前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇高层建筑的概念范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
中图分类号:TU2文献标识码:A 文章编号:abstract:The high-rise building design, can't just pay attention to the building itself the creation of the facade, and should with the scale of the people for reference coefficient, fully consider people observe viewpoints, the sights, perspective, and high building use close degree, from the macro environment of the city to the microscopic texture of the materials to create a good design of the scale of the feeling, of the high-rise building is divided into five kinds of main external scale scale: the city scale, the overall scale, streets scale, scale, detail scales approach.
Keywords: architectural design, scale, concepts, plan, the top
伴随高层建筑外部造型设计多以追求建筑形象的新、奇、特为目标,每栋高层都想表现自己,突出自我,而这样做的结果只能使整个城市显得纷繁无序、生硬,建筑个体外部体量失衡,缺乏亲近感,拒人于千里之外。造成这种现象的主要原因是缺乏对高层建筑的外部尺度的认真仔细推敲,因此,对高层建筑的外部尺度的研究是很有必要的。 首先定义一下尺度,所谓的尺度就是在不同空间范围内,建筑的整体及各构成要素使人产生的感觉,是建筑物的整体或局部给人的大小印象与其真实大小之间的关系问题。它包括建筑形体的长度、宽度、整体与城市、整体与整体、整体与部分、部分与部分之间的比例关系,及对行为主体人产生的心理影响。讲到尺度时应注意它与尺寸之间的区别,尺度一般不是指建筑物或要素的真实尺寸,而是表达一种关系及其给人的感觉,尺寸是用度量单位。高层建筑设计时,不能只单单重视建筑本身的立面造型的创造,而应以人的尺度为参考系数,充分考虑人观察视点、视距、视角,和高层建筑使用亲近度,从宏观的城市环境到微观的材料质感的设计都要创造良好的尺度感,把高层建筑的外部尺度分为五种主要尺度:城市尺度、整体尺度、街道尺度、近人尺度、细部尺度。1.高层建筑设计中的外部尺度1.1城市尺度高层建筑是一座城市有机组成部分,因其体量巨大,高度很大,是城市的重要景点,对城市产生重大的影响。从对城市整体影响的角度来看,表现在高层建筑对城市天际轮廓线的影响,城市的天际轮廓线有实、虚之分,实的天际线即是建筑物的轮廓,虚的天际线是建筑物顶部之间连接的光滑曲线,高层建筑在城市天际线创造中起着重要的作用,因城市的天际轮廓线从一个城市很远的地方就可以看见,也是一座城市给一个进入它的人第一印象。因此,高层建筑尺度的确定应与整个城市的尺度相一致,而不能脱离城市,自我夸耀,唯我独尊,不利于优美、良好天际线的形成,直接影响到城市景观。高层建筑对城市局部或部分产生的影响,是指从市内比较开阔的地方,如:广场、干道、开放的水系和绿地所看到的天际线,也直接影响人民的日常生活。因此,城市天际轮廓线不仅影响人从城市所看的景观,也直接影响到市内居民的生活与视觉观赏。1.2整体尺度整体尺度是指高层建筑各构成部分,如:裙房、主体和顶部等主要体块之间的相互关系及给人的感觉。整体尺度是设计师十分注重的,关于建筑的整体尺度的均衡理论有许多种,但都强调整体尺度均衡的重要性。面对一栋建筑物时,人的本能渴望是能把握该栋建筑物的秩序或规律,如果得到这一点,就会认为这一建筑物容易理解和掌握,若不能得到这一点,人对该建筑物的感知就会是一些毫无意义的混乱和不安。