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关键词:高层建筑;混凝土结构;优化设计
Abstract: as China's socialist economic system reform and development, the construction industry has flourished, along with the production of people living standard rise ceaselessly, the requirements of quality of life more rise to a higher level. In recent years, the rapid increase in our country building, make people on housing choice also have more space, high-rise buildings have become the main content of the urban construction. At the same time, of a high-rise building corresponding proposed more high demand, so, this needs through the concrete structure optimization design of high-rise building, so as to achieve the purpose of the expected and the ideal effect.
Keywords: high building; Concrete structure; Optimization design
中图分类号:TU97 文献标识码:A 文章编号:
混凝土(简称砼),是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。混凝土工程主要是用水泥胶凝材料,沙石作为集料,并与水按照一定的比例进行配合,经过搅拌、成型而得到的混凝土。混凝土主要的作用就是应用于工程的建设,如房屋、公路、桥梁等,混凝土施工技术中的任何一个细小的环节,都必须严格的按照规章制度来完成,特别是对于高层建筑中的应用,更是重中之重,稍有差池就会造成严重的安全事故。所以,本文用过对高层建筑中混凝土结构的优化设计进行探析,使我国的高层建筑更加完善与安全奠定坚实的基础。
一、高层建筑中混凝土结构的优化设计的基本原则
1、高层建筑混凝土建筑结构的功能要求
高层建筑混凝土建筑结构在一般情况下,对功能要求主要有以下几个方面:首先,在高层建筑混凝土建筑结构的安全性方面,建筑结构在进行设计过程中,应该能够保证在其全生命周期内可以承受住任何外来因素的影响,并且在偶然因素发生的进行中与结束后,能够做到具有相对的稳定性,在不受到外力作用的情况下可以不倒塌。其次,在高层建筑混凝土建筑结构的适用性方面,建筑结构在规定的全寿命周期内,要能够满足这个期间使用的要求,经过时间的积累,建筑结构的变形程度、墙体裂缝等一些基本性能都不超过最初的限定标准。最后,在高层建筑混凝土建筑结构的耐久性方面,建筑结构在规定的全寿命周期内,要具有超强的耐久性,防治钢筋因受到外界因素影响而导致严重腐蚀的问题发生。
2、高层建筑混凝土建筑结构的可靠性
高层建筑混凝土建筑结构的可靠性的基本概念就是高层建筑混凝土建筑结构在规定的时间内和规定的条件下,能够完成所规定的预定功能的能力。这种可靠性主要表现在,当一座高层建筑因年限的规定而达到了使用期之后,这并不意味着这座高层建筑就需要立即报废,而是说明了这座高层建筑的可靠性降低了,如果能够通过技术手段进行翻新和加固,这座高层建筑是仍然可以继续使用的。
