高层建筑结构体系的研究与探索

高层建筑结构体系的研究与探索

黄哲

身份证421124198901152039

摘要：随着时代的不断发展，城市化进程持续加快，城市中的土地资源有限，要求增加高层建筑的数量，其不仅能够对居住问题进行有效解决，同时内容能够给对城市中有限的土地资源进行充分利用。高层建筑工程的实际建设中，需要使用到钢筋混凝土建筑结构，需要对钢混结构进行合理应用，强化提升其抗风、抗震的作用，确保高层建筑工程的使用质量。本文从高层建筑结构设计谈起，阐述在高层建筑构造中的设计特点，结构体系，与框架结构的节点设施。研究高层建筑所涉及的系统和设计方法，分析各种重力和横向系统及其在高层建筑中的行为。重点关注高层建筑中各种横向系统的结构行为。

关键词：高层建筑；结构；策略

引言

高层建筑通常具有较大的平面轮廓、较高的空间使用率、较复杂的功能组合和较多的设备系统,其结构施工属于涉及多专业、多环节、多参与方的综合性工程,施工质量直接影响建筑物的安全性、耐久性、舒适性和美观性。因此,必须对高层建筑结构施工科学合理的规划、组织和管理,采用先进技术方法和设备,确保施工过程顺利进行,以达到预期效果。

1设计理念

1.1选择的材料

钢被选为主要材料。这是因为与混凝土或复合材料相比，钢材来设计和估算钢构件的尺寸应用更为广泛。事实上，许多高层建筑都是综合设计的，通常是用混凝土包裹钢筋。重力框架的梁和柱采用典型的宽翼缘截面，核心系统(承受重力和横向荷载)采用钢筋混凝土。

1.2重力系统

本文假设高层建筑用于住宅或商务工作产所使用这个项目，一般每平方英尺的活负荷为40磅。重力框架布局可以根据使用的每个横向系统而改变。大部分资料认为需要检测两个核心。本文只研究了一个核心，主要原因有三点，一、钢框架必须与混凝土核心对齐；二、斜网格系统周围没有垂直的柱，改变了建筑结构的布局；三、斜构件承担了横向和重力荷载。

1.3研究案例的结构尺寸及高度

楼层高度和结构的整体高度是基于一个典型的钢梁的设计。然后根据结构框架、机械要求、照明和附加的施工公差计算楼层高度。住宅层高为4m，天花板高度为2.8m。底层一般会增加1.5m，以提供一个大型大厅和入口，使建筑的总高度达到240m。

2高层建筑结构的优化策略

2.1注重建筑结构整体概念设计

复杂高层与高层建筑结构设计中，涉及多项施工流程，其施工过程较为繁杂，在结构设计施工过程中，为保证施工效果，必须把握建筑结构整体，以概念设计为主要设计理念，突出建筑结构设计的整体性特点。首先，应当在保证建筑结构设计均匀性的基础上，在结构设计过程中加强对称性的利用，在外观上，提高建筑物整体的美观性。如某高层建筑工程，建筑整体高度为200m左右，塔楼的外围护结构主要使用low-e玻璃材料，保证建筑工程的美观性和安全性。其次，注重建筑结构设计过程中的人员协调控制，强化人员配合，在交流互动渠道下，实现高效的设计过程。在建筑设计中，要保证建筑整体性和结构在建筑内的协调性，强化结构设计过程中的各指标控制，并尽量使用节能设备，减少资源和成本消耗，保证建筑结构整体统一。

2.2质量把控要点分析

首先,应加强工程设计和施工图审查。工程初步设计阶段邀请了多位专家和顾问进行设计方案的评审和优化,对结构形式、材料选择、施工方法等进行充分的论证和选取,如采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系、高强度混凝土和钢筋、自升式模板支架和滑模施工等。在施工图阶段,组织多个部门与单位审核和校对施工图纸,及时发现与修改图纸中的缺陷和错误,例如细致检查和调整结构节点、构造细部、钢筋排布及混凝土浇筑等重点环节。

其次,应加强原材料和半成品的检验和试验。项目工程施工现场对所有进场的原材料和半成品,例如水泥、砂、石、钢筋、模板及支架等都查验了质量证明,并进行了现场抽样检测,确保其符合标准。同时,现场采用自建搅拌站和第三方检测机构的双重监控方式对混凝土的配合比、强度、耐久性等性能指标进行严格控制和检测。

最后,应加强施工总承包单位对各分包单位的协调和管理,保证工程顺利进行,确保有效沟通和配合

2.3强化抗侧力结构设计

抗侧力结构设计，是复杂高层与高层建筑结构设计的重点。如某建筑工程共包括46层办公楼和6层商业楼，属于典型的复杂高层与高层建筑结构，根据其结构特点，在主塔楼设计过程中，使用框架-核心筒结构，外框架主要使用钢筋-钢管混凝土结构柱结构。同时在外围结构设计过程中，确保钢筋混凝土柱与外围环状框架间紧密连接，以提高外围框架的强度和抗震能力。在设计混凝土核心筒和楼面钢梁的过程中，利用刚性连接方式，提高建筑整体的刚度。在该工程项目设计中，为进一步提高其侧移刚度，还使用了伸臂结构，在一层、两层设置伸臂结构，使其在结构侧移过程中能出现外柱拉伸、压缩运动，加大其承受的轴力，提高外柱抵抗倾覆力矩。此外，在伸臂设计过程中，其所在层的上下相邻层的柱弯矩和剪力都会发生变化，增加了设计柱配筋难度。在此条件下，一旦出现地震柱子就可能遭到破坏，所以在设计过程中，将重点放在保持框架柱和核心筒内力不变上，以此保证该建筑结构的安全性。

2.4把控抗震设计各环节质量

抗震设计在复杂高层与高层建筑结构设计中是重中之重，直接关乎建筑整体稳定性和安全性，所以必须严格把控各环节的抗震设计质量，保证设计的科学性和合理性。首先，在抗震材料选择方面，应尽量根据结构的特点选择合适的材料，针对建筑的不同高度，选择对应抗震性能等级的材料。其次，在建筑结构抗震设计施工前，要优先确定高效可行的设计方案，保证建筑结构的变形弹性，严格把控施工质量，满足预期要求。在建筑结构特点和设计要点确定后，还需要科学把控建筑结构变形和结构位移间的连带关系，保证抗震设计的质量，提高建筑的安全性，延长其使用期限。若建筑处于地震频发地带，还需进一步增强抗震延性，提高其抗震性能。

结束语

高层建筑中的系统可能非常复杂，结构构件的规模可能比我在低层建筑中使用的要大得多。加载和行为很少是线性的，需要更多的考虑。横向荷载是动态的，重力荷载是指数级的，所有系统和结构构件必须共同工作，以充分传递力和限制挠度。高层建筑由于高度、体型及功能等方面特殊性,对结构设计提出了更高的要求。结构设计不仅要满足建筑物的使用功能和美观要求,还要考虑风荷载、地震作用、温度变化、收缩和徐变等多种因素对结构的影响。因此,结构设计是超高层建筑结构施工的基础,必须遵循相关规范和标准。

参考文献

[1]王成磊.高层建筑结构抗震设计方法及结构体系创新研究[J].工程建设与设计,2022(04):13-16.

[2]陈念.超高层建筑结构体系风险分析[J].四川建材,2020,46(06):64-65，71.