因此,建筑物的整体尺度的掌握是十分重要的,在设计时要注意下面的两点:1.2.1各部分尺度比例的协调高层建筑一般由三个部分组成的——裙房、主体和顶部,也有些建筑在设计中加入了活跃元,以使整栋建筑造型生动活跃起来。一个造型美的高层建筑是建立在很好地处理了这几个部分之间的尺度关系,而这三个部分尺度的确定,应有一个统一的尺度参考系(如把建筑的一层或几层的高度作为参考系),不能每一部分的尺度参考系都不同,这样易使整个建筑含糊、难以把握。1.2.2高层建筑中各部分细部尺度应有层次性高层建筑各部分细部尺度的划分是建立在整体尺度的基础上的,各个主要部分应有更细的划分,尺度具有等级性,才能使各个部分造型构成丰富。尺度等级最高部分为高层建筑的某一整个部分(裙房、主体和顶部),最低部分通常采用层高、开间的尺寸、窗户、阳台等这些为人们所熟知的尺寸,使人们观察该建筑时很容易把握该部分的尺度大小。一般在最高和最低等级之间还有1~2个尺度等级,也不易过多,太多易使建筑造型复杂而难以把握。1.3街道尺度街道尺度是指高层建筑临街面的尺度对街道行人的视觉影响。这是人对高层建筑近距离的感知,也是高层建筑设计中重要的一环。临近街道的高层建筑部分的尺度确定,主要考虑到街道行人的舒适度,高层建筑主体因为尺度过大,易向后退,使底层的裙房置于沿街部分,减少了高层建筑对街道的压迫感。例如:上海南京路两边的高层建筑置于后面,裙房置于前使两侧的建筑高度与街道的宽度的比例为1∶12,形成良好的购物环境。为了保持街道空间及视觉的连续性,高层建筑临街面应与沿街的其他建筑相一致,宜有所呼应。如:在新加坡老区和改建后的一条干道的两侧,为了不致造成新区高层和老区低层截然分开,沿新区一侧作了和老区房屋高度相同中相似的裙房,高层稍后退,形态效果良好的对话关系。
1.4近人尺度
近人尺度是指高层建筑最底部分及建筑物的出入口的尺寸给人的感觉。这部分经常为使用者所接触,也易被人们仔细观察,也是人们对建筑直接感触的重要部分。其尺度设计应以人的尺度为参考系,不宜过大或过小,过大易使建筑缺少亲近性,过小则减小了建筑的尺度感,使建筑犹如玩具。
1.在近人尺度处理中,应特别注意建筑底层及入口的柱子、墙面的尺度划分,檐口、门、窗及装饰的处理,使其尺度感比以上几个部分更细。对入口部分及建筑周边空间加以限定,创造一个由街道到建筑的过渡缓冲的空间,使人的心理有一个逐渐变化的过程。如:上海图书馆门前采用柱廊的形式,使出入馆的人有一个过渡区,这样使建筑更具有近人及亲人性。
2.高层建筑外部尺度设计的原则
2.1建筑与城市环境在尺度上的统一 。注意高层建筑布置对城市轮廓线的影响,因为在城市轮廓线的组织中,起最大作用的是建筑物,特别是高层建筑,因而它的布置应遵行有机统一的原则进行布置:(1)高层建筑聚集在一起布置,可以形成城市的“冠”,但为避免其相互干扰,可以采用一系列不同的高度,或虽采用相仿高度,但彼此间距适当,组成有关的构图。也可以单栋高层建筑布置在道路转弯处,以丰富行人的视觉观赏。(2)若高层建筑彼此间毫无关系,随处随地而起不到向心的凝聚感,则不会产生令人满意的和谐整体。(3)高层建筑的顶部不应雷同或减少雷同,因为这会极大影响轮廓线的优美感。
2.2同一高层建筑形象中,尺度要有序。高层建筑设计时,应充分考虑建筑的城市尺度、整体尺度、街道尺度、近人尺度、细部尺度这一尺度的序列,在某一尺度设计中要遵守尺度的统一性,不能把几种尺度混淆使用,才能保证高层建筑物与城市之间、整体与局部之间、局部与局部之间及与人之间保持良好的有机统一。
关键词:高层建筑;结构概念设计;特点;抗震
中图分类号:TU208文献标识码: A
近年来我国建筑行业迅猛发展,建筑设计水平也有了很大的提高,一个社会发展的快慢已经渐渐地体现在建筑水平的高低,大量的工程实践证明:对于高层超高层建筑来说,由建筑师和结构工程师的紧密合作在设计前期运用结构概念,对建筑的结构体系有选择性的比较,就能设计出性能较好、经济效益高、让人满意的建筑结构方案,为建筑工程施工打下坚实的基础。本文从高层建筑结构概念设计出发,结合结构抗震设计,给出了一些高层建筑概念设计的方法和措施。
一、建筑结构概念与高层建筑结构的受力性能
