論高層建筑設(shè)計存在的問題

1、論高層建筑設(shè)計存在的問題    摘 要：近年來，我國的建筑數(shù)量增多，尤其是近些年高層建筑已經(jīng)成為建筑的發(fā)展趨勢，高層建筑設(shè)計要求水平也越來越高。但是在高層建筑設(shè)計中，也存在一定的問題。本文依次闡述了高層建筑設(shè)計中所出現(xiàn)的特點、結(jié)構(gòu)體系，并提出了設(shè)計中問題的解決辦法。 關(guān)鍵詞：高層建筑；設(shè)計問題；解決 Abstract: In recent years, the increase in the number of buildings in China, especially the development trend of high-rise buildi

2、ngs in recent years has become the building, high-level architectural design requirements of the increasingly high level. However, in high-rise building design, there are some problems. In turn described the characteristics of high-rise building design, structure and system, and proposed solutions t

3、o design problems.Key words: high-rise buildings; design problems; solve 中圖分類號：TU97文獻標(biāo)識碼：A 文章編號： 隨著高層建筑技術(shù)的迅速發(fā)展，高層建筑已經(jīng)成為城市空間中不可缺少的元素，成為城市的一道亮麗風(fēng)景，然而高層建筑與城市空間的融合依然存在一些缺陷，引起了對高層建筑的再思考，從對城市空間的影響到高層建筑自身在設(shè)計中要思考的結(jié)構(gòu)和節(jié)能等方面的問題，使我們更加的關(guān)注高層建筑在城市中所扮演的角色。 1 高層建筑設(shè)計的概況 高層建筑形式在古代就已有了，早在公元前五百多年的古巴比倫曾經(jīng)建造了現(xiàn)在號稱世界七大奇跡之一的“空

4、中花園”，根據(jù)記載，其形式非常之華觀，放置在任何空間之中都可以說是一道絕美的風(fēng)景。近代隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是鋼鐵、電梯的出現(xiàn)以及后來鋼筋混凝土的應(yīng)用，為高層建筑發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的機遇，高層建筑也成為城市空間中一道獨特的風(fēng)景，其中以美國的高層建筑發(fā)展最為活躍，如1885年的芝加哥家庭保險大樓被公認為第一幢摩天建筑，而紐約的曼哈頓區(qū)更是高樓云集；近年來我國的高層建筑也發(fā)展迅速，如上海的金茂大廈88層，高420.5米。隨著結(jié)構(gòu)理論和技術(shù)的發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)形式趨于多樣化，高層建筑的表現(xiàn)形式也多種多樣，但隨之所帶來的弊端也越來越多的表現(xiàn)出來，在成為城市風(fēng)景的同時如何恰當(dāng)?shù)娜谌氤鞘锌臻g成為高層建筑

5、設(shè)計的一個重要任務(wù)，也是使高層建筑設(shè)計趨于完善所追求的一種理念。 2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 決定因素之水平荷載問題。一方面來說,樓房自重和樓面使用荷載會在豎構(gòu)件中造成軸力和彎矩的數(shù)值,僅與樓房高成一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)所出的傾覆力矩,以及連續(xù)產(chǎn)生的在豎構(gòu)件中出現(xiàn)的軸力,則會跟樓房高度的兩次方成正比;另外,對達到一定高度樓房來說,豎向荷載一般都是定值,而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震,它們的數(shù)值卻是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而出現(xiàn)幅度的變化。 2.2 不容輕視的軸向變形。一直以來，在高層建筑中,豎向荷載數(shù)值都比較大。能夠在柱中造成較大的軸向變形,進而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生一定影響,使得連續(xù)梁中間支

6、座處的負彎矩值降低, 跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增加;還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度造成影響,得根據(jù)軸向變形計算值,從而對下料長度做出調(diào)整;還會出現(xiàn)的是對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響,與考慮構(gòu)件豎向變形比較,我們就能得出偏于不安全的結(jié)果。 2.3 側(cè)移作為控制指標(biāo)。跟一些低矮樓房不同的是結(jié)構(gòu)側(cè)移逐漸成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因子。隨著樓房高度的增加,造成水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大,如此結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移就需要被控制在某一限度之內(nèi)。 2.4 重要設(shè)計指標(biāo)是結(jié)構(gòu)延性。與較低樓房相對比來說,高樓結(jié)構(gòu)更加柔和一些,會在地震作用下的變形更劇烈。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后還能有強悍的變形能力,減少倒

7、塌的機會,那么就需要在構(gòu)造上做一些恰當(dāng)?shù)拇胧? 從而來保證結(jié)構(gòu)會具備足夠的延展性。 3 高層房屋的結(jié)構(gòu)體系 3.1 框架結(jié)構(gòu)。組成框架的是橫梁和柱通過結(jié)點?？蚣苤械臋M梁或柱,要在能夠承受住垂直荷載的同時也承受水平荷載。然而在一些多層或高層房屋中,往往是按照房屋的平面布置及垂直的高度空間,也有的是單跨多層框架,但是占大多數(shù)的還是多層多跨框架;框架的方式可以是等跨的或不等跨的。層高自然也能是相同的,或者不相同的;個別特色還有錯層的。那么隨著房屋層數(shù)的增多和總高度的上升,水平力對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸和配筋量的控制作用自然也就愈大,這在框架結(jié)構(gòu)中就顯得尤為突出,所以我們可以看到在非地震區(qū),框架結(jié)構(gòu)最多會

