高层建筑结构教学大纲(精选7篇)
课程名称:中文名称 :高层建筑结构设计;英文名称:Design of High Building Structures 课程编码:172095 学 分:2分
总 学 时:32学时,其中,理论学时:32学时;实验学时:0学时
适应专业:土木工程专业
先修课程:土力学与地基基础,钢筋混凝土结构,工程结构抗震,钢结构基本原理 执 笔 人:李文盛
审 订 人:雷小宏
一、课程的性质、目的与任务
《高层建筑结构设计》属于专业选修课,它涉及高层建筑结构设计与施工的一般原则,是研究高层建筑结构设计基本方法的科学。
本课程的目的是培养学生具有一定的抗震计算理论基础,掌握抗震设计原理,掌握高层建筑的结构设计的基本方法。主要要求是:了解高层建筑各种结构体系的特点及应用范围;熟练掌握风荷载及地震作用计算方法;掌握框架结构、剪力墙结构、框—剪结构三种基本结构内力及位移的计算方法,理解这三种结构内力分布及侧移变形的特点及规律;学会这三种结构体系包含的框架及剪力墙构件的截面设计方法及构造要求;掌握高层建筑结构的内力和位移的电算分析方法和高层建筑结构的施工图表示方法。
通过本课程学习,为学生今后从事高层建筑结构设计与施工等方面的工作打下坚实的基础。
二、教学内容与学时分配
第一章 绪论
(2学时)第一节 高层建筑的发展概况 第二节 高层建筑的受力特点
第二章
高层建筑结构体系与结构布置
(2学时)第一节 高层建筑结构形式与结构体系 第二节 结构布置原则 第三节 水平位移限值和舒适度要求
第三章
高层建筑结构荷载作用与结构设计原则
(4学时)第一节 恒荷载及楼面活荷载的计算 第二节 风荷载的计算 第三节 地震作用的计算 第四节 荷载效应组合 第五节 结构简化计算原则 第六节 抗震设计的一般原则
第四章
框架结构设计
(6学时)第一节 框架结构的计算简图
第二节 竖向荷载作用下的内力近似计算 第三节 水平荷载作用下的内力近似计算 第四节 水平荷载作用下位移的近似计算 第五节 框架结构的内力组合 第六节 抗震设计的延性框架要求
第八节 框架构件(梁、柱、节点)的截面设计和构造要求 第五章 剪力墙结构的内力与位移计算
(8学时)第一节 概述 第二节 整体剪力墙及整体小开口剪力墙的计算 第三节 联肢剪力墙的计算 第四节 壁式框架的计算
第五节 剪力墙结构的分类
第六节 剪力墙的截面设计及构造要求
第六章
框架一剪力墙结构的协同工作计算
(6学时)第一节 概述 第二节 框架一剪力墙结构内力和位移的近似计算 第三节 框架一剪力墙结构构件的截面设计及构造要求 第四节 计算实例
第七章
电算分析与图纸表达
(4学时)第一节 框架-剪力墙结构内力和位移的电算分析 第二节 高层建筑结构的施工图表达方法
三、教学基本要求
教学要求中,有关定义、定理、性质、特征等概念的内容要求,由低到高分“知道、了解、理解”三个层次;有关计算、解法、公式、法则等方法的内容要求,由低到高分“会、掌握、熟练掌握”三个层次。
课堂教学应力求使学生理解高层建筑结构体系及布置的基本概念,在水平荷载与结构计算简化原则中熟练掌握总风荷载和局部风载的计算,以及用反应谱方法计算等效地震作用的方法,理解地震作用两阶段设计的内容、方法及目的以及常遇地震、罕遇地震和设防烈度的关系,掌握结构自振周期计算的实用方法,理解结构计算的平面结构假定。
在框架结构内力与位移计算中熟练掌握反弯点法、D值法计算内力及位移方法,深入理解这两种方法的区别及应用范围。了解内力分布及位移的影响因素、杆件弯曲变形及轴向变形对侧移的影响等。掌握利用曲线计算柱轴向变形引起侧移的方法。
对于剪力墙结构内力及位移计算,应了解开洞对剪力墙内力及位移影响,了解不同近似方法的适用范围。深入理解连续化方法的基本假定公式推导、公式图表应用等,熟练掌握连续化方法计算和带刚域框架计算简图确定方法及带刚域杆件刚度计算方法。掌握等效抗弯刚度、整体系数等几个重要概念的含义及对内力位移的影响;剪力墙内力位移分布特点。
在框架—剪力墙协同工作计算中,了解框架与剪力墙协同工作的意义。会确定计算简图,掌握总框架、总剪力墙、总连梁刚度计算方法,会用公式及曲线计算内力及位移。掌握重要概念刚度特征值的物理意义及其对内力分配的影响,框剪结构内力分布及侧移特点。对于荷载效应组合及设计要求,应掌握荷载效应组合各种工况的区别应用,理解无地震组合及有地震组合时承载力验算与位移限制的区别。掌握确定结构抗震等级的方法;进一步理解两阶段抗震设计方法。
在框架设计和构造方面,需了解延性框架意义和实现延性框架的基本措施。了解梁、柱、节点区的破坏形态,会区别抗震及非抗震情况下配筋要求。掌握梁、柱、节点区的配筋设计方法。掌握几个重要概念:延性框架、强柱弱梁、强剪弱弯、轴压比及箍筋作用。对于剪力墙设计和构造,应了解剪力墙结构配筋特点及构造要求,掌握悬臂剪力墙及联肢剪力墙,截面配筋计算方法。了解影响剪力墙延性的因素。理解框支剪力墙、落地剪力墙的设计要点。
在掌握基本概念基本理论的基础上,应当结合本专业的特点,理论联系实践,引导学生学会分析问题和解决问题的能力,努力克服死记硬背的学习方法。教学方法上应贯彻少而精、启发式和形象化等原则,通过幻灯、录像及课外实习等各种途径加深学生的印象,提高教学效果。授课教师除应吃透教材内容外,还应广泛阅读有关参考材料,注意本学科的发展,随时修改教材中已过时的内容,并适当介绍高层建筑结构的新进展。
四、大纲说明
本大纲适用于土木工程专业。教学总学时数为32学时,其中课堂讲授32学时。课堂教学以教学参考书为参考材料,按照本大纲的内容进行教学。本课程宜安排在土力学与地基基础,钢筋混凝土结构,工程结构抗震,钢结构基本原理等有关课程之后,内容上要注意与钢结构、钢筋混凝土结构、地基基础等课程内容的衔接与分工、避免不必要的重复。
五、教学参考书
1、吕西林.《高层建筑结构》.武汉工业大学出版社,2003
2、方鄂华.《高层建筑结构设计》.建筑工业出版社,2002年。
3、包世华、方鄂华.《高层建筑结构设计》.清华大学出版社,2001年。
4、霍达.《高层建筑结构设计》.高等教育出版社,2000年。
关键词:《高层建筑施工》,课程教学,创新改革
引言:
在高职教育中,《高层建筑施工》是专业核心能力提升的必修课程。其课程内容也是土建类专业技术型人才的必备知识。但在该课程现有的教学过程中存在一些不足。本文针对《高层建筑施工》的课程特点与教学目标,结合自身教学经历,对这门课程的教学创新与改革进行了研究与探讨。
一、课程特点
《高层建筑施工》是一门讲述高层建筑在施工过程中运用到的各种施工理论、施工技术、施工规律等知识的课程。总结起来,《高层建筑施工》课程在教学中有如下几个特点:
1. 实践性强。
作为一门实践应用型课程,《高层建筑施工》的课程知识具有很强的针对性和实用性。课程中对理论知识掌握的程度最终都表现为实践应用的能力。学习《高层建筑施工》课程可以为学生在今后从事建筑施工管理打下坚实的基础,也对学生今后的职业发展与能力提高具有很强的针对性和指导性。可见《高层建筑施工》课程在实践应用环节的显著性。
2. 综合性强。
《高层建筑施工》与众多课程联系紧密,且与众多课程之间存在交叉联系。在《建筑构造与识图》、《建筑力学》、《建筑材料》、《地基与基础》、《混凝土结构》等专业基础课程打下一定的整体基础后,并在《建筑施工技术》、《建筑施工组织》等专业核心课程的强大坚石上,《高层建筑施工》课程为提升学生的专业技术技能和扩展专业基本知识提供了很好的平台。且《高层建筑施工》课程涵盖内容广、专业知识要求高,所以该课程的整体综合性强。
3. 发展性强。
随着高层建筑的步步崛起,行业对建筑施工技术提出了更高的要求。行业在发展,建筑工程技术也在不断地改进更新。所以,涉及到高层建筑施工中的各项内容更新速度快。新产品、新技术、新材料、新工艺的出现与应用极大地推动了建筑工程技术的发展,也带动了高层建筑施工中施工工艺、施工方法和施工技术的发展,引领着行业的导向。故《高层建筑施工》课程是紧跟时代发展的步伐,时刻走在学科的前沿。
二、教学现状
在现有的《高层建筑施工》课程教学过程中存在一些不足,给课程教学和学生学习带来一定的限制与困扰。所以这些问题亟须解决。
1. 教材内容跟不上时代发展。
例如,教材在扣件式钢管脚手架计算中,计算时很多地方的系数参数还是仍然采用《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)的系数,没有用到《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)的规定系数。
当前社会形势下,新型的建筑施工工艺、施工方法和施工技术不断地涌现,相关的设计规范和施工规范也在不断地修订和更新。在当今信息高度发达的环境中,陈旧的教材内容和过时的知识体系实在难以适应目前的社会发展和学生需求。
2. 教师教学经验欠缺。
目前,多数教师在课程教学中用到的信息化教学手段是PPT配合黑板板书。但是,随着社会智能信息化的不断发展,各种信息充斥而来,社会逐渐进入“大数据时代”,现有的教学手段已经不能满足学生的学习需求。满布文字的PPT,无法吸引学生的注意力。在照本宣科的课堂中,学生很容易失去学习的兴趣,甚至产生厌学情绪。
而且,青年教师受到经历限制,实践经验不足。导致其在讲授过程中过于看重理论,轻视实践。这对高职教育培养土建类专业技术型人才是极为不利的。
3. 课程考核重理论轻实践。
在课程考核时,没有能够根据课程特点与实际应用相结合。目前的课程考核方式中,理论所占的比例较大,而理论与实践的联系不够紧密。这导致很多学生在课程学习完成之后不能把书本知识跟实际内容联系起来。学生通常感觉收获不大。
三、创新改革方案
可以考虑从下面几个方面对《高层建筑施工》课程教学进行创新与改革。
1. 教材创新改革。
《高层建筑施工》教材的编写要满足专业的人才培养要求。根据课程的特点,《高层建筑施工》课程的教材要体现出技术性、科学性、合理性、适用性。教材要做到重点突出、主次分明、繁简有度。教材内容要特别注重高层建筑施工基本理论的综合运用,以此强化能力培养。而且,教材在语言表述方面,要力求叙述通俗易懂,便于学生自主学习。
不仅如此,《高层建筑施工》教材内容需要考虑理论教学与实践教学相结合。教材中要更多地体现实际案例的研究与分析。例如,在介绍完各种井点降水的方法原理后,可以添加实际工程中应用到的各种井点降水方案,借此激发学生的学习兴趣,以便加强学生的理解。
为便于学生接受最新的技术技能知识,《高层建筑施工》的教材要跟得上时代。在本门课程的教学过程中,学生应加强对行业内法律规范、标准、文件的学习。《高层建筑施工》要将施工中的新技术、新工艺及时地纳入教材进行教学。教材要积极体现建筑行业内相关的法律、法规、规范、规程等内容。
同时,教材需要考虑信息更新的因素。尽可能使教材内容与行业行情相匹配。目前,基于“互联网+”形式的教材不仅是一种好方式,也是新时期教材的新趋势。
2. 方法创新改革。
《高层建筑施工》课程在教学时,教师要注重其他课程知识对本课程的影响与应用,且考虑课程之间的融会贯通。故教师应对课程知识进行精简和整合,做好课程结构的整体优化。授课时,要做到重点难点突出,学习目标明确。根据教学内容,适时采用“项目教学法”或“目标任务法”,便于学生在学习过程中抓住核心关键,提高学习效率。当适宜采用“项目教学法”时,例如,讲解深基坑支护方式时,教师在课堂上将典型的深基坑支护实际项目或案例展示给学生,师生共同对此进行分析。该方法能够激励学生主动学习,促使学生加深理解。当适宜采用“目标任务法”,授课时,教师提出目标任务,在达到目标并完成任务的过程中,设置问题,引导学生跟随老师一起探讨学习。该方法能够快速带动学生的思考,有利于学生掌握知识。进而促进学生对施工工艺、施工方法和施工过程理解和学习。
《高层建筑施工》课程中很多施工工艺和施工方法难以仅凭文字进行理解。在课堂教学过程中,可以利用各种信息软件技术辅助教学。例如,可以通过制作PPT动画来演示逆作法的施工过程;也可以通过FLASH动画演示泥浆护壁钻孔灌注桩的施工工艺;还可以运用BIM技术将实际工程转变为动画演示。利用软件模拟施工现场场景,不仅可以增强课堂表现力,使得课堂教学更加丰富和生动,而且可以调动学生的学习积极性,提高学习效率,改善学习效果。