建筑所表现的是空间的概念和状态,它是周围总体环境的表现形式,建筑设计师必须灵活的运用物质性的、活动性的和象征性的空间表现形式,以期望能够达到一个科学的、令人满意的环境感。建筑设计师对于一个建筑物最初的方案设计,应该考虑其空间组成多一点,对于空间形式的整体感想,又必须基于建筑形式中负荷和受力之间的一些准则,这就是所说的结构概念,主要包括三个方面:一是固定在地面上的空间形式;二是具有质量与荷载能力的空间形式;三是能够抵抗水平风力与地震的空间形式。
建筑物空间形式竖向的稳定性和水平的稳定性容易受到建筑物底面的影响,建筑物都是由一些体积比较大和重量比较重的构件组成,为了能够保持建筑物的稳定性和安全性,[1]能够将其重量转移到地面上,结构的作用力总是作用在地面上的。
低层、多层和高层建筑,它们竖向和水平方向的结构体系基本上都是同一个设计原理,然而,随着高度和层数的不断增加,竖向结构体系渐渐地成为了结构设计中的控制要素,有两方面的原因:一是随着垂直负载的增大,就必须要有相对应的柱体、墙壁;二是侧向力的倾覆力矩和所产生的的剪切变形比较大。侧向荷载对建筑物的影响是随着建筑物的高度极具增大。比如,在相同的外部条件下,在同等风力的作用下,建筑物基底的倾覆力矩基本上是与建筑物高度的平方成正比的,然而其顶部的侧向位移则不是这样,而是与建筑物高度的四次方成正比,那么地震的影响就会更加的明显。所以,不仅仅是抗剪切力,而且还要考虑整体抗弯能力和抗变形能力在高层建筑的设计中,高层建筑的结构概念设计与受力性能有很大的联系。
二、高层建筑结构一般性概念设计
一般建筑物的结构成分都是由混凝土和钢材构成,如果我们可以遵循以下设计原理和原则,按照高层建筑结构概念合理的、客观的进行结构布置,就能够达到增加高层建筑抵抗变形能力的目的:一是适当的把抗弯结构体系的宽度加大,这样可以有效的减小水平力产生的倾覆力矩,在其他的条件相同的情况下,根据工程实践表明,变形的减少是按照宽度增加的三次方减少的。二是增大承受主要荷载构件的有效截面积。[2]接由主要抗弯构件来承受大部分的垂直负荷,让主要的抗倾覆构件能够受到预压而使建筑物在倾覆拉力的影响下能够保持房屋的稳定性。四是利用实心墙或者斜撑构件布置在竖向结构体系中,这样可以有效的抵抗楼层的部分剪切力,如果抗剪全部用完全受弯的竖向构件需要花费很大的成本,它比用实心墙或者斜撑构件所要的材料多和花费的施工时间长,这是不经济、不科学的。
三、高层建筑结构概念设计中的抗震概念设计
由于地震动对高层建筑的影响具有不确定性,因此,建筑结构计算出来的模型的假设与实际的地震工况有很大的差异,所幸的是地震动又具有一定的规律性。高层建筑的抗震设计,少不了建筑工程师与结构工程师之间的配合,仅仅依赖计算设计是不行的,在很大程度上主要还是取决于一个良好的抗震结构概念的设计,它主要包括建筑设计结构的规则性、合理的结构体系和结构的延性,前两者必须要经过有经验的、有抗震设计能力的建筑师与结构师共同讨论出几种可供参考的结构形式,在实际运用中,根据实地考察和勘查,再结合项目现场的地理环境因素,选择科学合理的结构形式。
(一)关于建筑结构的规则性
在高层建筑抗震设计中首先要考虑的是高层建筑的体形是否对抗震有利,由于结构设计要考虑的因素许多,导致常常会出现布置的结构不规则,它容易增加结构性能的复杂化,如果建筑师和结构工程师没有很好地考虑到这点,很可能会出现严重的问题,甚至是建筑物倒塌。[3]性能的正确理解和分析是识别不规则结构布置的基础,同时也是采取合理的补救措施来减少甚至是避免因结构布置不规则而引起的负面影响的重点。
建筑形状要做到规则和简单,地震对简单和规则的建筑结构造成的破坏相对而言是比较小的,简单的结构容易分析其受力性能和在受到地震影响下的反应,它的内力分布规律也容易找出。建筑结构尽量做到对称,由于建筑物的刚度和质量分布的不对称,在受到地震影响时,往往会发生扭转性破坏。在实际情况中,往往是做不到这点的,因为建筑构件的强度和刚度一般不会对称,建筑物的质量偏离中心等等。开设洞口要整齐,往往需要在建筑物上面开设门、窗、管道等,由于这些洞口的不规则和不整齐,大大地削弱了整体结构的强度和刚度,这在设计初期应该引起重视。防震缝的设置在高层建筑结构设计中是必须要考虑的一项工作,由于它在一定程度上影响了建筑物的立面效果,所以一般要根据具体的实际情况来决定是否必须要设置防震缝,根据建筑物的体形和结构体系的不同,所要设定的防震缝也是不一样的,不建议每个建筑物都设定,也不提倡都不设定;防震缝一定要分的彻底,连的牢固,切忌似分不分、似连不连。
