不规则多层建筑结构设计分析

(整期优先)网络出版时间:2024-06-26
/ 2

不规则多层建筑结构设计分析

周垒淇

长沙开福城投集团有限责任公司,湖南长沙 410005

摘 要:随着城市化进程的加快,不规则多层结构的设计越来越受到工程界的重视。与常规规则结构相比较,不规则多层结构的设计更为复杂多样,其中包含了多种新材料、新工艺、新工艺,受到了业界的广泛关注。因此,本项目拟对不规则多层结构的设计方法进行初步的分析,并对其设计要点进行分析,包括:风荷载与地震荷载、层间水平与竖向位移控制、疲劳与裂缝控制、防火设计、结构施工与维修等方面的设计要点。

关键词:不规则;多层建筑;结构设计

建筑形式的不规则多层建筑的产生,是由于当前城市用地紧张,建筑高度不断提高,功能要求日益多元化。这样的建筑结构,已经不能再按照常规的规范构造的原理和方法来进行,必须在建筑结构的安全性能够得到保证的同时,使不规则多层建筑结构具有良好的美观性、经济性和环保性。

1.不规则多层建筑结构设计价值

实施不规则多层建筑结构的设计工作所具有的价值体现在多个层面,具体如下:首先,通过设计不规则多层建筑结构,可以使其成为一道丰富的都市风景线,提高都市的风貌。多层住宅因其特殊的造型与造型,可使其在都市中脱颖而出,并作为一种标志性的景观,为其注入特有的魅力与活力,并可充实其建筑风格。其次,不规则多层住宅的构造形式能够为人们的生活方式带来更大的变化,从而更好地适应人们的各种生活需要。不规则多层建筑结构设计与传统建筑结构设计进行比较可以发现不规则多层建筑结构设计可以使建筑结构在实现多功能空间布置方面具有较大的优势同时,可以更好的满足人们在居住、商业、文化、休闲等不同方面的需要,并对这些功能实现优化,从而促进多层建筑结构朝多元化方向发展。提出了多层非标准多层住宅的概念,并提出了一种新的思路。通过对其进行适当的规划,使其能与场地形态及周围的自然环境相协调,达到最大程度利用土地。最后,提出了一种新型的不规则多层高层住宅体系。面对复杂多变的多层建筑结构在设计过程中,若能从构造、选材、空间布局等多个方面进行尝试,这对于推动不规则多层结构设计的发展而言具有一定的促进作用。

2.不规则多层建筑结构设计要点

2.1风荷载和地震荷载分析

在对不规则多层建筑结构进行设计时,必须对建筑结构的风荷载予以充分考量,并加以计算在风荷载的实际计算过程中除了需要对建筑物的表面面积予以考量之外,还应当对建筑结构的体形系数以及高度等因素予以重视同时还应根据建筑结构所在地区的天气情况,准确计算出风速,通常采用50年一遇的气象极限风作为设计依据,然后按选定的风载规范进行设计。提出了一些特殊的设计指标,如高度、外形、外形系数和体形系数等。在对建筑物进行抗震计算时,首先要依据建筑物所在区域的抗震设防烈度指标来决定其抗震性能。其次,依据结构形式(框架结构、钢结构、混合结构)、质量和振动周期等因素,确定结构抗震设防水平荷载。在工程实践中,工程人员经常使用 PKPM等结构分析程序对结构进行风振响应,并对其进行有限元仿真,得到结构的受力状态、变形状态、应力及位移等参数。在此基础上,结合我国现行的有关标准,对结构的地震作用、楼层高度、结构动力特性等开展精细化的理论研究,进而对结构的抗震能力进行进一步的研究。