而且,学校应重视实训基地建设。该课程实践性非常强,并与现场实际施工关系密切,故学生在学习过程中容易遇到问题。课堂中难以理解的各种工艺原理知识,引入实训基地现场教学课,增强学生对课程知识的感性认识,可以使晦涩不通的内容变得直观易懂。同时,教师要加强企业顶岗实践,及时补充工程实践知识。课堂中可以向学生展示实践中拍摄的高层建筑施工视频、施工照片,配合讲解分析,增添学生学习的趣味性。
随着信息时代的发展,微课成为教学新手段。微课的精髓在于“以小见大”,学生利用微课学习时,能够对所学内容“各个击破”。微课对知识的理解具有极大帮助。所以在《高层建筑施工》课程教学创新与改革的过程中,微课建设的内容必不可少。
3. 考核创新改革。
对于本门课程的考核方式可以从两个方面进行创新改革:(1)设置实践考察任务。例如,组队考察学校周边高层建筑的情况,提交成果报告。报告内容包括:在建的高层建筑数目和设计高度,已建成投入使用的高层建筑数目和高度;高层建筑使用功能分类;附近高层建筑给生活、工作带来的帮助;附近高层建筑是否存在不利影响等。调查研究会给学生一个对高层建筑与周边生活之间联系的最基本感性认识。(2)专项施工方案考核。编制条件可以分组分批按学号不同进行设置。完成内容需包括编写符合要求的扣件式钢管脚手架专项施工方案,并绘制图纸。编写完成后,进行实训考查。在实训基地中设置比例为1∶1的脚手架模型,设定多处错误做法,让学生在规定的时间内,找到错误之处,并给出正确做法。这种方式能够加深学生对扣件式钢管脚手架的认识与理解。
加强课程实践内容的考核对《高层建筑施工》课程的教学是具有进步意义的。同时,对培养学生的实践能力是具有积极作用的。
四、结论
《高层建筑施工》课程的教学改革创新是希望能够实现从重视知识的传授向重视能力培养转变。从以学习知识为主的“知识目标观”向以学习方法和能力为主的“能力目标观”转变。从“培养知识型人才观”向“培养创新型人才观”转变。这是符合高职教育中专业技术型人才的培养观念。
但是,课程教学的创新与改革是一个不断完善和发展的过程。在这个研究过程中,必须不断强化实践教学,引导学生将学到的理论知识应用于解决实际的工程问题。
《高层建筑施工》课程教学不但要重点突出学生实践能力的培养,而且要充分体现高职高专人才培养的要求,所以课程教学创新与改革需要不断地努力研究和发展完善。
参考文献
[1]朱勇年.高层建筑施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2014:26-130,271-284.
[2]张厚先,等.高层建筑施工[M].北京:北京大学出版社,2011:145-211.
[3]赵志缙,等.高层建筑施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2010:214-247.
[4]中华人民共和国行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011[S].北京:中国建筑工业出版社,2014:9-42.
关键词:高层建筑结构施工基础施工混凝土施工安全
1施工中的一般规定
1.1对承担高层建筑的施工单位应与设计单位密切配合,双方应认真熟悉图纸,进行设计交底,对施工图纸仔细研究,提出意见。设计交底既包括设计单位向施工单位的交底,亦包括施工单位各专业在消化设计图纸和设计交底后,结合实际,向工长和班组交底。
1.2合理确定施工方案、正确编制施工组织设计。对深基础施工、高空作业、施工测量、机具选用、钢筋连接、混凝土作业、构件安装及季节施工应侧重。
1.3高层建筑施工机具选用应合理。对塔式起重机、施工电梯、泵送设备等,应调查研究,根据现场实际情况认真选型,确定数量和配套机具。
1.4高层建筑层数多、空间大、施工工期长,且投入的人力、物力多,工序、工种复杂,应实行科学施工,采用平行流水、立体交叉作业,合理组织施工。平行流水是指每个施工层应分段、主要分项工程应流水均衡作业。立体交叉是指竖向各层结构、装修、设备各分部工程应统筹安排,相互配合,充分利用空间,交叉施工。
2施工中的测量
2.1施工测量应符合现行国家标准《工程测量规范》GB50026的有关规定,施工测量方案应根据实际情况确定,一般应包括以下内容:①工程概况;②施工测量基本要求;③场地准备测量;④起始依据校测:⑤场区控制网测设:⑥建筑物定位与基础施工测量:⑦士0.000以上施工测量;⑧室内、外装饰与安装测量;⑨竣工测量与变形观测;⑩验线工作;①施工测量工作的组织与管理。
2.2对桩基础要用经过校验的钢尺一次测量桩位间距,明确桩位间距不应大于所用钢尺长度,并应组成闭合图形。
平面控制应包括定位依据点、依据方位和建筑物的主轴线。定位依据有以下几种;①城市规划部门给定的城市测量平面控制点或建筑红线;②场区控制网或建筑物控制网;③原有建(构)筑物或道路中心线。
建筑物定位的条件,应当是能唯一确定建筑物位置的几何条件。最常用的定位条件是能唯一确定建筑物的一个点位与一个边的方向。要求如下:①当以城市测量控制点或场区控制网定位时,应选择精度较高的点位和方向为依据;②当以建筑红线定位时,应选择沿主要街道的建筑红线为依据,并以较长的已知边测设较短的边:③当以原有建(构)筑物或道路中心线定位时,应选择外廓(或中心线)规整的永久性建(构)筑物为依据。
2.3新增加根据建筑物不同长度和宽度规定放线尺寸允许偏差应控制到士5mm、+10mm、+15mm、+20mm。
2.4轴线竖向投测允许偏差(建筑全高垂直度测量偏差),从30m以下至150m以上,按不同高度分别控制为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mmo
高层建筑结构施工,要逐层向上投测轴线,尤其是对结构四廓轴线的投测直接影响结构的竖偏差。
竖向投测的方法,当建筑高度在50m以下时,宜使用在建筑物外部施测的外控法,当建筑高度高于50m时,宜使用在建筑物内部施测的内控法,内控法宜使用激光经纬仪或激光铅直仪。
2.5标高竖向传递,应从首层起始标高竖直量取,避免积累误差。
在场地平面控制测量、场地标高测量和轴线竖向投测中宜分别使用:全站仪或测距仪、自动安平水准仪、激光经纬仪或激光自动铅直仪,并保证各测量仪器的精度。
3模板工程
3.1高层建筑现浇结构应根据实际条件选择适用的工具式模板,以达到保证质量、节约投资、缩短工期、减少用工的综合技术经济效果。
