高层建筑混凝土结构的稳定设计分析

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   摘要:自古以来,建筑就作为人类文明象征的其中之一,是人类发展的代表。日前,伴随着经济极速发展以及城市化步伐日益增速,为让土地这种有限且不可再生的资源得到合理使用,中国建筑每天都在发生着意想不到的改变,集中体现为形态上不断发展得越来越高,甚至能说,高层建筑的发展就是建筑业发展的核心势头。然而,伴随建筑高度日益增高,建筑的内部空间越来越扩大,结构设计在安全以及稳定方面的问题日益显现,也越来越受到人们的重视和器重。作为中国传统结构形式的混凝土结构,因具备造价低、耐持久、结构造型灵活以及整体性良好等优势,在各类工程结构中得到普遍使用。由此可见,对高层建筑混凝土结构的优化和设计进行研究非常重要。
   关键词:高层建筑;混凝土结构;设计;优化
  
   改革开放后国内的经济进步是非常迅速的,人们对居住的要求不断提升,这些导致了建筑业的不断变化,建筑材料以及技术不断进步,让高层建筑可以借助更加先进的技术以及材料,实现项目的建设。高层建筑的层数更多,高度更高,很多以往的一些结构设计的方式不再适用,同时因为层数的增加,结构的风荷载以及受地震作用也是要考虑的关键问题。总体上来说,高层的结构设计是更加复杂的,要考虑到的各方面因素也是更加多样化。
   1高层建筑混凝土结构设计要求
   1.1安全性
   在安全性这方面主要是要保证建筑在使用过程中的安全,相应的技术和施工人员要对建筑物的承载力、刚度等各个方面进行详细的考虑,最重要的是要保证建筑物能够应对突发状况,在出现突发事件时能够保持稳定,不会出现坍塌等较为重大的安全事故。
   1.2可靠性
   可靠性指的是建筑物在一定的时间所能保证的承载力、强度等性能,确保建筑物在其使用年限内不出现性能大幅度下降的问题。每个建筑都会有其规定的使用年限,当其使用到达其规定的时间后应该停止使用,原因是此时的建筑可靠性已经严重下降,不适宜居住。
   1.3适用性
   建筑物要确保居民能够正常进行生活,这就是建筑物的适用性,技术与施工人员要确保建筑物在使用之时不会出现裂缝变形等问题,确保居民的正常安全生活。
   2高层建筑混凝土结构的稳定设计要点
   2.1科学设计结构体系
   混凝土高层结构设计时,可以利用BIM技术构建仿真模型,检查设计方案存在的问题,从根本上实现混凝土高层结构设计的完善,提高混凝土高层结构质量。在混凝土高层结构设计过程中,设计人员必须要做好设计方案的审计工作,对设计方案进行反复的检查与审核,确保设计方案的科学性、合理性和可行性。
   2.2合理设计地基与基础
   地基的设计必须要与施工现场的地质条件、地理环境紧密地结合在一起。地基设计过程中要综合考虑基础拉梁结构,如通过增加基础配筋促进拉梁结构与整个地基结构稳定性的提高。地下室设计过程中,设计人员可以采用褥垫处理方法来提升地下室的稳定性,防止地下室出现大面积裂缝。随着建筑高度不断增加、高层建筑物不断增多,地基设计的合理性与科学性显得越来越重要。地基建设过程中,除了需要对现场地质条件进行综合考虑外,还必须充分考虑地下水对地基的影响,要根据地下水位的实际情况,优化地基设计。只有这样才能保证地基设计的合理性,提高混凝土结构的稳定性。
   2.3选择合适的结构嵌固端
   嵌固端位置的选择,对结构指标以及内里配筋会有直接的影响,因此结构设计以及计算中,要结合土体的实际约束以及上下层的刚度,对嵌固端的实际位置进行确定,让计算模型更加符合现实的情况。
   2.4优化整体结构的方案布置
   对整体结构的布置进行优化,对抗侧力构件的尺寸、平面位置进行合理的布置,并防止出现结构偏心以及扭转的现象,最大程度上让构件承载力以及抗震延性得到充分的发挥,不要出现一些构件的承载力接近极限的状态,一些构件则是没有将自身的承载力发挥出来的现象。剪力墙布置要注意采取周边、对称的原则,竖向连续,防止出现刚度以及承载力突变。
   2.5高程建筑混凝土结构稳定性设计
   2.5.1临界荷重
   在高层建筑混凝土结构中会存在诸多的悬臂杆,悬臂杆主要可以分为剪切型、弯曲型以及弯剪型几种类型。剪切型在失稳的正常状况之下会导致整个楼层出现不同程度的失稳状况。而纯框架类型的梁以及柱会因为双曲率弯曲而导致其出现不同程度的侧位移状态,这样就会导致楼层出现失稳等问题。
   2.5.2高层建筑混凝土结构临界荷重确定
   一般應用的结构构建要通过荷载效应标准组合分析,综合长期作用产生的影响验算分析,保障变形、裂缝等数值不会高于规定的最大限度。通过分析混凝土材料、钢筋实际的测量强度以及两种材料的实际配筋率以及结构构建对应的界面集合实测值则可以确认实验数值,分析结构上的荷载可以根据时间变异性不同将其划分为永久荷载、可变荷载以及偶然荷载三种类型。
   2.5.3荷载标准值取值分析
   不规则结构的竖向控制较为关键指标就是刚度比。剪切刚度则主要就是对底部大空间一层转换结构设计评判分析,剪切刚度主要就是通过对底部为大空间且属于多层的转换结构进行判断分析。楼层层间的位移数值可以判定混凝土结构竖向规则性,同时此种方式也是刚度比计算中较为普遍的缺省方式,在实践中要综合实际状况进行针对性的控制分析,避免刚度突变等问题,如果出现薄弱层则就要强化分析。
   2.6把握好整体结构延性设计
   需要将结构耗能的能力进行充分的发挥,防止出现结构瞬时以及脆性的破坏,在遇到地震以及极强风荷载的情况下,高层的高度原因,需要结构具备极强的抗侧强度以及延性,对水平荷载抵抗抵消。
   3结语
   总之,高层建筑已经是国内建筑业如今的主流,高层与多层建筑是截然不同的,在结构设计方面有着更加复杂的要求,诸多的方法以及技术是需要进行改进的,不断有新技术以及新材料出现并被应用到建筑领域,高层的结构设计也是会达到更高的层面上,设计人员一定要加强自身的专业能力。
   参考文献:
   [1]周弦.高层建筑混凝土结构稳定设计分析[J].低碳世界,2019,9(3):200-201.
   [2]洪源.高层建筑混凝土结构设计分析[J].住宅与房地产,2019(6):88.
   [3]张志强,贾洪亮.高层建筑混凝土结构设计分析[J].工程建设与设计,2018(23):21-22.
   [4]龚立琼,吕潜.浅谈高层建筑混凝土结构优化设计[J].建材与装饰,2017(38):88-89.
   (作者单位:喀什市规划设计研究院(有限责任公司))
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