8、被用到 15 層左右，一般情況下應(yīng)控制在 10 層上下。 3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)房屋的概念指的是將房屋的內(nèi)、外墻都做成實體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),因為這樣，它既可以承受垂直荷載、也能抵擋住水平力。因為剪力墻一直是一整片高大的墻體、側(cè)面又有剛性樓蓋的協(xié)助支撐,所以會在其身平面內(nèi)出現(xiàn)一個很大的側(cè)向剛度,這不僅屬于剛性結(jié)構(gòu),也自然能承受較大的水平荷載。在水平荷載作用下,剪力墻呈現(xiàn)為一個底部固定、頂端自由的豎向懸臂梁,而其多是會因墻肢的拉、壓而產(chǎn)生“彎曲型”變形。剪力墻結(jié)構(gòu)房屋會被實體的剪力墻切割成各個單獨的空間,那么自然建筑布置和使用都受到一定的限制,故這個形式的房屋的使用范圍多是僅需小開間的住宅

9、、公寓、旅館等居住性建筑，鮮少被工業(yè)建筑所采用。在高層建筑中,我們會采用框架剪力墻體系, 使用剪力墻體系的好處是可以使建筑平面布置靈活生動,達到所要求的結(jié)構(gòu)在強度上和抗側(cè)移剛度方面的各種要求,所以如今框架剪力墻體系被廣泛應(yīng)用在高層建筑中。 3.3 筒體結(jié)構(gòu)。單筒體結(jié)構(gòu)是一項利用空間受力體系的筒體結(jié)構(gòu)來對水平荷載進行抵抗,建筑平面上的電梯間、樓梯間或管道井等組成的核心筒來會被用來抵抗水平荷載,建筑物四周的外墻被作為外筒以形成抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)。層數(shù)較多的高層建筑多會廣泛使用筒體體系。使用筒體體系的建筑,其平面一般是正規(guī)的正方形或者類似正方形。 4 高層房屋基礎(chǔ)選擇問題 高層建筑的基礎(chǔ)部分這是十分

10、重要的組成部分,如果在基礎(chǔ)選型上不恰當(dāng)、導(dǎo)致基礎(chǔ)不穩(wěn),這勢必將會影響上部結(jié)構(gòu)的使用,甚至可能造成上部結(jié)構(gòu)的開裂、傾斜、嚴重的出現(xiàn)破壞和倒塌;由此,我們必須慎重的來對待基礎(chǔ)的選型。在對地基進行基礎(chǔ)設(shè)計前,都要經(jīng)過一個充分的調(diào)查研究,獲得必要和正確的設(shè)計資料:如要查清地基土質(zhì)的好壞、承載能力的大小、土層分布是否均勻、地下水位的高低、會否侵蝕、是否軟弱土層、軟弱土層厚度和位置、有無暗塘和池塘以及有無溶洞、古井、古墓、垃圾坑等。其次還要明確的是建筑物的使用要求、荷載大小、荷載分布均勻程度、振動設(shè)備情況、建筑物地基變形值等情況。多層與高層建筑通?？梢允褂玫幕A(chǔ)類型還是比較豐富,幾乎能夠應(yīng)用到所有的基礎(chǔ)形

11、式。采用十字形基礎(chǔ)時所需的基礎(chǔ)底面面積如果出現(xiàn)的情況是已接近或超過了房屋的底層面積,那么就需采用片筏基礎(chǔ)。 5高層建筑中的設(shè)計作用 高層建筑的分布地段多是城市中商業(yè)發(fā)達地段，而這些地段本身交通荷載就較大，高層建筑更增加了街道的交通壓力，所以要盡可能的控制其層數(shù)和高度，并且在規(guī)劃設(shè)計中對這些街道進行擴展，提高其通行能力。如今國內(nèi)外抗震設(shè)計的發(fā)展趨勢，也就是高層建筑結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計的重頭戲，是按照對結(jié)構(gòu)在不同超越概率水平的地震作用下會出現(xiàn)的性能或變形來進行要求設(shè)計，結(jié)構(gòu)彈塑性分析如今已勢必成為抗震設(shè)計的重要組成部分，不過由于結(jié)構(gòu)彈塑性分析的復(fù)雜性，在對待計算和如何設(shè)定具體要求的問題上，各國的做法

12、也各有千秋，抗震設(shè)計一般要求建筑在平、立面布置上下工夫。宜規(guī)正、對稱，建筑的質(zhì)量和剛度分布也要均勻，要充分考慮會出現(xiàn)的不利影響。不過有的平面設(shè)計往往出現(xiàn)嚴重的不對稱：出現(xiàn)一邊進深大，一邊進深小的狀況。高層建筑還會對城市各構(gòu)成要素造成重大的影響，高層建筑的位置、高度的設(shè)置，也要充分地考慮到所設(shè)計的城市尺度、傳統(tǒng)文化，因一些不當(dāng)?shù)某叨葧Τ鞘袔聿涣嫉挠绊?，更換了城市傳統(tǒng)的歷史文化，也就打破了原來城市各構(gòu)成要素之間有機協(xié)調(diào)的關(guān)系組成。 6結(jié)束語： 高層建筑如今走過百年歷史,在其誕生之日起就成為城市的焦點, 不斷的在其形式和風(fēng)格上發(fā)展變化革新,我國的高層建筑相對發(fā)達國家來說雖然起步較晚,仍然取得了很大的成就,像北京、上海、深圳等城市的高層建筑發(fā)展進程可以說代表了中國高層建筑的現(xiàn)代史, 如