3.2对模板及其支架应进行强度、刚度和稳定性计算,应满足模板板面平整、接缝严密、装拆方便、易于施工的基本要求。
3.3现浇框架的梁、板、柱模板可根据不同条件选用钢框胶合板、组合钢模板或不带框胶合板拼制,模板拼接应合理。
3.4现浇墙体可选用四种符合工业化要求的工具式模板:大模板、滑动模板、爬升模板、隧道模等。
3.5大模板体系在70年代中期开始试用,整体性好,板面平整,可以达到基本不抹灰要求,施工工艺较简单。目前在我国大中城市用现浇剪力墙结构施工的高层住宅和旅馆中大量推广,并从小开间、小进深向大开间、少内纵墙发展。大模板宜用于标准层现浇墙体,采用逐层分段流水施工,可减少模板一次投入量。
3.6液压滑动模板宜用于高耸的构筑物、建筑物施工,对圆形、弧形的平面尤为适用。液压滑升设备必须工作可靠,运转良好,能保证结构的施工质量和安全。液压机具和配件等应有足够的储备。施工中,应注意门窗洞口,预埋件等位置的留设应符合设计要求。
4钢筋工程
4.1现场钢筋尽可能采用工厂生产或现场预制的成品、半成品,以保证质量、减少工作量,同时尽量减少现场的堆放量,利于现场的文明施工。
4.2钢筋连接应采用机械连接方式。
5混凝土工程
5.1预拌混凝土近年在全国大中城市发展很快,可以集中供应多种性能的优质混凝土。许多城市从环境保护出发,限制在市区设置现场混凝土搅拌站,而高层建筑多在市区施工,混凝土用量大,深基础施工和高空作业多,所以应优先采用预拌混凝土和泵送混凝土。
5.2高强和高性能混凝土。高强混凝土一般是指强度等级在C60及其以上的混凝土,适用于高层建筑底层柱等部位,但强度过高也带来混凝土收缩大的问题,施工中应注意。高性能混凝土一般是指在特定使用条件下具备某些优良性能的混凝土,例如:较高的早期强度、耐久性,自流密实、可泵性好,易修整性等。
5.3混凝土浇筑后的及时养护对保证工程质量特别是解决裂缝问题非常重要。但是在施工中往往不被重视,特别是墙、柱等竖向部位常被忽视。根据不同的地区、季节和工程特点可分别选用浇水、综合蓄热、电热、远红外线、蒸汽等养护方法,并以塑料布、保温材料、或涂刷薄膜等覆盖。
5.4冬期混凝土受冻前不同水泥品种的临界强度要求和高空作业应采取挡风保温措施。受冻前的抗压强度不应低于设计强度标准值的30%(硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥)或40%(矿渣硅酸盐水泥)。
5.5高层建筑混凝土结构标准层的楼板、梁通常采用统一的强度等级;柱的强度等级一般高于板、梁的强度等级,并由下而上逐渐降低,在节点处产生了设计强度差,施工操作困难,需要采取有效措施,保证质量,并可操作。
5.6同一施工段的混凝土宜连续进行浇筑,并应在底层混凝土
初凝前将上一层混凝土浇筑完毕。
5.7后浇带的位置与浇筑时间应由设计单位提出,并征求施工单位意见。浇筑混凝土前,应将后浇带表面清理干净,并将钢筋整理或施焊。后浇带宜选用早期、补偿收缩混凝土浇筑,表面应覆盖养护。
6深基础施工
高层建筑施工中,基础施工应是基础最复杂、事故发生较多的施工部位,施工中应该特别注意,应达到以下要求。
6.1深基础施工前,要经过全面调查和计算,制定地下水处理、深基坑支护和基础结构的施工方案,对重点部位应组织专家论证。
6.2根据不同的降水深度、土质和地下水状态,选择合理降低地下水方法.可采用集水明排、单级井点、多级井点、喷射井点和深井等,并防止地下水影响基坑和基础施工。当地下水丰富、降水困难时,宜采用截水措施,形成帷幕。
6.3周围土体可采用挤密、灌浆、深层搅拌等方法加固基坑土体。以防止边坡失稳土体坍塌。
6.4基坑支护结构应根据基坑周边环境、开挖深度、水文地质、施工季节及设备供应等情况,可采用排桩、地下连续墙、土钉墙、逆作拱墙等不同方法,并尽可能考虑与地下室永久结构的结合,节约投资。
6.5深基础施工的全过程应进行监测分析,采取对策,实行信息化施工,实践证明,深基础的全过程监测分析,对保证工程质量和安全是十分有效和必要的手段。
6.6基础大体积混凝土施工是经常遇到的问题,合理的施工组织和施工措施对保证大体积混凝土工程进度和工程质量十分重要。
7施工安全要求
7.1高层建筑施工所使用的外脚手架近年多次发生倒塌,引起重大伤亡事故,应引起高度重视。一般可根据工程实际情况和场地、地区等条件,选用各类附着升降脚手架(爬架)、挑架、挂架和支承于地面的扣件式、碗扣式、门式等钢管外脚手架。
7.2高处作业必须采取有效措施,施工现场应设立可靠的避雷装置。遇有六级以上强风、浓雾、雷电等恶劣气候,不应进行露天高处作业,雨天和营天应及时清除水、冰、霜、雪,采取可靠的防滑措施。
7.3必须采取措施严防高空坠落。建筑物的出入口、楼梯口、洞口、基坑和每层建筑的周边均应设置防护设施。安全网除应随施工楼层架设外,尚应在首层和每隔四层各设一道。
7.4当采用大模板施工时,大模板的吊装、运输、装拆、存放,必须稳固可靠。模板安装就位后,应设专人负责将钢模板串联,接通地线,防止漏电伤人。
7.5高层建筑施工应解决好上下通讯联系;应采取措施防止施.工现场发生火灾。
参考文献
[1]胡世德主编高层建筑施工.(第二版)中国建筑工业出版社1998年
[21]赵志缙,叶可明,吴君侯,刘曜等.(高层建筑施工手册>.(第二版).同济大学出版社1997年。
[3]赵西安,李国胜,李国强,戴振国编著<高层建筑结构设计与施工问答》同济大学出版社2001年
高层建筑结构选型决定高层建筑的整体安全性和可靠性。常见的几种结构可类型为分为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等。①框架结构主要是由梁柱、楼板等部分组成,根据建筑功能的需求,完成对平面框架的布置。框架结构造价低,但在水平荷载影响下变形较大,抗震效果不佳;②框架-剪力墙结构,高层建筑中,剪力墙主要布置在电梯间,通过核心筒承担水平荷载,抵抗地震力,整体稳定性高。但是框架剪力墙结构容易受到平面布局限制,出现质心和钢心不重合的现象,结构扭转过大,可能会出现的安全隐患;③剪力墙结构,具有较好强竖向和水平向的承载能力,对高层建筑的整体刚到和稳定性具有显著的提升效果,重点在于剪力墙的布置及自重的控制;④筒体结构,在电梯间及建筑外围布置剪力墙,形成筒体,该结构具有更高的刚度。