二、高层建筑中混凝土结构的优化设计需要注意的问题
1、高层建筑混凝土建筑结构的优化设计中的的重力分布和延伸设计
凝土建筑结构的优化设计中的的重力分布和延伸设计在进行高层建筑中具有着不可忽略的作用,因为建筑结构中的延伸性能够使一些部件的承载力具有一定的转动能力,使重力分布在受到外界的影响下,不出现大的变动,保证高层建筑的安全性与完整性。高层建筑在进行延伸设计的过程中,一般都是采用塑性教铰区域的变形,进而对地震的能量进行吸收与消化,这样能够减少地震带来的不良效果。
2、高层建筑混凝土建筑结构的优化设计中的地震力计算
对高层建筑混凝土建筑结构的优化设计中的地震力计算,在一般情况下都是采用振型分解反应谱法对地震力进行计算。进行振型分解反应谱法计算的一般步骤是:一是进行振型分析,求结构的自振周期、振型与参数;二是由地震影响系数谱线确定水平地震作用标准值;三是计算振型地震作用在标准值下的作用;四是按照振型最大数值组合规则,计算体系水平地震作用标准值的效应。
3、高层建筑混凝土建筑结构的优化设计中的概念设计
高层建筑混凝土建筑结构的优化设计人员,在进行设计的过程中,一定要对概念设计加以重视,在能够满足高层建筑美观、适用的前提条件下,尽量使高层建筑的结构均匀、简单。因为,通过这样的该概念设计,能够使建筑结构的承载力得到有效的平均分布,减少局部体系随着是将的推移成为高层建筑中的薄弱部位,造成高层建筑由于受力的不均衡,导致变形或倾斜的现象发生。
三、高层建筑中混凝土结构的优化设计的具体方法
1、混凝土结构中高强砼和高强钢筋的合理使用
高层建筑在进行施工过程中,材料的选择会直接影响到建筑成本,所以,在混凝土结构的优化设计上要合理的对材料进行选择。高层建筑中选用高强砼和高强钢筋,能够有效的降低钢材的使用量,从而减少建筑的成本。
对于处在地震区域的高层建筑,地震的作用大小可以同建筑自重形成正比,所以,在高层建筑建设过程中,尽可能减轻自重是减少的地震作用的有效手段,能够使高层建筑的安全性得到大幅度的提升。因此,混凝土结构中高强砼和高强钢筋的合理使用,能够充分的减少各个间建筑构件的截面尺寸,进而减少自重,不仅能够达到建筑成本节约的效果,还能有效的保证高层建筑的安全。
2、注重剪力墙的平面布置
在高层建筑中剪力墙的应用是具有着十分重要的作用,它是起到稳定作用的施工技术。在进行剪力墙的平面布置过程中,要注意以下几个方面:一是在进行剪力墙的平面布置过程中,要满足建筑功能的基本要求,并符合高层建筑内的实际设置情况进行布置;二是剪力墙在进行布置时,最为有效的方法就是进行双向的平面布置,避免出现单向有墙的结构布置;三是剪力墙设计中要减少短肢墙的应用,不能够采用全部的短肢剪力墙的平面布置。
总结:
总体上看,高层建筑中混凝土机构的优化设计,可以从多个方面入手,从地震力计算,到建筑材料高强砼和高强钢筋的选择使用,最后到剪力墙的平面布置,都是为了给高层建筑的安全带来保障,并对建筑成本降低起到相对的作用。
参考文献:
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[2] 高师育. 高层建筑中混凝土结构裂缝分析及控制措施[J]. 黑龙江科技信息, 2008,(14)
[3] 刘洋, 程伟刚. 高强混凝土在实际工程中的应用[J]. 黑龙江科技信息, 2010,(04)
关键词: 高层建筑 消防设计 消火栓
前言:近几年来,我国建筑业发展迅速,高层建筑不断涌现,高层建筑成为了一个城市繁荣度的重要体现,由于高层建筑的自身特点,导致其也存在着不少缺陷,火灾就是高层建筑中常见灾害之一,据全国火灾统计,建筑火灾造成的人员伤亡和财产损失所占比重最大, 因此,做好高层建筑消防设计工作是必要的,笔者就其消防设计进行了一番探讨工作。