(二)关于高层建筑抗震结构体系的设计
高层建筑抗震结构体系应该符合下面几种原则:一是要有科学合理的地震作用转移途径和经过准确、细致的计算简图,这两者是不可缺少的,前者可以在地震发生时减少地震对高层建筑的破坏,而后者可以设计出最佳的抗震结构体系;二是要设置多道抗震防线,以防止由于某个单一的构件受到破坏而使得整个抗震体系失去抗震能力或者是对重量负荷的承载能力;三是抗震结构体系要具备一定的强度,结构构件要有较好的变形能力,采用的材料要有良好的吸能耗能能力,吸能和耗能主要就是靠塑性变形来达到,这就要求结构构件要有很好的延性,那么耗能能力就会有所提高,这样构件就不会发生脆性破坏,结构也就不会出现失稳和坍塌的问题。四是结构构件的刚度和强度要分布合理,减少因局部削弱或者是突变而导致形成的薄弱部位的出现,比如说剪力墙应该适宜、均匀、对称的分布在建筑物两边附近和建筑平面形状发生变化比较大的地方,而且剪力墙之间的间距不宜过大,也不宜太过集中,要分布适宜。
结语:综上所述,高层建筑结构概念设计在高层建筑工程中是很重要的环节,主要就是处理好建筑空间布局与建筑结构受力之间的一些问题。掌握了高层建筑结构概念设计,在高层建筑进行方案设计时,就能够合理的进行结构布局,抓住全局观念,预见薄弱的环节,再通过详细地分析和探讨,降低和减少在高层建筑结构体系设计中可能出现的问题,建造出更安全、更可靠、使用周期更长的建筑物。
参考文献:
[1]李峰.高层建筑结构概念设计[J]. 山西建筑.2009(10)
关键词:框架剪力墙;短肢剪力墙;结构选型;抗震性能;SATWE
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
引言
结构工程在建设项目是非常重要的,因为一般建筑工程成本中结构部分所占比重占总造价的主要部分,而结构工程中结构选型是主要影响因素 ,一旦选择不当,将很难实现精确的计算,甚至对结构耐久性及安全性带来无法弥补的缺陷. 建筑物进行良好的选型设计即进行抗震设计对于抵抗和防止地震危害具有重要的现实意义。
1工程简介
重庆地区某幢办公写字楼,27层,层高为3.m,建筑物总高78m,长44m,宽17m,平面较规则,每层面积748m2,总面积20196m2,抗震设防烈度为6级,地震加速度为0.05g,50年一遇基本风压为0.4KN/m2,结构重要性系数为1.0,场地类别为Ⅱ类,地基土为三类土。设计中采用多层及高层建筑结构三维分析与设计软件程序SATWE,对以下拟采用的结构方案进行了计算和比较。
2 拟采用结构形式及其设计基本原则
2.1.框架剪力墙结构
框剪结构体系结合了剪力墙结构稳固以及框架结构布局灵活的优点。这种结构体系主要由柱子来承受竖向荷载,通常在结构边角处以及楼梯间处布置一定数量的剪力墙并主要由这些剪力墙来提供结构的刚度和抵抗水平荷载的能力。
2.2短肢剪力墙结构
短肢剪力墙结构是适用建筑要求形成的特殊的剪力墙结构,根据建筑平面布置,在建筑物凹凸转角处布置各种形式的短墙肢,主要形式有:T型、十字型、L型、Z型、一字型、Y型等(这样可增加短肢墙抗扭和出平面外稳定)。因采用这种结构体系时,将中部的电梯间、楼梯间和管道井四周的剪力墙组成筒体结构,四周布置短肢剪力墙,也可根据需要布置一些长肢墙,所以结构布置极为灵活。
2.3普通剪力墙结构
本方案的特点是依据建筑平面布局设置钢筋混凝土抗震墙,对较长的墙开结构洞将其分为联肢墙,使各墙段的刚度均匀,由于抗震墙较多,可以构成整体抗侧力很强的体系,对较高建筑抗震特别有利。但若房屋高度不大,反而会造成因刚度过大而招致较大的地震作用,而且造价也会增大,并非是理想的方案。
3计算结果的比较分析
本工程用SATWE建模计算。框架剪力墙结构结构柱尺寸为1100×1100mm,两端剪力墙厚度约250mm;短肢剪力墙结构中介设置约肢长1000mm长厚度约220厚短肢剪力墙,两端剪力墙厚度约180mm,标准层平面分别如下:
框架剪力墙结构 短肢剪力墙结构
计算所得数据如下表:
4计算结果分析
(1)从地震基地下剪力及地震倾覆力矩两项指标来看,框剪结构均大于短肢剪力墙结构。说明短肢剪力墙结构引起的地震作用较小,较有利于抗震,分析可能是由于框剪方案中剪力墙较厚较多从而招致了较大地震作用。
