楊敏 趙艷華
摘 要:而隨著我國經(jīng)濟市場的不斷發(fā)展,復雜高層與超高層建筑工程的項目建設需求也逐漸增大。而其中結構設計,是保證建筑安全、合理、經(jīng)濟的主要因素。但是目前,我國的復雜高層與超高層建筑結構的設計中,還存在一些亟待解決問題,需要進一步分析并找出應對策略。
關鍵詞:復雜高層;超高層建筑;結構的設計;要點
1 復雜高層與超高層建筑結構設計概述
為保證我國高層建筑結構設計的安全性和經(jīng)濟性,我國《建筑抗震設計規(guī)范》(GB 50011-2010)(以下簡稱抗規(guī))、《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(JGJ 3--2010)(以下簡稱高層混凝土規(guī)程)和《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》(JGJ 99-98)(以下簡稱高鋼規(guī))均對高層建筑的適用高度、結構平面布置和結構豎向布置的規(guī)則性提出了明確要求。但是,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、計算分析手段的完善、結構材料性能的提高、加工工藝的進步和施工技術水平的提升,在建設單位和建筑師對建筑效果新、奇、特,以及部分地區(qū)對建筑物高度的追求下,造型突破傳統(tǒng)、高度超限的大量復雜高層建筑紛呈出現(xiàn)。結構復雜性主要體現(xiàn)在三大方面:高度超限、結構平面布置不規(guī)則、結構豎向布置不規(guī)則。國內部分高度超限的復雜高層建筑有上海中心大廈、深圳平安國際金融中心、天津高銀117大廈、廣州東塔周大福中心的結構高度分別達到580、588、597和518m。結構平面與豎向嚴重不規(guī)則的高層建筑中,CCTV新址主樓和法門寺合十舍利塔最具代表性。
2 復雜高層與超高層建筑設計的考慮因素
2.1 結構方案與結構類型
建筑物的結構方案是其設計的基本框架,也是該建筑物設計工作的第一步,對于復雜高層和超高層建筑來說,結構方案和結構類型更是其質量的保證。建筑物的舒適度和抗震能力等都是圍繞這個基本框架進行的,如果第一步做錯的話,在后面的步驟才發(fā)現(xiàn)錯誤,就需要將整個設計方案推翻重做,造成不必要的浪費,如果在施工過程中才發(fā)現(xiàn)不合理,不但會影響工程如約按期完成交工,而且會給設計者造成直接的經(jīng)濟損失。因此,在考慮復雜高層與超高層建筑的設計時,首先必須選擇合理的結構方案。
2.2 結構舒適度
復雜高層與超高層建筑由于建筑高度較高,所以在建筑結構上相對來說更不容易保持一定的安全性,該類型建筑的結構與一般建筑相比更為柔軟,一般來說結構柔軟的建筑物的結構舒適度會差一些,因此在復雜高層與超高層建筑設計中還要考慮舒適度這個因素。舒適度分析按建筑結構不同一般分為兩種,一種是混凝土結構的建筑物,另一種是混合或鋼結構的建筑物,這兩種不同結構的建筑物對阻尼比的要求也不相同,前者要求在0.05,后者則是0.01-0.02?;蛘甙凑战ㄖ褂霉δ懿煌M行舒適度分析,各種不同建筑功能的建筑物之間的水平振動指標限值不同,例如公寓型住宅建筑的水平振動指標區(qū)間要求與公共類建筑不同。因此,對于不同建筑功能的建筑物要根據(jù)其不同用途進行設計,可以在一定程度上提高該建筑物的結構舒適度。
2.3 抗震設防烈度
復雜高層與超高層建筑和一般建筑相比有一個明顯的區(qū)別,就是建筑高度比其他建筑更高。與此相對的,復雜高層與超高層建筑對建筑地區(qū)的抗震設防烈度的要求也比較高。按照現(xiàn)有的復雜高層與超高層建筑設計經(jīng)驗,建筑高度超過100m的建筑物的具體高度與該地區(qū)的抗震設防烈度有很大關系。建筑設計行業(yè)不成文的規(guī)定一般認為,抗震設防烈度在6度及以下的地區(qū)可以建造復雜高層與超高層建筑,抗震設防烈度在6-8度的地區(qū)可以建造高度不超過300m的復雜高層與超高層建筑,抗震設防烈度在8度以上的地區(qū)不適合建造復雜高層與超高層建筑。
3 復雜高層與超高層建筑結構設計的要點
3.1 計算載荷
3.1.1 風載荷計算
隨著建筑高度不斷增加,風載荷對建筑結構穩(wěn)定性的影響也越來越明顯。而在開展有關風荷載的研究中,通常以100年重現(xiàn)期的風荷載設計結構構件承載力,以50年重現(xiàn)期風荷載控制構件承載力,對高度大于等于200m的建筑物進行風洞試驗。在計算風載荷過程中,需要根據(jù)相應的高層、超高層建筑結構的設計標準,并結合當?shù)貧v史的風力變化資料進行研究,以掌握風載荷的波動范圍,并在設計過程中充分考慮到風荷載余量對建筑結構的影響,確保建筑結構能充分適應當?shù)氐娘L載荷要求,保證建筑結構的穩(wěn)定性。
3.1.2 地震載荷計算
地震載荷是載荷問題研究中的關鍵內容,也是復雜高層、超高層建筑結構設計中的基礎性內容之一。一般認為,如果復雜高層、超高層建筑結構自振周期為6.0-9.0s,而建筑結構設計的地震載荷影響系數(shù)約為6.0s,那么在地震載荷問題的研究中,需要將地震載荷影響系數(shù)設計在6.0-10.0s范圍內,并以此為基礎開展數(shù)據(jù)的計算。
3.2 抗震設計
3.2.1 對倒塌水準的研究
在分析倒塌水準過程中,需要注意以下幾點問題:(1)在研究建筑的延性結構構件過程中,需要規(guī)定非彈性形變小于構件的彈性形變能力;(2)針對建筑結構中存在的一些非延性部件,需要充分考慮破壞模式的應力特征與要求,并重視對其相關技術內容的研究;(3)在開展有關建筑結構設計過程中,應保證建筑物結構具有良好的穩(wěn)定性,并確保其至少具有中等地震抗性作用,并即使在中等地震的影響下依然能保證建筑結構的彈性。
3.2.2 對使用水準的研究
對于地震重現(xiàn)期為50a的地震,此時其對建筑結構的損傷是忽略不計的,但在相應的結構設計分析中,需要相應的研究其彈性反應狀態(tài),以更全面的獲取與建筑相關的資料。
4 結束語
總而言之,在復雜高層以及超高層建筑結構設計過程中,應當不斷提高設計質量和專業(yè)水平,這是非常關鍵的;不僅可以為用戶提供安全、舒適的建筑環(huán)境,而且可以提高建筑工程的經(jīng)濟效益和社會效益,所以復雜高層與超高層建筑設計過程中,應當準確把握結構設計要點。
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