1 高层民用建筑火灾主要成因分析
1. 1 消防设计措施不全、先天不足
国家出台的《高层民用建筑设计防火规范》, 为高层建筑的消防安全提供了规范保证。但此前一些老式的高层建筑在消防设施设计上存在先天缺陷, 不符合国家现行的《建筑设
计防火规范》要求。部分建设单位干扰设计片面地根据满足自身需要和人为设想要求设计建筑布局, 相当一部分高层建筑设计未经消防审核、验收就开工建设并投入使用。一些单位未设火灾自动报警和自动喷水灭火系统,疏散楼梯间不符要求等问题带有一定的普遍性,这些问题形成后就成了极难整改的痼疾, 成为重大火险隐患。
1. 2 消防设审不严、施工质量不高
建筑消防设计审查工作,作为建筑设审中的一项十分严格的工作。然而, 一些地区, 三边工程较为普遍, 建设单位为节省投资, 在施工过程中,边设计边施工,边施工边报审,审核未通过,工程已经建了一大半, 造成建筑消防安全隐患。一些高层建筑的施工方资质较低, 人员流动性大, 业务水平低, 特别是建筑消防工程的施工; 一些中标单位挂靠消防资质, 而施工仍然是原班人马,造成工程施工质量粗劣; 有些施工队伍为了赚取利润,暗地更改图纸, 在施工中偷工减料,影响建筑耐火性能, 以劣质次品充当合格消防产品, 给工程带来重大火灾隐患。
1. 3 建筑消防管理不规范
在高层建筑的长期使用过程中,人们往往忽视了对消防系统的管理与维护。现代高层建筑一般都设有火灾自动报警、自动灭火、自动防排烟系统等。发生火灾时, 上述系统均应做到联合动作。然而, 由于管理人员重视不够, 没有坚持对消防系统进行管理与维护, 致使前期大力投资的消防设施老化、损坏, 形同虚设。等到发生火灾时, 消防系统无法发挥其应有作用。高层建筑的疏散楼梯按国家消防技术规范的要求应设有防烟楼梯或封闭楼梯,疏散通道上的防火门上装有闭门器, 靠闭门器的作用防火门平时关闭,火灾时既方便逃生,又能有效地阻断烟气。然而, 有些高层建筑中的住户为了方便, 将疏散通道上的防火门人为地敞开或是堆上物品,一旦发生火灾, 大量的有毒浓烟就会沿楼梯间扩散到上层,使人员无法通过楼梯疏散到地面。
2 高层民用建筑安全设计隐患
2. 1 高层住宅避难层空白
《高层民用建筑设计防火规范》规定: 建筑高度超过100m的公共建筑,应设置避难层。专家指出,高层建筑发生火灾时,若超过消防云梯车能够达到的高度, 从大楼外面施救的可能性很小, 一般要依靠自救。建筑高度超过100m的旅馆、办公楼和综合楼等公共建筑, 由于楼层很高,人员很多,尽管已设有防烟楼梯等安全疏散设施, 火灾时其内人员仍很难迅速地疏散到地面。因此, 对超高层公共建筑在其适当楼层设置供疏散人员暂时躲避火灾和喘息的一块安全区即避难层或避难间, 是极为重要的。据调查, 国内建成的许多超高层公共建筑都设置了避难层(间), 一般是与设备层、消防给水分区系统和排烟系统分区有机结合设置。然而, 规定并没有对高层住宅的避难层作类似规定, 导致高层住宅避难层设置出现空白,存在极大消防隐患。
2. 2 消防取水口的设置及消火栓间距确定模糊
供消防车取水的消防水池应设取水口或取水井。规范没有规定什么样的消防水池才供消防车取水, 使许多设计者把握不准。笔者认为出于三种情况考虑:
1)如果消防水池在消防车的吸水高度( 6m)内, 不管消防水池是否储存了室外消防用水量, 都应设置取水口。因为设置水泵接合器的目的之一就是以备消防泵无法启动时使用;
2)如果消防水池不在消防车的吸水高度( 6m)内, 如设在地下三层的消防水池, 而水池又没有储存室外消防用水量, 则无需设置消防取水口;