(2)周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系,它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理,使结构不致于出现过大(相对于侧移)的扭转效应,减小扭转对结构产生的不利影响,见新《高规》第3.4.5条及相应的条文说明。两方案均满足规定:“结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1 之比,A级高度高层建筑不应大于0.9;B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85”的要求,且短肢剪力墙结构周期比略小于框架剪力墙结构,说明本方案短肢剪力墙结构的扭转效应较小,结构抗侧力构件布置较合理。
(3)最大层间位移角是用来控制结构的侧向刚度的,从上表可以看出本工程中两方案均满足规范规定,框架剪力墙位移角小于1/800, 短肢剪力墙结构小于1/1000,且短肢剪力墙结构的最大层间位移角较小,说明其侧向刚度较大!
(4)位移比主要为限制结构平面布置的不规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应,见《抗规》第3.4.2条,《高规》JGJ3-2010第3.5.3条、3.4.5条及相应的条文说明。从上表可以看出两方案位移比都满足规范规定:“楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍;且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5倍,B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑,不应大于该楼层平均值的1.4倍”,且相差不大,结构平面布置规则性差不多。
(5)最小楼层抗剪承载力之比主要为限制结构竖向布置的不规则性,避免楼层抗侧力结构的受剪承载能力沿竖向突变,形成薄弱层,见《抗规》第3.4.2条和《高规》JGJ3-2010第3.5.3条及相应的条文说明;对于形成的薄弱层应按《高规》第5.1.14条予以加强。从上表可以看出本方案中两方案均满足规定:“不宜小于其相邻上一层受剪承载力的0.8,不应小于0.6”,且短肢剪力墙结构的最小楼层抗剪承载力之比略小,说明其竖向布置的规则性较好。
(6)刚重比主要是控制在风荷载或水平地震作用下,重力荷载产生的二阶效应不致过大,避免结构的失稳倒塌,见《高规》02版第5.4.1条和第5.4.4条及相应的条文说明。从上表可以看出两种结构形式刚重比EJd/GH**2大于1.4,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算,刚重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考虑重力二阶效应。
(7)刚度比主要为限制结构竖向布置的不规则性,避免结构刚度沿竖向突变,形成薄弱层,见《抗规》第3.4.2条,《高规》第4.4.3条及相应的条文说明;对于形成的薄弱层则按《高规》第5. 1.14条予以加强。从上表可以看出两种结构形式刚度比相同,且能满足规范要求的:“抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%”。
从经济性上进行分析,粗略估计,两方案钢筋及混凝土用量差不多;从适用性,美观性上分析,本方案中框架结构柱截面较大,突出墙体较多,而短肢剪力墙结构则更利于房间的布置,而且较经济。经以上分析该工程采用短肢剪力墙结构较好。
5结论
本文主要以一工程实例,探讨了设计主要控制点在PKPM中的应用并对SATWE输出结果进行分析。进一步认识结构设计时相关的控制点:刚度比、位移比、周期比、刚重比等参数以及其调整过程中彼此相互关联涉及构件截面、刚度及平面位置的改变情况。在分析中我们还可以得出以下结论:(1)在框剪结构中,如果剪力墙设置过多,会导致结构刚度过大,从而使地震效应加大,结构内力增大,也同时使框架不能充分发挥作用。(2)短肢剪力墙结构中剪力墙肢可短可长,剪力墙的数量可少可多,主要根据抗侧力的需要而定,还可通过不同布置和尺寸以调整刚度以及刚度中心的位置;由于剪力墙数量减少了,而代之以轻质填充墙,不仅可使房屋总重量减轻,同时也可使结构刚度适当降低,使地震作用减小,这不仅对基础的设计有利,而且对结构抗震也较为有利,同时还可降低工程造价,故应是80m左右高层结构设计时优先选用的一种结构体系。
