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甲级监理公司谈中国高层建筑结构发展与展望

来源:河南建基 作者:河南建基 发布日期:2016-04-06 15:47 点击次数:

本文摘要:我国高层建筑发展主要特点表现在建筑高度不断增加且结构体型日趋复杂、钢一混凝土混合结构应用较多,同时由于我国高层建筑大多要考虑抗震、抗风的问题,设计难度较大。高层建

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凯发官网首页-凯发官网入口首页谈中国高层建筑结构发展与展望
 
  我国高层建筑发展主要特点表现在建筑高度不断增加且结构体型日趋复杂、钢一混凝土混合结构应用较多,同时由于我国高层建筑大多要考虑抗震、抗风的问题,设计难度较大。高层建筑结构相关的规范标准及研究工作在高层建筑发展中发挥了重要作用。针对我国高层建筑超高、复杂、混合的特点,今后应进一步加强相关研究工作。
 
  1.我国高层建筑结构发展的特点
 
  我国高层建筑概括起来主要有以下几个特点:建筑高度不断增加;结构体型日趋复杂;以混合、组合结构为主。
 
  1. 1建筑高度不断增加
 
  超高层建筑高度的不断攀高,其意义不仅仅在于高度的突破,而是带动了整个建筑业的发展,包括材料技术、设备制造技术等行业的进一步发展。超高层建筑发展是经济发展的大势所趋。
 
  1. 2结构体型日趋复杂
 
  由于业主和建筑师为实现建筑功能以及在建筑艺术、建筑造型方面体现创新,设计了众多复杂体型和内部空间多变的高层建筑,使得我国高层建筑的复杂程度也处于世界前列。
 
  我国绝大部分地区为抗震设防地区,而高层建筑集中的东南沿海地区又是台风频繁的地区,因此我国高层建筑设计绝大部分都要考虑抗震、抗风问题,加之体型日趋复杂,我国的高层建筑结构设计面临更大的挑战。
 
  1. 3超高层建筑中钢一混凝土混合结构为主
 
  钢—混凝土混合结构之所以得到了较大发展,一方面因为其可有效地将钢、混凝土以及钢一混凝土组合构件进行组合,既具有钢结构的技术优势又具有混凝土造价相对低廉的特点;另一方面,我国现场施工的人力成本比国外低,采用混合结构比采用纯钢结构经济方面更有优势。因此,混合结构是符合我国国情的超高层建筑的结构体系,预计将来混合结构仍将得到较大的发展。
 
  2.我国高层建筑结构设计研究及标准规范编制
 
  2. 1高层建筑结构设计研究
 
  大量复杂高层建筑的出现,给结构设计带来了挑战结合复杂高层建筑的设计,进行了大量的相关研究工作,研究内容主要侧重抗震、抗风,研究手段主要是试验研究与计算分析。
 
  关于抗震研究工作,针对我国高层建筑体型复杂和混合结构应用广泛的特点,国内相关科研院所、高校等进行了大量试验研究结合振动台试验及模型静力试验,并利用各种计算机分析软件进行计算分析工作,完成了关于转换层、加强层、体型收进、带悬挑结构、连体结构等复杂高层建筑结构的研究应用,为我国复杂高层建筑设计提供了依据针对混合结构应用广泛的特点,开展了系列研究工作,进行了整体模型结构拟静力试验研究及模型振动台试验研究,开展了如何增强混合结构核心筒剪力墙延性的研究。
 
  抗风研究工作主要针对复杂体型及复杂风环境开展工作结合具体的高层建筑工程,开展了大量的风洞试验,为进行高层建筑结构的设计提供了更为可靠的依据。随着人们对居住环境的重视,风工程研究工作会越来越引起设计人员的关注。
 
  除试验研究外,高层建筑结构的计算分析手段有了很大提高规范要求,体型复杂、结构布置复杂的高层建筑进行多遇地震作用下的内力与变形分析时,应采用至少两个不同力学模型的软件进行整体计算。目前,国内商业化的高层建筑分析计算程序主要有satwe, pmsap等,国际通用程序etabs, sap2000,mmas等在复杂工程计算中已得到较广泛的应用。
 
  2. 2标准规范编制
 
  我国是一个多地震的国家,高层建筑集中的沿海地区,基木风压也较大,因此高层建筑大多要考虑抗震、抗风问题。
 
  我国专门针对高层建筑结构设计的规程主要有《高层建筑混凝土结构技术规程》(jgj3 -2002) ,《高层民用建筑钢结构技术规程》(jgj99-98),前者适用于混凝土结构以及钢一混凝土混合(组合)结构的高层建筑,后者专门针对钢结构高层建筑。
 
  与高层建筑设计密切相关的其他规范还有《建筑抗震设计规范》(gb50011-2001), 《混凝土结构设计规范》( gb50010 -2002 ) ,《建筑荷载设计规范》(gb50009 -2001 ) ,《建筑地基基础设计规范》(gb50007 -2002)等。
 
  “5. 12”坟川地震震害表明,严格按照《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》进行设计、施工和使用的高层建筑没有发生严重的倒塌破坏,说明我国的高层建筑经受住了地震的考验。
 