3)如果水池不在消防车的吸水高度( 6m)内, 而水池又储存了室外消防用水量, 则应设置专用消防取水加压泵, 从消防水池内直接取水, 向室外专用消防管网供水, 取水口可做成室外消火栓的形式,要求取水加压泵1用1备,双电源供电, 流量按设计建筑的室外消防用水量计, 扬程应至少满足室外消火栓栓口处10m水头压力。
2. 3 二类高层住宅消防通道的设计不明确
《高层民用建筑设计防火规范》规定, 除无可燃物的设备层外, 高层建筑和裙房的各层均应设室内消火栓,且消火栓的间距应保证同层任何部位有两个消火枪的充实水柱同时到达。因此, 对于此类的商业服务网点有两种情况, 一种为仅底层设有商业服务网点,那么如果每隔间内都设两个消火栓箱, 不仅投资巨大, 而且还会造成不必要的浪费。有些设计人员采用门双阀双栓消火栓, 放置于两分隔墙的中间, 这样虽然保证了同层任何部位有两个消火枪的充实水柱同时到达的要求, 但是笔者认为这种做法不可取。首先, 不满足商业服务用房中对于/不开门窗洞口隔墙与住宅和其他用房完全分隔的规定; 其次, 这种做法增加了不安全因素。因此, 对于此种商业用房, 可在每个隔间内设置自救式消防卷盘, 对初期火灾可自行扑救; 另一种为一、二层均为商业服务网点,可考虑在每层楼梯处各设一个消火栓,上下共用, 也可满足规范要求。在高层建筑设计中,还应按规定: 除18层及18层以下, 每层不超过8户,建筑面积不超过650m?, 设有一座防烟楼梯间和消防电梯的塔式住宅以及顶层为外通廊式住宅的高层建筑,通向屋顶的疏散楼梯不宜少于两座, 且不应穿越其他房间, 通向屋顶的门应向屋顶方向开启。
结束语:高层民用建筑火灾事故研究工作, 是一个巨大的社会课题,有待各专业人员的共同研究。高层建筑的发展,是社会必然趋势,相信通过设计和施工人员的共同努力,高层建筑中面临的种种问题都会被解决,高层建筑消防设计工作一定会越做越好。
参考文献:
[1] GB50016-2006,建筑设计防火规范[ S].
关键词:火灾特点;消防;审核;举措
中图分类号:TD75+1 文献标识码:A
1 高层建筑的火灾特点
高层建筑不仅楼层多,使用设备诸多,而且内部设有楼梯间、送排风管道、垃圾道等竖向管井等,其建筑结构使高层火灾呈现出以下特点:
1.1 高层建筑的危险性
随着近年来高层建筑发展。建筑内部在装修时也多采用可燃有机材料和复合材料,一旦发生火灾,火灾都有可能在短时间内蔓延到整栋楼。
1.2 人员疏散困难
由于高层建筑人员密集,所以当发生火灾时,人员在疏散困难,因为当人类生命受到威胁时求生欲望就也强烈,出于本性都想往通道寻找出口逃生,往往会造成恐慌,出口拥堵,出现人踩人的情况,甚至有伤亡现象发生。
1.3 高层建筑的火灾扑救困难
由于楼层较高,消防人员在火灾扑救的同时也要兼顾到人员疏散的责任,但是,消防人员难以接近火点和体力消耗较大,还有停电、大量浓烟、猛烈的火势等等因素,所以消防人员的扑救工作面临着严峻的挑战。
2 高层建筑中的消防审核重点
针对高层建筑的火灾特点,消防审核工作应把握以下重点:
2.1 高层建筑的登高面与登高车操作场地
消防人员在到达火灾现场开展救援时,必须具备登高面和登高消防车操作场地的支持。所谓登高面,是指登高消防车在靠近高层建筑主体,进行消防车登高操作使消防人员实施灭火的建筑立面。登高车操作场地则是指沿建筑登高面实施登高作业的空间场地。对高层建筑的消防审核首先要重视登高面和操作场地问题,它是火灾救援最基本的建筑条件。但是我国《高层民用建筑设计防火规范》只是对高层建筑登高面提出了要求,对登高操作场地却没有明确的规定。这主要是因为我国各地区经济发展水平不同,楼宇建筑特点不同,消防队购置的消防车型号不同,现场救援的需求也会有所区别。作为消防审核部门必须确保登高操作场地与当地实际情况相匹配,防止建筑方因规范内容存有余地而在设计和施工中能减就减,给日后救援带来阻碍。