1.2高层建筑结构选型的影响因素
高层建筑结构选型,除了受建筑需求影响外,其主要因素可归纳为:①环境条件。主要包括设防烈度、场地条件、基本风压等;②建筑方案特征。主要包括方案建筑的高度、高宽比、长宽比以及建筑体型,其中建筑体型包括平面体型和立体体型。平面体型是由平面规则性、平面对称性、平面质量和刚度偏心等组成,立体体型是由结构高宽比、立面收进体型、塔楼和层间刚度等组成;③建筑使用功能要求。高层建筑的使用功能大体上可分为住宅、办公楼、旅馆和综合楼等。某种功能的建筑可能只有某几种结构型式和它相匹配。比如高层住宅,由于其使用空间较小,分隔墙体较多,且各层的平面布置基本相同,因此这种功能的建筑就比较适合采用剪力墙或框架剪力墙结构;④结构抗灾水平及现场施工、后期使用、运营维护等。
1.3结构选型实施案例
自原始社会巢穴居以及在北美的印第安人的帐篷屋的住屋形式,到奴隶社会中古代的埃及人们利用石材建造神庙和陵墓等梁柱体系为主的结构形式,再到欧洲中世纪以教堂为主的神学统治的社会的建筑类型,直到如今以先进科技技术为“构件系统”方式表现的现代数字化信息时代建筑形式的迅猛发展。在现代比较经典的建筑作品中,不少也是新技术、新材料的使用产生的具有实用美观和审美价值的建筑形式,并且从运用的材料、构造方式、纹案、色彩等方面可以让人们获取与建筑相关的文化信息。就先拿采用玻璃墙的西柏林新国家美术馆来说,它是与帕提农神庙等古典庙堂截然不同的是它所使用的材料是钢材而非石料,由此看出建筑以相似的形式给人却是完全不同的审美感受。另外还有采用光电幕墙技术的英国利物浦基础物理研究院和德国哈姆尔城市大厦就满足了恶劣天气对幕墙的所有要求,同时也满足了建筑本身的物理需求,比如阻燃、保暖、隔热等性能,并且还可以把光能转换成电能。由此推测在某种建筑材料集中了多种功能,建筑的结构形式也将发生相应的变化。与此同时,建筑本身的构造组成与细节特征在传递建筑文化底蕴时起着重要作用,成为建筑不可或缺的重要部分。例如新德里的美国驻印度大使馆这座现代建筑,它运用传统的美学法则,并利用现代的建筑金属材料和工业技术,对其外墙和柱廊的细部构造加以精心处理,融合了东方和西方的建筑神韵,整座建筑表现出端庄典雅,轻盈,高贵,奕奕生辉的形象,把印度文化和现代技术完美的结合在一起。另外再看波特兰大厦,它一直被称作是蕴涵着比拟和隐喻的文化连续性的一座“隐喻的建筑”,既非现代又非复古主义的隐喻意义给人们提供了或多或少的亲切感以及平缓、稳定的情绪,也体现出一种肯定社会发展的社会观念。纵观近现代建筑产业的发展势头,随着建筑行业科技进步和技术创新能力的不断加强,以及建筑节能工作不断深入,建筑结构体系的发展形式也多种多样。特别是节能与结构一体化不仅丰富了建筑节能结构体系,还较好地解决了保温体系与建筑的同寿命问题,而且在抗震、安全等性能方面也得到了加强。就如汶川地震灾民安置中,轻型钢结构房屋就发挥了很大作用,也为新型建筑结构体系的广泛应用提出了新的要求。从这一角度出发就不难发现,现如今的建筑市场上新材料层出不穷、新技术应用广泛,建筑构造水平也在不断发展和进步。可以说建筑构造的发展是一个动态的过程,和相关专业的发展密不可分。如高分子防水卷材的出现,带来了防水构造的发展,要完成这一构造就必须了解高分子防水卷材的材料性能,在特定气候条件下的受力特征,施工中要采取的构造处理,任何没有考虑到的失误都有可能导致构造设计的失败。因此,及时正确掌握构造理论知识在实际操作中的技术能力是在以后提高建筑构造水平的有坚实基础。进而使我国后现代主义建筑思潮在建筑文化上表现出双重性,这不仅反映了现代建筑领域中新技术的时代性,而且还反映了建筑本身的大众化、历史化、地方化等特征。
在人类社会文明发展的各个历史时期,结构技术影响了建筑发展的历史文化价值。运用在建筑中的技术的发展与技术本身的发展并非同步的,而且在建筑中各类技术相互结合的程度也不同,在对建筑的形式的决定作用中所占比例也不尽相同。目前,数字化技术正在向建筑领域渗透,建筑形式所涉及到的技术内容将变得比以前任何一个时期更加丰富,更新的速度也更加迅速。就如同最新的科学技术和最先进的生产力结合起来,这是建筑发展的大方向。当人们深刻认识到建筑形式和文化的意义的时候,现代主义建筑强调建筑随时代而发展变化,现代建筑要同工业化社会的条件与需要相适应,强调重视建筑物的实用功能,主张突出现代材料、结构的特质并发挥新建筑的特点等等,这些新型的建筑观带给人一种强烈的时代感。但同时也能让人们看到,现代主义建筑主张坚决抛开历史上的建筑风格和式样的束缚,按照今日的建筑逻辑灵活自由地进行创造性的设计与创作。与此同时在建筑发展的趋势上,很多建筑行业人士决定抛开其积极的一面,这样就使得现代主义建筑在社会发展的道路中产生了一系列的问题,许多人批评它割裂历史,过分的重视技术而忽视人的情感需要,忽视了新建筑与原有环境文脉的联系,因而又产生了很多新的流派和新的创作倾向。通过这样不断“割舍”又“获得”的改革创新思路,加上新时代建筑设计理念和更完善的技术水平,使得建筑本身在各行业领域中具有重要的推动价值。
如今,建筑不光是人类社会文明的产物,还是人类物质生产活动的一个重要组成部分。其本身其实就是一个供人们居住、工作、娱乐、社交等活动的环境,因此不仅内部各组成部分要考虑配合与协调,而且要特别注意与周围大自然环境的协调。它的构造与形式可以反映出一个民族和时代的文化内涵,也凝聚了广大劳动者的智慧和情感,积淀了深厚的历史发展文化和丰富的社会及人文意识形态。它不仅具有多样性、丰富性、地区性的特征,而且还成为人们理解现代建筑的物语,欣赏现代建筑的视角,同时也成为了我们评价现代化建筑的一个重要标准。
1H型钢在各种工业建筑和民用结构中的应用
1.1热轧H型钢在各种工业大型厂房建筑中的应用
