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浅谈高层建筑混凝土结构优化设计

2020-05-01 07:42:06

       摘要:近年来,我国高层建筑数量不断增多,在很多地区甚至全部采用高层结构,这也是土地以及人口规模所决定的。对建筑设计者们来说,建造既美观又实用而且安全的建筑是非常必要的,也需要考虑到各种影响因素之间的平衡问题。本文从结构、设计因素、优化方法等多个角度对高层建筑商品混凝土结构的优化设计进行了分析,希望能为国内的同行提供一定的参考。
       关键词:高层建筑;商品混凝土结构;设计
       中图分类号:TU97文献标识码: A 文章编号:

       引言

       近些年来,随着我国社会的不断发展,人们生活水平的不断提高,人们对自己所居住的建筑要求也越来越高,各种高层建筑不断涌现,在提高了土地利用面积的同时,也增强了城市的美观。但是,这些样式多样化的高层建筑并不都是完美的,也有很多存在一定的设计缺陷,给使用者带来不便,或者带来一定的安全隐患,这都是我们不希望看到的。因此,对建筑设计者们来说,建造既美观又实用而且安全的建筑是非常必要的,也需要考虑到各种影响因素之间的平衡问题。曾经在全国各地发生的不良案例已经足够多,像上海出现的“楼倒倒”事件等,我们不希望再次出现,有鉴于此,本文从结构、设计因素、优化方法等多个角度对高层建筑商品混凝土结构的优化设计进行了分析,希望能为国内的同行提供一定的参考。 〉〉图纸审核,这些内容你要了解

       1 高层建筑商品混凝土结构 


       目前来看,经过多年的发展,高层建筑商品混凝土结构已经衍生出四种类型,下面对其分别阐述:
       1.1钢筋商品混凝土结构
       这是最早的高层建筑结构,高层建筑的发展也得益于该结构的诞生和使用,该结构的建筑材料主要包括钢筋和商品混凝土两大部分,利用两者在刚性和延展性的互补实现整体的承重设计。此结构的整体性较能好,且具有耐高温、位移小、维护方便、成本低和刚度大等特点,钢筋商品混凝土结构的一系列特点,都是钢结构所望尘莫及的。而且随着各种材料学的不断发展,以及冶金工艺的不断进步,相关的技术不断成熟,建筑技术也越来越丰富,此建筑结构是国内应用最广泛的建筑结构型式。
       1.2组合结构
       我国对组合结构的研究与应用虽然起步较晚,但发展较快。目前组合结构可以分成两大块,一是钢筋商品混凝土组合结构,另一种是组合切体结构。前者是用型钢或钢板焊(或冷压)成钢截面,再在其四周或内部浇灌商品混凝土,使商品混凝土与型钢形成整体共同受力,通称钢与商品混凝土组合结构。钢管商品混凝土结构在轴向压力下,商品混凝土受到周围钢管的约束,形成三向压力,抗压强度得到较大提高,故钢管商品混凝土被广泛地应用到高轴压力的构件中。后者是由砖砌体和钢筋商品混凝土面层或钢筋砂浆面层组成的组合砖砌体构件,适用于轴向力偏心距,超过0.7y(y为截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离),或e较大,无筋砌体承载力不足而截面尺寸又受到限制时的情况。由于组合结构有节约钢材、提高商品混凝土利用系数,降低造价,抗震性能好,施工方便等优点,在各国建设中得到迅速发展。
       1.3新型结构
       新型结构的出现主要是对原有结构体系的重新组合设计来区分的,在材料的使用上没有大的不同。该结构主要是以筒体的组成方式来作为区分标准的。相比于传统的单片平面结构体系,新型结构体系中的筒体则具有更大的抗侧刚度,且承载力更大。
       1.4智能建筑结构
       随着信息化时代的来临,建筑的智能化设计也逐渐成为人们关注的焦点,这代表这一种未来的发展趋势。但是目前国内包括国际上在高层建筑中采用智能建筑的还比较少,BAS、OAS和CAS作为智能化系统的三大代表,未来的前途一片光明,在此不作多述。 〉〉六大因素对幕墙成本的影响分析 


高层结构优化设计-建筑结构优化设计-优化设计方法-浅谈高层建筑混凝土结构优化设计

       2 高层建筑结构设计考虑因素

       在高层建筑的结构设计过程中,需要考虑的因素很多,经济性、安全性、高度、外形、荷载、风阻等因素众多,因此需要进行优化设计,最终达到强度足够、刚度适宜、延性良好、设计合理的标准。其中,重点需要考虑的有以下几个因素:(1)侧向力,建筑物在建成以后,会收到风力、地震力、自身荷载以及地陷等各种外力的影响,所有建筑都会存在侧向力,其中尤其以风力产生的作用最为明显,建筑高度越高,受力越大,因此在高层建筑中更应该注意。当然,地震力、水平荷载力等因素也要考虑在其中。(2)适宜的刚度,刚度是指受外力作用的材料、构件或结构抵抗变形的能力。材料的刚度由使其产生单位变形所需的外力值来量度。结构的刚度除取决于组成材料的刚度外,还同其几何形状、边界条件等因素以及外力的作用形式有关。建筑结构也要通过控制刚度以防止发生振动、颤振或失稳。 (3)延性良好,延性是指构件和结构屈服后,具有承载力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能,一般用延性比表示延性,即塑性变形能力的大小。当整体结构进入塑性变形阶段仍具有较强的变形能力,在当今的设计技术条件下,通过优良的概念设计和合理的构造措施可以避免高层建筑在大地震作用下而倒坍,确保生命和财产安全。〉〉装配式建筑的六个设计要点 

       3 高层建筑商品混凝土结构优化设计的具体方法

       3.1合理使用高强砼和高强钢筋
       在设计过程中,有两个因素是必须要考虑到的,一个是建筑物的经济效益问题,在当今市场经济体制下,经济效益正在成为人们首要的考虑出发点,建筑既要注重质量,也要注意成本,在安全范围内,如何尽可能的节约成本,对于建筑企业的日后发展来说意义十分重大。因此,在钢筋以及砼等的选择上,并不是越高越多越好,而是应该寻找平衡。另外一个因素就是抗震的问题,建筑物的抗震能力与自身重量也有很大关系,建筑物质量越大,受到的冲击就越强。所以,适当的采用高强砼和高强钢筋对降低造价及安全使用的目的具有十分重要的作用。
       3.2注重剪力墙的平面布置
       具体应如何注重剪力墙的平面布置,我们应该从以下几方面做起:(1)剪力墙的布置原则在于沿周边均匀、相对集中布置,同时又不损害建筑原有的使用功能。一般布置在建筑物的楼梯间、电梯间处,以及平面形状变化及恒载较大的部位,其间距宜适中,不宜过大。(2)剪力墙墙肢截面应具有简单、规则的特点,剪力墙结构应具有一定侧向刚度,但不宜过大。(3)较多的短肢剪力墙不会起到联合剪力的良好效果,全部为短肢剪力墙的情况更是应该避免出现。

       参考文献:
       [1]沈汝伟.对建筑结构优化设计的探讨[J].煤炭技术.2011(04)
       [2]贺杨,张永胜.高层建筑结构优化设计[J].山西建筑.2012(05)
       [3]谢邦煜,杨慧.高层住宅建筑结构的抗震优化设计[J].科技资讯.2012(17)
       [4]李海绒.剪力墙结构优化设计[J].中华民居.2012(03)

       〉〉浅析我国高层建筑的优化设计

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