2.2 高层建筑的应急避难层设置
我国《高层民用建筑设计防火规范》对高层应急避难层的设计做出了规定,要求高层建筑从首层开始,第一个避难层和第二个避难层之间的距离不宜超过15层。当火灾发生时,在第一个避难层的人员不能再由楼梯层疏散时,可以由消防人员借助登高车将人员疏散下来。从各地区建筑的实际来看,多数楼宇设计都将15层作为避难层间的分界点。但是作为消防审核部门,务必要以地区实际为参照,因为应急避难层决定着消防人员需要直接进行疏散的位置,如果消防装备不能完成这一高度范围的救援,仅仅在建筑中将15层设置为避难层分界点是有失实践意义的。消防审核部门应综合分析地区救援实际对本地区高层建筑设计加以指导。
2.3 高层建筑的耐火能力
考虑到高层建筑施救的困难,耐火性能的审核不可忽视。高层建筑首先需要降低火灾发生率,其次当火灾确实发生后,还必须保证人员撤离的足够时间,以及建筑楼体能继续保持完整。因此,高层建筑达到耐火极限不仅可以防止楼体本身的坍塌毁坏,减少人员伤亡、财产损失,而且也为消防人员的营救争取了时间。我国《高层民用建筑防火规范》对高层建筑不同部位的耐火性能和极限提出了要求,如墙柱的耐火极限和燃烧性能应为3小时。但是高层建筑的结构有其自身特点,一般以钢结构和钢筋混凝土结构为主。钢结构耐火性能差,混凝土结构虽耐火能力强,却容易发生变形。所以消防审核部门应着重对高层建筑的保护措施进行审核,如使用耐火材料将钢结构包裹起来,喷涂防火材料等,都可以起到抑制火灾的作用。
3 高层建筑实施消防审核的举措
按照以上审核重点,消防审核部门应着力推进指标体系、审核队伍、审核制度的建设,以达到理想的审核效果,维护高层建筑的安全。
3.1 确立高层建筑消防审核指标体系
我国目前涉及高层消防设计的规范较多,如《高层民用建筑设计防火规范》、《火灾自动报警系统设计规范》、《自动喷水灭火系统设计规范》等,且每部具体规范中的内容又需要依据当地实际情况落实。消防审核部门应综合现有的规范指导,确立符合地区消防需求的高层建筑审核指标体系,将需要审核的内容分层设置,层层细化,以达到全面审核、抑制风险的目标。消防审核部门在制定指标体系的过程中,应注意和建筑部门、施工部门展开沟通,详细讲解国家规范在本地区内的执行要求,使高层建筑的设计能够充分体现宏观规范与微观实际的紧密结合,既降低火灾发生概率,又为可能发生的现场救援创造便捷的条件。
3.2 塑造高层建筑消防审核专业队伍
对高层建筑的消防审核不仅是国家赋予地方消防机构的行政许可权力,更是充满技术含量和责任使命的检查工作。承担消防审核任务的工作人员应具备综合型、复合型能力,既要掌握国家法律法规、政策规范的各项要求、技术标准,同时还要熟悉高层建筑技术、材料的最新应用进展,能够从实践角度分析可能产生火灾的隐患,以及现场施救的条件。为此,消防部门应打造专业审核队伍,用专业水准完善对高层建筑火灾风险的防范。
3.3 创建高层建筑消防审核执行制度
高层建筑的消防审核是一项持续性的工作,设计期间、施工期间、使用期间都会存在火灾风险控制的不同需求。消防审核部门应创建系统的审核制度,除规定审核指标体系的应用、审核人员的专业素养外,还应对高层建筑不同时期的审核任务予以明确规定,使设计期间的宣传指导、施工期间的建筑构造审核、使用期间的消防安全检查有机贯穿起来。
结语
对高层建筑的消防审核需要以国家规范为指导,并结合各地实际情况制定具体的审核指标,从而有效降低高层火灾的发生概率,提高现场施救能力。相信伴随审核工作与消防技术的发展,城市高层建筑的安全性能将会继续提高。
参考文献
[1]张殿林,顾太新.对我国高层建筑防火问题的研究[J].黑龙江科技信息.2011(23).
[2]赵祥,王禹.建筑性能化防火设计方法及其应用初探[J].四川建筑科学研究.2008(02).
