文進(jìn) 武漢正華建筑設(shè)計(jì)有限公司
超高層建筑物的出現(xiàn),極大地改善了城市人群的居住環(huán)境,也有效地豐富了城市建筑物的類型。在超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中,不僅要滿足建筑物本身的各種特性,還要結(jié)合具體的使用目的、環(huán)境安全進(jìn)行專業(yè)有效的設(shè)計(jì),并對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行可靠設(shè)計(jì),以最大化地滿足超高層建筑的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮。
首先我國(guó)超高層建筑占地面積較小,甚至在實(shí)際建筑可以在市中心區(qū)域進(jìn)行選址施工,有效的減少了傳統(tǒng)建筑中浪費(fèi)土地面積的情況,且建造用的時(shí)間較少,在超高層建筑中可以通過橫豎向安排讓人口集中,有效的溝通交流,提升工作的質(zhì)量。當(dāng)前我國(guó)建筑工程已達(dá)到一定層次和高度,在對(duì)超高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),首先要重視設(shè)備和電氣的使用,相關(guān)設(shè)計(jì)師要結(jié)合建筑預(yù)定的目標(biāo)和功能進(jìn)行設(shè)計(jì),如在設(shè)計(jì)建筑自身供暖和排水時(shí),要根據(jù)建筑的高度和寬度對(duì)管道的壓力選擇良好的施工材料,提升其耐用性。在設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)時(shí),設(shè)計(jì)師要考慮風(fēng)力設(shè)備對(duì)建筑內(nèi)部造成的影響,如在風(fēng)力增大時(shí)相關(guān)空氣壓力及熱氣壓力也會(huì)發(fā)生一定變化,且這些變化會(huì)對(duì)之后計(jì)算散熱量造成影響。最后設(shè)計(jì)師要重視消防系統(tǒng),避免出現(xiàn)問題無法及時(shí)的控制,且對(duì)供水系統(tǒng)要根據(jù)樓層的布局合理的進(jìn)行設(shè)計(jì),避免對(duì)之后對(duì)結(jié)構(gòu)分析造成影響?,F(xiàn)如今,在對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)該確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性,并在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)建筑的寬、高、長(zhǎng)等嚴(yán)格的規(guī)劃,避免在受到巨大自然災(zāi)害時(shí)對(duì)建筑側(cè)向力造成影響,其次要重視建筑的立面和平面的對(duì)稱,減少建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱點(diǎn),當(dāng)受到外力侵襲時(shí)造成不可逆的后果。最后對(duì)于一些地質(zhì)較深的地方,相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)制定問題方案,保證在之后施工過程中能對(duì)一些自然沉降造成的建筑變形進(jìn)行處理,確保施工的安全性和標(biāo)準(zhǔn)性。
首先,抗側(cè)力結(jié)構(gòu)均勻?qū)ΨQ布置:超高層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是均勻、對(duì)稱、分散受力。做好扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制要確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心和剛度中心盡可能靠近,如果距離較大,則超高層建筑的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)分布不均,會(huì)嚴(yán)重影響超高層建筑的抗震性能。其次,確保平面剛度均勻:超高層建筑在地震中扭轉(zhuǎn)破壞的嚴(yán)重程度取決于建筑結(jié)構(gòu)的平面剛度是否均勻。實(shí)際設(shè)計(jì)中,平面剛度是否均勻布置與剪力墻的布置有關(guān),因此結(jié)構(gòu)工程師要充分考慮各種因素,合理的布置剪力墻。另外,抗扭剛度的提升:力學(xué)原理表明,建筑結(jié)構(gòu)離質(zhì)心越遠(yuǎn),抗扭剛度就越差。因此應(yīng)當(dāng)布置剛度較大的抗側(cè)力構(gòu)件如剪力墻,提升超高層建筑的抗扭剛度。