参考文献:
[1] 建筑抗震设计规范 ( 2008版) [s],GB5001-2001。中国建筑出版社,2001
[2]多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE用户手册及技术条件[R],2008。
关键词:框架剪力墙;短肢剪力墙;结构选型;抗震性能;SATWE
中图分类号: TU323.5 文献标识码: A 文章编号:
引言
结构工程在建设项目是非常重要的,因为一般建筑工程成本中结构部分所占比重占总造价的主要部分,而结构工程中结构选型是主要影响因素 ,一旦选择不当,将很难实现精确的计算,甚至对结构耐久性及安全性带来无法弥补的缺陷. 建筑物进行良好的选型设计即进行抗震设计对于抵抗和防止地震危害具有重要的现实意义。
1工程简介
某幢办公写字楼,27层,层高为3.m,建筑物总高78m,长44m,宽17m,平面较规则,每层面积748m2,总面积20196m2,抗震设防烈度为6级,地震加速度为0.05g,50年一遇基本风压为0.4KN/m2,结构重要性系数为1.0,场地类别为Ⅱ类,地基土为三类土。设计中采用多层及高层建筑结构三维分析与设计软件程序SATWE,对以下拟采用的结构方案进行了计算和比较。
2拟采用结构形式及其设计基本原则
2.1.框架剪力墙结构
框剪结构体系结合了剪力墙结构稳固以及框架结构布局灵活的优点。这种结构体系主要由柱子来承受竖向荷载,通常在结构边角处以及楼梯间处布置一定数量的剪力墙并主要由这些剪力墙来提供结构的刚度和抵抗水平荷载的能力。
2.2短肢剪力墙结构
短肢剪力墙结构是适用建筑要求形成的特殊的剪力墙结构,根据建筑平面布置,在建筑物凹凸转角处布置各种形式的短墙肢,主要形式有:T型、十字型、L型、Z型、一字型、Y型等(这样可增加短肢墙抗扭和出平面外稳定)。因采用这种结构体系时,将中部的电梯间、楼梯间和管道井四周的剪力墙组成筒体结构,四周布置短肢剪力墙,也可根据需要布置一些长肢墙,所以结构布置极为灵活。
2.3普通剪力墙结构
本方案的特点是依据建筑平面布局设置钢筋混凝土抗震墙,对较长的墙开结构洞将其分为联肢墙,使各墙段的刚度均匀,由于抗震墙较多,可以构成整体抗侧力很强的体系,对较高建筑抗震特别有利。但若房屋高度不大,反而会造成因刚度过大而招致较大的地震作用,而且造价也会增大,并非是理想的方案。
3计算结果的比较分析
本工程用SATWE建模计算。框架剪力墙结构结构柱尺寸为1100×1100mm,两端剪力墙厚度约250mm;短肢剪力墙结构中介设置约肢长1000mm长厚度约220厚短肢剪力墙,两端剪力墙厚度约180mm,标准层平面分别如下:
框架剪力墙结构
短肢剪力墙结构
计算所得数据如下表:
4计算结果分析
从地震基地下剪力及地震倾覆力矩两项指标来看,框剪结构均大于短肢剪力墙结构。说明短肢剪力墙结构引起的地震作用较小,较有利于抗震,分析可能是由于框剪方案中剪力墙较厚较多从而招致了较大地震作用。
周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系,它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理,使结构不致于出现过大(相对于侧移)的扭转效应,减小扭转对结构产生的不利影响,见新《高规》第3.4.5条及相应的条文说明。两方案均满足规定:“结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1 之比,A级高度高层建筑不应大于0.9;B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85”的要求,且短肢剪力墙结构周期比略小于框架剪力墙结构,说明本方案短肢剪力墙结构的扭转效应较小,结构抗侧力构件布置较合理。