关键词:高层建筑;新材料;抗震;低碳
1前言
有关高层建筑的定义目前尚没有统一规定,从理论上讲应按照结构的受力特性来划分,即按水平作用对建筑物的影响程度来划分。联合国教科文组织下属的世界高层建筑委员会曾于1972年在美国宾夕法尼亚州的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上专门讨论了这个问题,提出将9层及9层以上的建筑定义为高层建筑,并建议按建筑的高度将高层建筑分为4类:第一类,9~16层(最高到50 m);第二类,17~25层(最高到75 m);第三类,26~40层(最高到l00 m);第四类,也称超高层建筑,40层以上(高度在100 m以上)。但是,不同的国家或地区根据其具体情况,综合建筑类别、材料品种以及防火要求等因素,还有自己的规定。如美国把高层建筑的起始高度规定为22~25 m或层数在7层以上;日本规定层数为11层,或建筑高度为31 m;德国规定层数为22层(含室内地面);法国规定为住宅高度在50 m以上,其他建筑28 m以上。
在我国,关于高层建筑的界限规定也未完全统一。行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3―2002)(以下简称高规)规定,10层及10层以上和高度超过28 m的钢筋混凝土民用建筑属于高层建筑。国家标准《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045-1995)规定,10层及10层以上的住宅建筑(包括底层设置商业服务网点的住宅)和建筑高度超过24 m的公共建筑为高层建筑。建筑高度指建筑物室外地面到其檐口或屋面、屋面板板顶的高度,屋顶上的望塔、水箱间、电梯机房、排烟机房和出屋面的楼梯间等不计入建筑高度和层数内。
2 高层建筑设计特点:
①水平荷载对结构的影响大,侧移成为结构设计的主要控制目标之一。对一般建筑物,其材料用量、造价及结构方案的确定主要由竖向荷载控制,而在高层建筑结构中,高宽比增大,水平荷载(包括风力和地震力)产生的侧移和内力所占比重增大,成为确定结构方案、材料用量和造价的决定因素。其根本原因就是侧移和内力随高度的增加而迅速增长。
②楼(屋)盖结构整体性要求高。高层建筑结构的整体共同工作特性主要是各层楼板(包括楼面梁系)作用的结果,由于楼板在自身平面内的刚度很大,变形较小,故在高层建筑中一般都假定楼板在自产生平面内只有刚移(仅产生平动和转动),而不改变形状,并忽略楼板平面之外的刚度。因此,在高层建筑结构中的任一楼层高度处,各抗侧力结构都要受到楼板刚体移动的制约,即所谓的位移协调,这时抗侧刚度大的竖向平面结构必然要分担较多的水平力。
③高层建筑结构中构件的多种变形影响大。在一般房屋结构分析中,通常只考虑构件弯曲变形的影响,而忽略构件轴向变形和剪切变形的影响,一般是因为其构件的轴力和剪力产生的影响很小。而对于高层建筑结构,由于层数多、高度高,轴力很大,从而沿高度逐渐积累的轴向变形很显著,中部构件与边部、角部构件的轴向变形差别大,对结构内力分配的影响大,因而构件中的轴向变形影响必须加以考虑。
④结构受到动力荷载作用时的动力效应大。根据结构本身的特点不同,如结构的类型与形式,结构的高度与高宽比,结构的自振周期与材料的阻尼比等的不同,结构受到地震作用或风荷载作用时,产生的动力效应对结构的影响也不同,有时这种动力效应严重影响结构物的正常使用,甚至造成房屋的破坏。
⑤扭转效应大。当结构的质量分布、刚度分布不均匀时,高层建筑结构在水平荷载作用下容易产生较大的扭转作用,扭转作用会使抗侧力结构的侧移发生变化,从而影响各个抗侧力结构构件(柱、剪力墙或筒体)所受到的剪力,并进而影响各个抗侧力结构构件及其他构件的内力与变形。因此,在高层建筑结构设计中,结构的扭转效应也是不可忽视的问题。
