施工过程中,必须仔细考虑其整体承载力、延伸性、柔软性、刚度等主要指标,并且通过各种建筑细节工程设计和日常维护管理方式实施来不断提高设计高层建筑的整体承载力和柔软刚度,并不断增大其可伸延性。

(2)在设计高层建筑的结构时必须对其结构进行计算和分析,减少在施工过程中的误差,并且要选择简单直接的计算方式以便于清楚的展示各项数据。

(3)对于大型高层建筑需要采用突出的钢结构建筑屋面的塔楼主体建筑塔楼必须严格要求塔楼具有非常强且足够的建筑整体抗震承载力和好的可连续伸延性,以便于同时承受高振型高层建筑可能产生的各种短波声如鞭梢声和振动效应等的不良影响。必要的的时候还是有可能会考虑直接采用中型结构钢主体框架结构或者大型结构钢框架钢筋混凝土主体框架结构。

(4)在在设计施工过程中,要特别重视考虑上部地基结构与下层地基之间的相互作用力的关系。保证建筑地基基础的稳定承载力,刚度和结构有弹性足够的地基抗压和滑移,抗压和扭动力的能力,使整个大型高层建筑结构成为一个稳定的结构体系,防止地基产生过大的方向差异高度沉降和过重倾覆。

3 高层建筑的结构体系

3.1 框架结构体系

把这种建筑结构中的梁和柱等框架构件在钢梁结点连接处全部进行无缝连接之后就自然形成了一种框架结构,这种框架结构虽然具有很好的抗震承载力,但是由于钢梁侧向结构刚度比的不足也就导致其中的非钢梁结构框架构件很容易就承受到自然地震的严重破坏,这也许就是这种框架结构只能仅适用于建筑底层结构建筑的主要原因。除了上述的建筑侧向结构刚度不足的一些缺点,框架式建筑结构也是要具有不少有点的:首先优点就是建筑平面结构设置设计灵活性高水平和立面结构设计多变,由于我们采用了这种框架结构,使得整个建筑内部结构整体的空间可持续利用面积空间很多,这样就为建筑空间利用类型的设计选择发展提供了很大的空间选择发挥余地,不管我们是用来做家庭餐厅、营业室,还是是做教室、会议室和生产车间都完全可以使用;其次优点就是这种框架式建筑结构的框架建设施工难度小,不管我们是直接采用各种预制施工构件还是用各种定型施工模板直接进行框架现浇都完全可以轻松实现,这都需要得益于这种框架结构的建造简单化,比较理想的框架建造施工方法也就是框架现浇法,这种建造方法需要具有相对较好的墙体抗震抗蚀性能。

3.2 剪力墙结构体系

在高层建筑结构体系中剪力墙结构体系主要负责的是竖向水平载荷,尽管水平方向上的载荷承载能力也是有的。高层建筑利用剪力墙结构可以实现很好的侧向稳定性,这种强度高、刚度大并且整体性好的结构体系可以保证高层建筑在地震中保持很好的稳定性。经过对发生过地震地区的建筑结构调查可以发现,应用了剪力墙结构体系的建筑受到的地震伤害是相对较轻的,这也在实践中证明了剪力墙结构体系的抗震价值。一般来说,应用剪力墙结构体系的建筑建设应当划分成两个方面来看,对于地震频发地区应用剪力墙结构体系的建筑来说最适宜的高度是十五层楼以上;对于几乎不发生地震地区的建筑结构来说,高度达到140m的建筑也是可以应用剪力墙结构体系的。在我国当前的建筑结构体系中,高度在10层楼到30层楼之间的建筑中有很大的部分都选择了使用剪力墙建筑结构来保证建筑的稳定性和安全性。

3.3 筒中筒结构体系

筒中筒的结构系统体系构成是各种高层建筑内部结构系统体系构成中的重要结构组成的一部分,它的主要运动作用也就是为了抵抗物体水平运动方向上的抗扭力,在高层结构建筑体系中的构成上主要因为包含了一个或多个筒体,这种多筒体的建筑结构以其强度和抵抗水平方向力学的承载能力不仅可以很好的直接满足各种高层建筑的结构要求,同时其本身具有的优秀抗扭性和刚度也很好的直接保证了高层建筑的结构稳定性。筒中筒框型结构筒的体系形式是因为包含了很多个基本结构形式的,主要的框筒结构体系形式主要有框筒、实心桁腹筒和圆形桁架筒这三种。

结语

综上所述,伴随当前我国现代城市化建设进程不断的发展加快,高层建筑的设计应用越来越广泛。但是在这些高层建筑整体设计中还仍然存在一些不足之处,所以我们首先需要充分熟知这些高层建筑的基本功能以及建筑结构上的一些特殊性,才能灵活制定设计方案并不断逐步提高高层结构设计方案的整体设计技术水平。

参考文献：

[1]周浪.基于抗震设防烈度的高层住宅剪力墙结构优化设计[J].湖北职业技术学院学报,2017(2).

[2]赖鸿立,秦政.高层建筑结构概念设计在结构方案优化中的应用探讨[J].广东土木与建筑,2015(9).