最大层间位移角是用来控制结构的侧向刚度的,从上表可以看出本工程中两方案均满足规范规定,框架剪力墙位移角小于1/800, 短肢剪力墙结构小于1/1000,且短肢剪力墙结构的最大层间位移角较小,说明其侧向刚度较大!位移比主要为限制结构平面布置的不规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应,见《抗规》第3.4.2条,《高规》JGJ3-2010第3.5.3条、3.4.5条及相应的条文说明。从上表可以看出两方案位移比都满足规范规定:“楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍;且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5倍,B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑,不应大于该楼层平均值的1.4倍”,且相差不大,结构平面布置规则性差不多。
最小楼层抗剪承载力之比主要为限制结构竖向布置的不规则性,避免楼层抗侧力结构的受剪承载能力沿竖向突变,形成薄弱层,见《抗规》第3.4.2条和《高规》JGJ3-2010第3.5.3条及相应的条文说明;对于形成的薄弱层应按《高规》第5.1.14条予以加强。从上表可以看出本方案中两方案均满足规定:“不宜小于其相邻上一层受剪承载力的0.8,不应小于0.6”,且短肢剪力墙结构的最小楼层抗剪承载力之比略小,说明其竖向布置的规则性较好。
刚重比主要是控制在风荷载或水平地震作用下,重力荷载产生的二阶效应不致过大,避免结构的失稳倒塌,见《高规》02版第5.4.1条和第5.4.4条及相应的条文说明。从上表可以看出两种结构形式刚重比EJd/GH**2大于1.4,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算,刚重EJd/GH**2大于2.7,可以不考虑重力二阶效应。
刚度比主要为限制结构竖向布置的不规则性,避免结构刚度沿竖向突变,形成薄弱层,见《抗规》第3.4.2条,《高规》第4.4.3条及相应的条文说明;对于形成的薄弱层则按《高规》第5. 1.14条予以加强。从上表可以看出两种结构形式刚度比相同,且能满足规范要求的:“抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%”。
从经济性上进行分析,粗略估计,两方案钢筋及混凝土用量差不多;从适用性,美观性上分析,本方案中框架结构柱截面较大,突出墙体较多,而短肢剪力墙结构则更利于房间的布置,而且较经济。经以上分析该工程采用短肢剪力墙结构较好。
关键词:高层建筑;抗震概念设计
Abstract: through the introduction of the definition of anti-seismic concept design, the importance and high-rise building aseismic design according to China's present situation, proposed the in designing high-rise use the anti-seismic concept design should pay attention to the question, thus effectively improve the high-rise building extent.
Keywords: high building; Anti-seismic concept design
中图分类号:[TU208.3]文献标识码:A 文章编号:
一. 抗震概念设计的定义
地震是一种随机振动,具有不确定性和复杂性,仅仅利用数值设计难以准确预测高层建筑遭遇地震的参数和特性,因此,应发展需要提出了抗震概念设计。所谓抗震概念设计是指通过分析地震灾害的特点,着眼于建筑结构的总体地震反应,结合长期积累的工程经验等所获得的基本设计思想和设计原则。
二. 抗震概念设计的重要性
相对于低层建筑而言,高层建筑结构更加复杂,增加了抗震设计的难度。加之地震的不确定性和复杂性,模拟地震波的模糊性,人们对高层建筑在地震中结构认识的局限性以及地质条件和材料性能的差异性等,导致地震数值设计与实际情况差距较大。这就提高了人们对地震概念设计的关注度,现实中,地震概念设计在高层建筑结构抗震设计中的地位非常重要。在高层建筑结构抗震设计中使用抗震概念设计,可以在原本依据数值设计的基础上,加入实践经验元素,最大限度的提高高层建筑结构的抗震性能。在很多条件下,利用抗震概念设计比利用数值设计更具有现实意义,取得的抗震效果越好。这里之所以要突出抗震概念设计的重要性,并不是否认抗震数值设计的意义,而是为了防止设计人员在具体的高层建筑结构设计中陷入只重视计算结果的误区,而要给予抗震概念设计特别的重视。