⑥必须重视结构的整体稳定和抗倾覆问题。在高层建筑结构设计中,应该重视结构的整体稳定性与结构的抗倾覆能力,防止结构发生整体失稳的破坏情况。
⑦当建筑物高度很大时,结构内外与上下的温差过大而产生的温度内力和温度位移也是高层建筑结构的一种特点。
3高层建筑的发展趋势
近年来,高层建筑呈现出以下发展趋势:
①新材料的开发和应用。随着高性能混凝土材料的研制和不断发展,混凝土的强度等级和韧性性能也不断地改善。混凝土的强度等级已经可以达到C100甚至更高,在高层建筑中应用高强度混凝土,可以减小结构构件的尺寸,减少结构自重,必将对高层建筑结构的发展产生重大影响。高强度具有良好可焊性的厚钢板将成为今后高层建筑钢结构的主要用钢,而耐火钢材FR钢的出现为钢结构的抗火设计提供了方便。
②层数增多,高度加高。由于城市规划、用地紧张和使用功能等原因,我国高层建筑目前也有一些正在设计或施工的80层以上的建筑。在地震区的钢筋混凝土高层建筑结构设计中,我国处在世界领先地位。
③组合结构高层建筑增多,采用组合结构可以建造比混凝土结构更高的建筑。在强震国家日本,组合结构高层建筑发展迅速,其数量已超过混凝土结构高层建筑。除外包混凝土组合柱外,钢管混凝土组合柱应用很广泛,外包混凝土和钢管混凝土双重组合柱的应用也很多。由于钢管内混凝土在处于受压状态时,能提高构件的竖向承载力,从而可以节省钢材。
④新型结构形式的应用增多。已建成的香港中国银行大厦和正在筹划中的芝加哥532 m高的摩天大楼方案,都采用了桁架筒体,并将全部垂直荷载传至周边结构,它们的单位面积用钢量都仅约150 kg/m2,特别节省钢材。预计这种结构体系今后在300 m以上的高层建筑中将得到更多的应用。巨型框架体系由于其刚度大,便于在内部设置大空间,今后也将得到更多的应用。现已表明多束筒体系在适应建筑场地、丰富建筑造型、满足多种功能和减小剪力滞后等方面具有很多优点,预计今后也将扩大应用。
⑤平面布置与竖向体型更加复杂。近年来,出现了不规则、不对称和曲线形的建筑平面,这固然是由于建筑功能和城市规划的需要,但结构分析技术和计算手段的提高也为它创造了前提条件。另外,由于现代高层建筑向多功能综合性发展,内设办公室、旅馆、住宅、商店、餐厅和文体等服务项目,因此要求不同楼层有不同的结构布置,使得沿竖向发生结构形式和刚度的突变,需通过承托大梁或过渡层过渡,这样就对结构设计提出了更高的要求。
⑥耗能减震技术的应用将得到发展。建筑结构的减震有被动耗能减震和主动减震(有时也称被动控制和主动控制)两种。在高层建筑中被动耗能减震结构有耗能支撑、带竖缝耗能剪力墙,被动调谐质量阻尼器以及安装各种被动耗能的油阻尼器等。主动减震则是由计算机控制,由各种驱动器驱动的调谐质量阻尼器对结构进行主动控制或混合控制。结构主动减震的基本原理是通过安装在结构上的各种驱动装置和传感器与计算机系统相连接,计算机系统对地振动(或风振)和结构反应进行实时分析,向驱动装置发出信号,驱动装置对结构不断地施加各种作用,以达到在地震(或风振)作用下减小结构反应的目的。
各个高层建筑的实际地理位置和附近建筑的影响都是有很大差异的,所以设计人员在开展结构设计工作时一定要考虑到建筑的实际地理环境:第一,设计好平面布局。在设计建筑的平面布局时必须以有关建设规定为依据,并在建筑周围完善各种配套设备,例如能够满足居民需求的停车场、大型超市等。第二,建设高层建筑时不仅要满足建筑的功能需求,还要使建筑每层的平面布局都有同一性,这样能使建筑的电气线路设计方案、取暖设备、管道设计及防火疏散出口等能够大量的开展设计。第三,合理地确定高层建筑中电梯及楼梯的数量及位置,这样才能确保生活工作的顺利性以及逃生时的时效性。第四,建设高层建筑中所使用的各种原材料、设备以及风力、温差和震动等有较强的抵抗能力。第五,建筑设计满足了人们的使用要求后,还要尽可能地提高建筑物的美观程度,并尽量体现建筑的自身特色。