根据资料显示,在用于建造工业厂房建筑时,在相同的规模和模式下同比采用铆接工艺相对来说金属10%,也比采用焊接工艺相对节约金属3%,比采用铆接工艺可节约金属10%。H型钢具有结构自重轻、截面模数相对大的优势,广泛应用于火力发电站重型锅炉的承重结构的断面最理想的型钢。在日本,26.5万kW以上的火力发电站,多采用H型钢作承重骨架。我国山东石横电厂钢结构厂房H型钢用量占总用钢量的70%。我厂附近在建的漳三电厂和王曲电厂也都采用H型钢制作锅炉的承重骨架。石油精炼厂及石油化工厂中的厂房结构等,也多采用H型钢冶金工厂的厂房也大多采用H型钢。炼钢厂厂房、轧钢主跨厂房等多采用400x400系列柱型H型钢,也有相当数量采用高600~1000mm的H型钢。如宝钢一期炼钢厂房,H型钢的用量占总用钢量的50%以上。在我公司的第二条生产主线的建设中,转炉车间厂房和H型钢厂房建设中也将大量采用H型钢。这些H型钢主要用在:1跨度大于6米的檩条一般采用高100~300mm的HM(中翼缘和HN(窄翼缘H型钢;2梁一般采用高300~900mm的HN(窄翼缘H型钢;另外H型钢可用作20吨以下的行车的吊车梁;3主厂房柱可采用两根高300~900mm的HM(中翼缘和HW(宽翼缘H型钢组合成格构式柱,荷载相对小的抗风柱、墙皮柱可直接选用高200~500mmH型钢。
1.2H型钢在地下安全支护和构架支撑工程中的应用
H型钢被广泛使用,在与其截面的安全性和经济优势,建设地下工程,如地下铁路,矿山巷井,海底隧道的建设。在日本新干线铁路和名古屋-神户之间的公路隧道施工使用H型钢为防止土体坍塌的墙。使用H型钢在地下铁路的建设,可以减少水泥墙厚度,并改善地下开采进度,特别是地质构造复杂,大量的建筑,但也显示出H型钢,安全,可靠,易于更换的优势。
1.3H型钢在桥梁工程中的应用
城市高架多层公路及其桥梁、公路和高速公路及铁路桥梁工程大量使用H型钢。大跨度桁架式钢桥,其桁架的杆件及桥面系梁与支撑也常采用H型钢作为基本构件,但由于其杆件多要求更宽的翼缘,因而在应用轧制系列的H型钢方面受到一定的限制。
2热轧H型钢在民用建筑中的应用
在H型钢用于各种工业建筑的同时,它也被用于高层、多层及别墅等民用建筑中。
2.1H型钢在多高层及高层建筑中的应用
在多高层建筑的钢结构,H型钢型材占有不可替代的地位在高层建筑结构采用钢筋混凝土结构,钢-混凝土组合结构和钢的结构,包括三种类型,这些类型的结构都具有应用H型钢的可能性。这些高层建筑地基多采用H型钢或钢管作桩,打入地下几十米深。其底部结构可由H型钢外包钢筋混凝土而形成的型钢混凝土结构。其上部结构多采用由轻型H型钢柱或蜂窝H型钢梁组成的钢结构或钢筋混凝土组合结构。近年来随着经济的飞速发展,我国各地相继建成许多高层建筑。
2.2H型钢在多层建筑中的应用
由于钢材是一种环保型建筑材料以及钢结构建筑具有技术含量高、生产效率高的特点,因此随着经济的发展钢结构建筑在多层民用建筑中的竞争优势更加明显。在国外由H型钢建成的多层民用住宅、多层写字楼等早已不鲜见。国内由马鞍山钢铁公司生产的H型钢建成、由马鞍山钢铁设计院设计的H型钢示范工程———马钢光明小区也已建成,并取得良好的性能价格比。近年来,随着我国H型钢产量的不断增加及其市场的不断推广,在各地已有大量的H型钢用于多层建筑中。
3热轧H型钢的应用问题
目前,中国已经建成了一批万能轧机生产线,已经初步具有了中小型H型钢系列的生产能力,但在其应用中存在以下问题:1一般设计师在对热轧H型钢的性能特性的知识不足情况下,习惯于使用传统的普通钢。H型钢,而不是I型梁在使用中,因此,H型钢主要规格范围,规范和更具有优势并未被利用,但不能反映H型钢弯曲性能和节约钢材这一重要功能。2在我国钢材销售方式还是采用的传统的销售方式与H型钢的多规格之间存在矛盾。H型钢的品种规格多是H型钢的一个突出特点同时也是其优点所在。由于全世界各地H型钢标准以及规格的标准多达达一、二百个,在中国热轧H型钢国家标准(GB/T11263-中的规格为74个,其数量是其它型钢的几倍、十几倍。在我国的结构设计中在使用中,工程使用的型钢数量一般几个、更多在几十个规格标准中搭配使用。所以,工程中涉及到的型钢的规格具体的订货量都相对很小,有时甚至几吨有时甚至更少都是有可能发生的现象。但是,H型钢的生产是现代化的大规模的生产,H型钢的生产规模和生产成本计划都应达到一定的数量标准才进行组织和相对集中生产,所以对于订货数量少的和规格数量少的就和生产H型钢的部门存在相当大的矛盾。因此在借鉴发达国家销售经验的同时应找出一条适合H型钢的销售方法。
关键词:高层建筑结构,概念设计,结构体系
近些年来, 建筑业有了突飞猛进的发展, 城市规划设计中的高层建筑越来越广泛。它以其高度强烈地影响着规划、设计、构造和使用功能。就结构特性而言, 高层建筑是必须着重考虑水平荷载和竖向荷载组合影响的建筑物。设计高层建筑时, 它的结构除在上述荷载组合下的强度、刚度和稳定性应予以保证外, 还必须控制由风荷载 (或地震水平作用) 所产生的侧向位移, 防止由此产生的结构的和非结构性材料的破坏;控制由风荷载造成顶部楼层的加速度反应, 以使用户对摆动的感觉和不舒适感降到最低程度。这就需要设计师从一开始就应该以一个立体的概念设计为基础。
一、高层结构概念设计
(一) 高层结构概念设计的三维层次
把房屋看成一个三维空间块体分层次来分析, 对于复杂的高层, 例如多塔机构也可以把它分成几块, 分别研究其倾覆、刚度、承载力等问题, 然后组合起来。首先, 在方案阶段 (Ⅰ) , 可以把基本设计方案概念化, 建立一个符合建筑空间三维形式的结构方案。在该阶段分析总结构体系的荷载和抗力关系;高宽比与抗倾覆;承载力和刚度;并预估基本分体系的相互关系。由于整个结构必然是由一些平面单元组成, 因此在初步设计阶段 (Ⅱ) , 要扩展方案, 把那些体现初步设计基本要求的、主要是二维的平面体系包括进来, 进行基本水平和竖向分体系的总体设计, 从而得到主要构件及其相互的关系。而在最后的第Ⅲ阶段, 即施工图设计阶段, 处理一维的构件设计, 具体设计所有分体系的构件、连接和构造详图, 对第Ⅱ阶段做出的粗略决定进行细化。