三. 在高层建筑结构设计中利用抗震概念设计时应注意的问题
1. 高层建筑结构的简单性
在高层建筑结构设计中利用抗震概念设计时,首先应保持高层建筑结构的简单性,能不用复杂结构的地方,最好都用简单结构代替。利用简单结构可以使高层建筑在地震作用下具有明确、直接的传力途径,因为复杂的传力途径容易造成结构内力和变形的不协调性,从而增加了预测结构薄弱环节的难度。如果高层建筑的关键传力构件以抗扭为主导,将会极大的降低建筑结构的抗震性能,因此在高层建筑机构设计中应尽量避免出现以抗扭为主导的关键性传力构件。统计历次地震灾害的经验发现:高层建筑结构越简单,经过地震受到的破坏越轻。
2. 高层建筑结构的规则性
在高层建筑的抗震设计中,如果能采用简单的平面图形或立面图形是比较理想的,但在现实中,经常会出现复杂图形,比如平面图形或立面图形出现凹角等。面对这种情况,为了提高高层建筑的抗震能力,可以使建筑体型更加规则。所谓规则,是为了对抗震有利,但是也允许在一定的限度内具有复杂性,但是在允许的条件下,我们应尽量把不规则结构转化为规则结构。
为了提高高层建筑结构的规则性,可以在设计高层建筑结构的时候进行一些处理。首先,设计人员应尽可能的满足高层建筑的竖向均匀性。在高层建筑的立面设计中应优先考虑结构的均匀规则性。如果结构不均匀,将会导致变形集中和应力集中现象,降低高层建筑的抗震性。我们可以采用限制收进尺寸,在建筑物底层尽可能配置具有相当强韧性的构件,使每层楼房间的柱子刚度均衡分布等措施,提高高层建筑的竖向均匀性。例如,在设计填充墙的时候,我们可以利用轻质墙保持框架柱的连续性,在地震时,改善建筑结构的受力状况,提高高层建筑的抗震性。其次,设计人员应该使建筑结构尽量对称。如果高层建筑的平面刚度或立面刚度分布不均匀,地震时,结构容易出现扭转破坏。虽然难以做到绝对对称,但在设计和施工过程中,我们应该尽量提高高层建筑结构的对称性;再次,对于高层建筑中要出现洞口(如门、窗、管道出的开洞等)的地方,应使洞口的开设尽量整齐和圆滑,从而有效降低洞口处的应力集中现象;最后,根据高层建筑的体型和结构体系科学设置防震缝。
3. 高层建筑结构的延性和刚度
简单的通过提高结构的强度来提高高层建筑的抗震性这一理念是极不可取的,事实上,提高结构的延性可以很好的抵抗地震作用下的非弹性变形。结构的延性是指结构在外力作用下吸收外力能量后的变形能力。在地震作用下,如果高层建筑结构具有良好的延性,将会吸收更多的地震能,承受住更大的变形。所以,通过增加结构的延性,能够提高高层建筑的抗震性,削弱地震对高层建筑的破坏性。由于设计地震力的取值是由地震力降低系数的取值决定的,而设计地震力的取值又决定了对建筑结构延性的要求,所以我们可以根据地震力降低系数的高低来决定高层建筑对延性要求的大小。
在高层建筑结构的设计过程中,应提高结构水平方向的刚度,提高建筑物抵抗水平地震的能力,降低结构在地震作用下产生的变形。另外,在抗震概念设计中,还应考虑地震时地面运动的扭转分量,提高结构的抗扭刚度。
4. 高层建筑结构的整体性
楼盖在高层建筑结构的整体性中起到举足轻重的作用,它不仅向各个竖向抗侧力子结构传递惯性力,还会和各个竖向抗侧力子结构协同承受地震力。如果竖向抗侧力子结构水平变形特征不同或分布不均匀时,整个高层建筑都要依靠楼盖协调各个竖向抗侧力子结构,共同消耗地震的能量。因此,为了提高高层建筑结构的整体性,在高层建筑结构的设计过程中,一定要确保建筑物各部件牢固连接、紧密协同,充分保证隔板到楼盖的连接和主体与基础的连接拥有足够的抗力和刚度,增强高层建筑水平和竖向的抗震能力。
四. 总结
由于地震的随机性和高层建筑的复杂性,增加了高层建筑抗震设计的难度。如果想简单的依靠数值计算来解决现实中的抗震问题是不现实的。因此,越来越多的人把目光投向了抗震概念设计,借助抗震概念设计,可以避免设计人员陷入盲目计算,使其明确抗震设计思想,恰当应用抗震设计原则,从而合理的进行高层建筑结构的抗震设计。
参考文献:
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