鋼混結(jié)構(gòu)體系通俗來說就是由混凝土結(jié)構(gòu)和剛結(jié)構(gòu)融合組成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系,其最常見的組合就是鋼筋混凝土外框筒組合、鋼筋混凝土核心筒組合、剪力墻鋼框架結(jié)構(gòu)、剪力墻鋼框架結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土核心筒融合組合體系,且以上幾種結(jié)構(gòu)可以有效地提升豎向上、抗水平的能力。對(duì)框架結(jié)構(gòu)來說其主要是在一個(gè)固定平面內(nèi)將豎柱和橫梁的水平面連接起來,形成一種新的體系,且這種組合布置結(jié)構(gòu)較為靈活,大多屬于桿系結(jié)構(gòu),多用于建筑面的內(nèi)外墻,適合一些樓層較低的醫(yī)院、酒店和學(xué)校辦公樓等。最后對(duì)框架結(jié)構(gòu)來說,顧名思義就是由很多個(gè)大型的豎向支撐結(jié)構(gòu)及梁式樓層融合形成的一個(gè)大型框架結(jié)構(gòu),最著名的代表建筑就是廣東的亞洲大酒店。
超高層建筑施工中。核心筒通常先行施工,因此該部分施工最為關(guān)鍵且困難。首先需解決高空作業(yè)面及防護(hù)問題,其次還需解決人員運(yùn)輸、材料運(yùn)輸和堆放、混凝土泵送、塔吊附著爬升等問題。核心筒施工進(jìn)度決定了后續(xù)幾條流水線的對(duì)應(yīng)進(jìn)度。對(duì)于高空作業(yè)面的問題,核心筒在施工過程中往往會(huì)依托專用模架系統(tǒng),模架系統(tǒng)需具備穩(wěn)定,自爬升、輕便(核心筒剪力墻受力)等特點(diǎn),同時(shí)需集成堆料平臺(tái)、混凝土布料機(jī)、大模板系統(tǒng),使施工人員能安全、便捷地在該模架內(nèi)進(jìn)行鋼筋綁扎、模板安裝及混凝土澆筑工作。對(duì)于人員運(yùn)輸?shù)膯栴},需先行在核心筒內(nèi)設(shè)置筒內(nèi)電梯,電梯通往模架平臺(tái),解決在筒內(nèi)樓梯和走道板未形成時(shí),人員的運(yùn)輸問題。塔吊可采用外掛式塔吊,塔吊附著于核心筒側(cè)壁剪力墻,可隨模架系統(tǒng)爬升實(shí)現(xiàn)自爬升,用于材料的垂直運(yùn)輸。核心筒超高層混凝土泵送主要選用高強(qiáng)度泵管(強(qiáng)度較高)及底部加壓泵送機(jī),泵管與模架系統(tǒng)內(nèi)的布料機(jī)相連接,混凝土澆筑完成后,先將最上部泵管脫開,待模架爬升完成后,混凝土澆筑前再進(jìn)行連接。
選取嵌固端設(shè)置位置時(shí),需要從有效埋深基礎(chǔ)頂面及頂面兩部分進(jìn)行選取。嵌固端選取位置高于頂面時(shí),需要保證嵌固端與埋深位置一致,并控制好與室外地面的高度差。嵌固端選取位置的先決條件,就是需要該部位具備較高的強(qiáng)度和承載能力,能有效避免柱塑性鉸下移。超高層建筑地下室嵌固端應(yīng)設(shè)置在地下室頂板上,且頂板厚度≥16cm,且保證頂板具有較好的抗彎剛度,頂板設(shè)計(jì)不能留有孔洞,保證頂板結(jié)構(gòu)的整體性。
在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,傳統(tǒng)方法是通過增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗震性能(強(qiáng)度、剛度、延性)來實(shí)現(xiàn),這也是目前結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的主要模式,但是隨著科技的進(jìn)步,對(duì)于一些對(duì)抗震安全性和使用功能有較高要求的建筑,還可采用隔震和消能減震設(shè)計(jì)。在建筑物的基礎(chǔ)部位進(jìn)行隔震支座的設(shè)計(jì),可有效地延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期,減少結(jié)構(gòu)的水平地震作用。大量的試驗(yàn)和國(guó)內(nèi)外的工程經(jīng)驗(yàn)表明:采用了隔震技術(shù)的結(jié)構(gòu),水平地震加速度降低了60%,極大地提高了結(jié)構(gòu)的地震安全性。
綜上所述,超高層建筑越來越多,科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也成為結(jié)構(gòu)工程師的重點(diǎn)工作內(nèi)容之一。超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要綜合考慮多方面的因素,從結(jié)構(gòu)計(jì)算到相關(guān)影響因素分析,做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作,切實(shí)保證超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的質(zhì)量安全。