对于高层建筑结构, 可以设想成为一个从地基升起的竖向悬壁构件, 承受水平侧向荷载和竖向重力荷载的作用。侧向荷载是由风吹向建筑物引起的水平压力和水平吸力, 或者是由地震时地面晃动引起的水平惯性力。重力荷载则是建筑物自身的总重力荷载。这些侧向荷载和重力荷载的组合, 趋向于既可能将它推倒 (受弯曲) , 又可能将它切断 (受剪切) , 还可能使它的地基发生过大的变形, 使整个建筑物倾斜或滑移。对抗弯曲而言, 结构体系要做到不使建筑物发生倾覆, 其支撑体系的构件不致被压碎、压屈或拉断, 其弯曲侧移不超过弹性可恢复极限;对抗剪切来说, 结构体系要做到不使建筑物被剪断, 其剪切侧移不超过弹性可恢复极限;对地基和基础来说, 结构体系的各支撑点之间不应发生过大的不均匀变形, 地基和地下结构应能承受侧向荷载引起的水平剪力, 并不引起水平滑移。由于风力和水平地震作用力对于高层建筑是动荷载, 使建筑结构抗弯曲和抗剪切时都处于运动状态, 就会导致建筑物中的人有震动的感觉, 使人有不舒服感。如果建筑物晃动得太厉害, 还会使非结构构件 (如玻璃窗、隔墙、装饰物等) 断裂, 甚至危及屋外行人的安全。所以, 高层建筑结构要避免过大的震动。例如:在建造机关事务局12层的办公综合楼, 它长48m、宽18m、高36m。建筑物两边各有9根柱, 横行柱距为18m, 纵向柱距为6m, 中央有一个6×12m的电梯和管道井筒。考虑水平荷载的传递有几种不同方式, 进行结构方案优选, 分析两种结构方案:一种为仅由核心筒承受水平力, 外柱仅承受大部分竖向荷载, 不抵抗水平力, 梁和柱铰接;一种为纵横两个方向柱和梁刚接形成框架, 来抵抗纵横两个方向的水平力。在方案一中:筒井所受的风荷载为1.4×6×8=67.2KN/m, 竖向荷载近似为15120KN, 井筒墙自重为6×36× (6+12) ×2=7776KN, 可得抵抗倾覆弯矩的竖向荷载为22896KN。则可计算出合力偏心矩e=M/G=67.2×36×18/22896=1.9m, 超过核心范围 (6/6=1m) , 不满足稳定要求。必须加强、加宽基础或采用下部锚固, 才能避免基础向上抬起。在方案二中:由横行跨度的框架承担全部水平力。因此, 在一个方向风荷载作用下, 总框架一侧柱子受压, 另一侧柱子受拉, 并可近似求得总压力或拉力为:67.2×36×18/18=2418.2KN, 大致由每侧9根柱子平均分担2419.2/9=268.8KN/柱<7×3×9×10=1890KN, 即比每根柱所承受的恒载小很多, 基础不会向上抬起。因此方案二比方案一好, 应采用方案二的结构。
二、高层建筑的结构体系
通过受力因素分析, 下一步就考虑采用什么结构体系, 有下面几种高层建筑结构体系可供选择, 其结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒中筒结构等。根据其受力特点, 结合高层概念设计的三维层次考虑, 选取合适的结构体系或其组合体系。
(一) 框架结构体系
由梁、柱、基础构成平面框架, 它是主要承重结构, 各平面框架再由梁联系起来, 形成空间结构体系。框架结构的优点是建筑平面布置灵活, 可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业厅、教室等。需要时, 可用隔断分割成小房间, 或拆除隔断改成大房间, 因而使用灵活。外墙采用非承重构件, 可使立面设计灵活多变。但是框架结构本身刚度不大, 抗侧力能力差, 水平荷载作用下会产生较大的位移, 地震荷载作用下较易破坏。不高于15层宜采用框架结构, 可以达到比较好的经济平衡点。
(二) 剪力墙结构体系
剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。墙体同时作为维护及房间分隔构件。剪力墙间距一般为3~8m, 现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好, 刚度大, 在水平荷载作用下侧向变形小, 承载力要求容易满足, 适于建造较高的高层建筑。而且其抗震性能良好, 在历次的地震中, 都表现了很好的抗震性能, 震害较少发生, 程度也很轻微。但是剪力墙结构间距不能太大, 平面布置不灵活, 而且不宜开过大的洞口, 自重往往也较大, 不是很能满足公共建筑的使用要求, 而且其成本也较大。
(三) 框架-剪力墙结构体系
框架-剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件, 框架和剪力墙协同工作的体系。在框架-剪力墙结构中, 由于剪力墙刚度大, 剪力墙承担大部分水平力 (有时可以达到80%~90%) , 是抗侧力的主体, 整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载, 提供较大的使用空间, 同时承担少部分水平力。由于有了剪力墙, 其体系比框架结构体系的刚度和承载力都大大提高了, 在地震作用下层间变形减小, 因而也就减小了非结构构件 (隔墙和外墙) 的损坏。这样无论在非地震区还是地震区, 都可以用来建造较高的高层建筑。还可以把中间部分的剪力墙形成筒体结构, 布置在内部, 外部柱子的布置就可以十分灵活;内筒采用滑模施工, 外围的框架柱断面小、开间大、跨度大, 很适合现在的建筑设计要求。
(四) 筒中筒结构体系
筒中筒结构体系由一个或多个筒体为主抵抗水平力。通常筒体结构基本形式有三种:实腹筒、框筒及桁架筒。筒体结构最主要的特点就是它的空间受力性能。不论哪一种筒体, 在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬壁构件, 它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力, 并具有良好的抗扭刚度。筒中筒结构是一种抵抗较大水平力的有效结构体系, 但是由于它需要密柱深梁, 当采用钢筋混凝土结构时, 可能延性不好, 而且造价昂贵。
除了上述的几种结构体系外, 还有其他一些结构体系, 如薄壳、膜结构、网架等。随着时代的进步, 会涌现出越来越多更好的结构体系。这就需要不断学习, 从各方面考虑运用经济合理的手段到达目标。
参考文献
[1]GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].
[2]JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3]包世华, 方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社, 1990.