2高层建筑设计常见问题分析
2.1高层建筑结构设计中的高度问题
有些建筑企业在进行高层建筑的施工时常常一味地追求企业利润的最大化,经常会随意地在设计高度基础上增加建筑的高度,盲目地将经济利益作为高层建筑施工的目标,最终会使建成的高层建筑高度不符合相关规定。同时,建筑高度的加大,势必使建筑结构所承受的垂向负荷增加,使其大于地基所能承受的最大负荷,建筑物便会出现抗风性弱、无法抵御恶劣天气及地震灾害等诸多问题,这会严重影响建筑物使用者的安全。所以,国家有关审查机构必须对高层建筑的高度进行严格的审查,并在抗震及建筑高度方面制定严格的规定,针对随意加大建筑高度的行为制定严厉的处罚措施,以遏制这种现象的产生。
2.2高层建筑的嵌固端确定问题
建筑结构设计计算的可信度和准确度会受到高层建筑结构嵌固端的极大影响,所以要科学地确定结构嵌固端的具置,并保证它的位置与建筑整体的抗震性能相协调,这也是高层建筑设计工作中极其重要的内容。必须保证嵌固端位置的合理性,但建筑企业往往没有重视嵌固端位置可能产生的诸多不利影响,如嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题。因此,在设计嵌固端的具置时,一定要充分考虑各个因素,这样才能最科学地确定嵌固端的位置,防止因嵌固端位置的不合理而产生的施工隐患。
2.3高层建筑设计中的抗震问题
研究我国地质情况发现,中国建筑企业是较易发生地震的,再加之泥石流、山体滑坡、地面塌陷产生的概率也较大,因此,开展高层建筑的结构设计工作时,一定要把增强建筑的抗震能力作为最关键的工作。进行抗震设计时经常遭遇的困难有:首先,抗震构造柱的位置不合理。墙体的转角处,屋内的四角位置没有设立构造柱或者未对称设计;这样可以减小砖墙所承受的重量;山墙或纵墙的连接处没有建设抗震构造柱。其次,设计好结构的平面布局。不对称、无规律的平面布局,易产生较大的凹凸形变,即使是在相同的结构单元,结构的平面布局及刚度也不协调、平面的长度超过规定等。
2.4高层建筑防火安全问题
现今我国高层建筑的高度日益加大,万一出现火灾事故,则会影响相当大的区域,甚至危害整体建筑,带来严重的经济损失,还可能影响工作人员的安全,因此解决好高层建筑建设中的防火问题也是极其重要的。2.4.1增强高层建筑墙体防火材料的耐火性及阻燃性。建设高层建筑墙体所使用的材料只有一定耐火性及阻燃性,这样才能使高层建筑整体有较好的抗火性能,并使其具有抗火分期的作用,将火灾带来的恶劣影响降到最低。2.4.2要保证整个建筑的通畅性、安全性。建设高层建筑时必须设置数量合理的人流量楼梯,这样可以在火灾发生、电梯故障时,楼梯内的工作人员能够迅速地从救生步梯中逃生。此外,楼道中还要安装一定数量的照明设备和逃生指示图,这样能避免逃生过程中发生踩踏等意外,保证所有人员都能安全撤离。
2.5高层建筑防雷击的问题
高层建筑需要有较强的抵抗雷电的能力,所以在设计高层建筑施工方案时必须注意雷电因素对建筑产生的恶劣影响,特别是广州一带雷雨多发的地区。实际上,在设计建筑防雷系统时,一定要本着“综合治理,整体防御,突出重点,多重保护”的原则,要考虑到建筑周围设施和建筑其他易遭受雷击的地方安装避雷针或避雷网等防雷设备,还要安装钢筋混凝土来进行接地,把雷电对建筑的恶劣影响减到最小。
3结语