  另外,为保证建筑结构的设计质量,对于特殊的超过规范要求的高层建筑(超限高层建筑),由政府行政主管部门组织专家成立审查委员会进行专项审查,在审查通过后方可实施。据不完全统计,全国已审查了近千栋高度100m以上的超限高层建筑工程。通过抗震设防专项审查,可以为相关技术发展进行充分的论证,从而促进建筑技术的发展进行复杂及超限结构设计时不再局限于“小震不坏、中震可修、大震不倒”,所采取的论证及加强措施体现了基于性能的抗震设计思想在超限高层抗震专项审查中,中震弹性设计、大震动力弹塑性分析、模型振动台试验、复杂节点分析与试验等新的设计思想和分析、试验方式得到广泛应用,提高了结构的安全度和国内设计水平。
 
  减振控制技术的研究及应用有较大进展隔震技术较为成熟,在工程中有一定应用,主要用于高烈度区的多层、小高层建筑,如北京通惠家园某地铁枢纽建筑、太原某19层高层建筑、成都凯德风尚20层剪力墙住宅项目等。目前,多项采用隔震技术的房屋建筑正在设计建造之中。消能减振技术近年在新建高层建筑工程中开始得到应用,如北京银泰中心主塔楼、上海世茂国际广场、深圳大梅沙酒店等采用了粘滞流体阻尼器;此外,主动控制技术在我国大陆超高层建筑中首次得到了应用,上海环球金融中心在第90层安装了两台各重250t的质量阻尼器,有效地减小建筑结构在风以及地震作用时的反应。
 
  3.展望
 
  我国的高层及超高层建筑具有超高超大、功能复杂、造型新奇的特点,不但其规模和复杂程度在国际上可谓少见,而且许多建筑突破了我国现行相关技术标准与规范的要求,而这种发展趋势仍将持续一段时期。如何保证这些超高层建筑符合抗震设防、抗风、防意外事件(爆炸与撞击)、防火等的要求,具备适当的安全度,关乎国计民生。
 
  3. 1在高层结构抗震设计理论和方法方面开展进一步研究
 
  高层、超高层建筑的连续倒塌往往会引起惨重的人员伤亡及财产损失。近年来,国际上关于防止结构连续倒塌问题引起了人们的关注,尤其是2001年9月11日美国世贸中心大楼由于飞机撞击发生灾难性的连续倒塌,引起工程界的广泛关注,不少专家对防止结构连续倒塌问题进行了研究。目前,我国关于高层建筑结构的倒塌过程的理论和试验研究才刚刚起步,还没有防止结构连续倒塌的有关设计文件和标准,需要进一步开展相关研究工作。
 
  此外,随着我国超高层建筑高度的增加,结构自振周期增大,不少超高层建筑的自振周期已超过6s,有的甚至达10s以上,而我国“抗震规范”地震影响系数曲线只有6s以内的相关参数,长周期结构的地震反应应如何考虑,需要进一步研究。
 
  3. 2加强对高层结构隔震减振控制技术的研究
 
  减振控制技术是抗震、抗风设计的一条重要途径,近年来在日本、美国等发达国家得到了较为广泛的应用,近两年我国在新建工程中开始应用。但我们的研究工作与世界先进水平尚有较大差距,需要深入开展相关研究工作。隔震技术在高层建筑中开始有一定应用,但尚有一些技术问题,如隔震支座的抗拉问题等需要深入研究。
 
  3. 3加强对高层混合结构的研究
 
  根据我国国情,钢一混凝土混合结构在高层建筑中的应用比例会持续增加。但目前已建成的混合结构高层建筑尚未经受实际地震的考验,因此需要进一步开展混合结构体系的抗震性能研究研究工作,包含两个方面:一方面是混合结构的整体抗震性能,如阻尼参数的选取、整体结构协调工作的性能等;另一方面,需要加强对组合构件以及组合构件之间连接构造的研究。由于结构体系越来越复杂,大多包含巨型柱、斜撑、腰柑架等,各种组合构件—组合柱、组合梁、组合楼板形式越来越灵活多样,同时随着超高层建筑高度的增加,甚至会出现超过30m2的巨型组合柱,使得各种构件之间的连接构造越来越复杂多样。因此结合工程应用,对各种新型组合结构构件需要开展更加深入细致的性能研究工作。
 
  3. 4抗风关键技术的研究
 
  随着高层建筑高度的增加,结构对风荷载更加敏感,在不少地区,抗风研究和设计已成为控制结构安全性能和使用性能的关键因素应进一步加强对高层建筑横风向响应和等效静力风荷载、干扰效应、行人风环境以及居住者舒适度判据等方面的研究。此外,国际工程界对超高层建筑上的风速、风压测试工作也非常重视,在某些世界著名的超高层建筑上架设有风速仪、测振仪,进行长期的测风测振工作,积累了一定的数据。甲级监理公司认为,我国在此方面还有较大差距,规范采用的风剖面在超高层建筑的高度范围内缺乏实测数据的支持。

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