【关键词】 高层建筑 抗震设计 破坏特点 设计方法
1.地震作用下高层建筑结构的破坏特点
近几十年国内外发生的多次大地震资料中可以得出,在静荷载下受力合理的结构,在地震作用下就呈现出受力不合理而破坏,这是因为在地震作用下建筑物的动力反应有其特殊性,主要表现在以下几个方面。
1.1地基方面
(1)在具有较厚软弱冲积土层场地,高层建筑的破坏率显著增高;(2)地基土液化导致地基不均匀沉降,从而引起上部结构损坏或整体倾斜;(3)建造在不利或危险地段的房屋建筑,因地基破坏导致房屋损坏。(4)当建筑结构的基本周期与场地自振周期相近时,因共振效应破坏程度将加重。
1.2结构体系方面
(1)采用“填墙框架”的房屋结构,钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏,外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切型破坏;(2)采用框架一抗震墙体系的房屋结构,破坏程度较轻;(3)采用“底框结构”体系的房屋,刚度柔弱的底层破坏程度十分严重;采用“填墙框架”体系的房屋,当底层为敞开式框架间未砌砖墙,底层同样遭到严重破坏;(4)采用钢筋混凝土板、柱体系结构的建筑,因楼板冲切或因楼层侧移过大、柱脚破坏,各层楼板坠落重叠在地面。
1.3刚度分布方面
(1)矩形平面布置的建筑结构,电梯井等抗侧力构件的布置当存在偏心时,因发生扭转振动而使震害加重;(2)采用三角形、L形等不对称平面的建筑结构,同样在地震作用因发生扭转振动而使震害加重。
1.4构件形式方面
(1)在框架结构中,通常柱的破坏程度重于梁、板;(2)钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙通常会出现斜向或交叉裂缝;(3)配置螺旋箍筋的混凝土柱,当层间位移角达到较大数值时,核心混凝土仍保持完好,柱仍具有較大的抵抗能力;(4)钢筋混凝土框架如在同一楼层出现长、短柱并用的情况,短柱破坏较为严重。
1.5房屋体形方面
(1)L形、T形、Y形等不规则平面房屋建筑破坏率显著增高;(2)有大底盘的高层建筑,裙房顶面与主楼相接处面积突然减小的楼层,即相邻楼层质量突变较大时,破坏程度加重;(3)防震缝设置宽度太小导致建筑物间发生碰撞破坏;(4)楼层平面形心与重心偏移越大,震害越严重。
2.高层建筑结构抗震设计的方法
对高层建筑结构的抗震设计时,要从减小地震作用力的输入和增强地震抵抗力两个方面进行考虑。下面将从五个方面进行分析:尽可能减小地震作用能量的输入,运用高延性设计、推广消震和隔震措施的运用,注重抗震结构的设计,重视建筑材料的选择,增多抗震防线的建设。将减小地震作用力和增强建筑的地震抵抗力二者结合起来,从两方面入手,进行建筑抗震的设计施工。
2.1减少地震发生时能量的输入
在具体的设计中,积极采用基于位移的结构抗震方法,对具体的方案进行定量分析,使结构的变形弹性满足预期地震作用力下的变形需求。对建筑构件的承载力进行验收的同时,还要控制建筑结构在地震作用下的层间位移限值;并且更具建筑构件的变形和建筑结构的位移之间的关系,确定构件的变形值;根据建筑界面的应变分布以及大小,来确定建筑构件的构造需求。对于高层建筑来讲,在坚固的场地上进行建筑施工,可以有效减少地震发生作用时能量的输入,从而减弱地震对高层建筑的破坏程度。
2.2运用高延性设计、推广消震和隔震措施的运用
现在在我国,许多高层建筑进行抗震设计时,多采用延性结构,也就是适当的空着建筑结构的刚度,允许地震时结构的构件进入到具有很大延性的塑性状态,从而消耗地震作用时的能量,使地震反应减小,减弱地震给高层建筑带来的破坏和重大损失。如果某高层建筑的承载能力较小,但是具有较高的延性,那么在地震中它也不容易倒塌,因为延性构件可以吸收较多的能量,经受住很大的结构变形。延性结构的运用,在很多情况下是有效的,它可以消耗地震能量,减轻地震反应,使结构物“裂而不倒。
进入20世纪以来,人们对建筑物抗振动能力的提高做出了巨大的努力,取得了显著的成果,其中阻尼器的使用在高层建筑的抗震方面有很大的作用。通过对阻尼器的利用,进行减震和能量的吸收,可以巧妙的避免或减弱地震对高层建筑的破坏作用。
2.3注重抗震结构的设计
高层建筑抗震设计的结构应该得到人们的重视。我国150m以上的建筑,采用的3种主要结构体系(框.筒、筒中筒和框架-支撑体系),都是其他国家高层建筑采用的主要体系。我国钢材生产数量已较大,钢结构的加工制造能力已有了很大提高,因此在有条件的地方,建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱)结构或钢结构,以减小柱断面尺寸,并改善结构的抗震性能。
我国传统文化中“以柔克刚”具有价高的思想价值,可以指导很多实际问题。在高层建筑结构的抗震设计中,可以从传统的硬性为主的抗震模式向以柔性为主的抗震模式转变,实现以柔克刚、刚柔相济,有效地减弱地震作用过程中释放的冲击力。比如,在高层建筑的拱形结构中有这样一个例子:迪拜帆船酒店,外观如同一张鼓满了风的帆,一共有56层、321m高,就是运用拱结构抗震减灾的很好的例子。
2.4重视建筑材料的选择
在高层建筑的抗震方案设计中,建筑结构的材料选择也非常重要。首先,我们可以对建筑材料的参数进行抗震性能的分析,从整体上对材料的参数变异性进行研究,而不能仅考虑建筑材料的承载力忽略其他因素。从抵抗地震的角度来讲,就是要控制建筑结构的延性需求,这就要求我们从高层建筑建设施工的各方面,来选择符合抗震需求而且经济适用的建筑结构材料。
2.5增多抗震防线的建设
高层建筑结构防震可以设置多道抗震防线,增强对地震的抵抗力。高层建筑物设置多层的地震抵抗防线,第一道防线遭到破坏之后,有后备的第二道、第三道甚至更多的防线对地震的作用力进行阻挡,避免高层建筑物的倒塌。高层建筑结构进行抵抗地震设计时,可以采用具有多个肢节和壁式框架的“框架剪力墙”等防震结构。
框架剪力墙具有性能较好的多道防线抗震结构,其中的剪力墙是第一道抗震防线也的主要的抗侧力构件。所以,剪力墙要足够多,保证它的承受能力较高,不小于高层建筑底部地震倾覆力矩的一半。同时,为承受剪力墙开裂后重分配的地震作用,任一层框架部分按框架和墙协同工作分配的地震剪力,不应小于结构底部总地震剪力的20%和框架各层地震剪力最大值的1.5倍两者的较小值。剪力墙结构中剪力墙可以通过合理设置连梁(包括非建筑功能需要的开洞组成多肢联肢墙,使其具有优良的多道抗震防线性能。
结束语
现代城市的发展促使高层建筑的不断增多,抗震结构设计也显得越来越重要。而新型结构体系结构形式复杂,分析难度大,全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分,成为今后新型结构体系设计和考虑的重点。所以同行在以后的设计过程中应该明了结构设计的重点在哪里。
参考文献:
[1] 肖峻.浅析建筑结构分析与设计[J].中化建设,2008.
[2] 范小平.高层建筑结构概念设计和抗震设计中相关的几个问题应用分析[J].福建建材,2008,(6).
【高层建筑结构教学大纲】推荐阅读:
高层建筑结构抗震设计论文10-18
高层住宅建筑设计12-08
高层建筑电气设计01-23
高层建筑结构设计管理07-25
高层建筑的结构设计09-18
高层建筑结构设计重点11-19
高层建筑消防水池研究07-05
高层建筑施工简答07-09
超限高层建筑工程范围10-26
超高层建筑防火规范11-20