2.2层间水平和垂直位移控制

不规则多层建筑结构设计后具有良好安全性与稳定性的关键就在于,能否对分层竖向变形实施有效控制。在横向变形的控制中,常用的方法是通过限制和侧向移动来降低横向荷载。在实际工程中,最常见的是构造变形与楼层高度之比,一般都不能大于1/1000。在高层住宅中,以风、地震动为主。在风载条件下,为改善其侧向刚度,常采取局部加劲肋或设置外挡板等施工方法,并利用相关风载因子进行了分析。在进行抗震设计时,一般要综合考虑各层间位移角、层间位移与变形比例和刚度等因素,使其符合现行标准。而竖向位移的控制则是由结构本身的刚性与变形来实现。对于高层建筑,在进行高层建筑的设计时,往往会按高层建筑总高的1/1000来计算。针对钢筋混凝土结构,设计者往往注重其伸缩特性,以保证其在各种温差作用下的竖向变形。对于一栋5层楼房,按规范规定其水平变位不得大于楼面高的1/1000,也就是各层的横向变形小于40毫米。

2.3疲劳和裂缝控制

对于不规则多层建筑结构设计,一般都要求对其进行有效预防与处理。在进行疲劳防护时,应充分利用结构的动力荷载与振动,尤其是多层、不规则形状的建筑物。对建筑物进行动力荷载与振动作用下的疲劳特性进行数值仿真,可以明确具体的细部构造及加固方法。此外,建筑材料的选用也十分关键。比如,在工程建设中,往往要根据构件的抗疲劳性能,通过S-N曲线等方法来确定构件的服役限值,从而保证其在动力荷载作用下的耐久性能。对开裂的防治,从加强构造和细部构造两个方面着手。为结构设计合理的结构缓冲空间,合理设计视点与节点,采用适当的膨胀节点,可以有效地解决结构的疲劳开裂问题。对于加固构件,可以采用高强度的钢对其进行加固,也可以采用预应力筋进行合理的张拉。在细部构造方面,采取了局部加强的方法,以改善某些构件的抗裂性。

2.4防火设计

为了确保不规则多层建筑结构具有良好的防火性能,在建筑结构设计过程中对其进行消防设计显得尤为重要。首先,在设计之前必须做好相应的消防安全分析,然后依据建筑物的使用性质、高度和占地面积等对建筑结构进行划分。为减少火灾蔓延的可能,建筑内部的消防区域必须满足地方有关的有关规定及建筑标准的规定。在选材方面,应充分重视建筑物的构造及装修材料的耐火要求。比如,对建筑物的耐火极限应达到不小于普通建材的耐火水平,同时对室内进行了耐火处理,以改善建筑物的耐火能力。在建筑物的结构设计上,应根据有关规定,设置防火门、防火窗等设备,使其能够迅速地进行防火分隔。

2.5结构施工及后期维护考量

不规则多层建筑结构在设计过程中,无论是施工工作,还是后期,都对保证建筑结构的安全性具有非常重要的现实意义。在建筑工程建设中,应严格按照设计图及相关标准进行,并加强对其变形与位移的监控。比如,在建设过程中,要对异形构件的墙柱进行实时监控,保证它的稳定性和精确的砌筑位置,一般都要保证墙面的垂直度不能超过1/500,而平面度不能超过1/200。从设计初期就要充分考虑到后期维修的难度,选用便于维修的材质及构造型式。建筑工程竣工后,要对建筑物进行经常性的检修。比如,对于不规则的多层房屋,一般都需要在施工完成后5年之内做次养护,以保证防水层的完整。对于不规则的多层房屋,其耐久性及后期维修应给予足够的关注。

结束语:

综上所述,随着我国建筑结构设计水平的不断提升,对不规则多层建筑结构设计也提出了较多的新要求,而这对于不规则多层建筑结构设计未来的发展而言既是一种挑战,也是一种机遇。因此,为了能更好的对不规则多层建筑结构进行设计,除了需要掌握其所具有的设计价值,相关人员还应当掌握其设计要点,并将设计要点贯穿于不规则多层建筑结构设计的整个过程中,实现对不规则多层建筑结构的有效设计,以提升其安全性。

参考文献

[1]吴晓明.某污泥干化车间不规则多层建筑结构设计与分析[J].建筑结构,2021(01):324-328.

[2]肖远洋.不规则多层建筑结构设计分析[J].低碳世界, 2023(02):182-184.

[3]何涤凡.不规则多层建筑结构设计分析[J].住宅与房地产, 2020(03):177-179.