高层建筑结构的抗震设计分析论文_张国统

高层建筑结构的抗震设计分析论文_张国统

东阳市城市建设投资集团有限公司 浙江东阳 322100

摘要:随着我国城市化进程的不断加快以及城市建设用地的日趋紧张,高层建筑在城市建设过程中日益增多,已经成为大中型城市的主流建筑形式。高层建筑结构功能的多样化与复杂性对高层建筑结构设计也提出了更高的要求,提高高层建筑结构设计质量,确保高层建筑设计的经济合理与安全可靠,已经成为高层建筑设计的核心理念,这也是高层建筑结构设计过程中所必须恪守的基本原则。基于此,本文主要对高层建筑结构的抗震设计进行了分析,仅供参考。

关键词:高层建筑结构;抗震设计;BIM应用发展前景

引言

随着经济的发展和科技的进步,我国的高层建筑技术也得到了飞速发展。高层建筑有效地解决了城市建设用地严重不足的问题,提高了土地的利用率,符合社会和经济发展的需要。但是由于高层建筑自身的特点,所以高层建筑的建设对于技术的要求特别高,其结构设计要充分考虑各种因素的影响。

1高层建筑结构设计应该遵循的原则

1.1根据要求讨论并确定合适的设计方案

现代任何一个建筑要想顺利施工,必须先要制定一个科学合理的设计和施工方案。设计者必须综合地理地质、物理、设计、计算机技术等各个领域的知识来进行高层建筑结构的设计。通过综合分析各种影响因素,确保设计方案的可行性和实用性。

1.2保证高层建筑结构设计的完整性

在对高层建筑结构进行设计的过程中,设计者要保证高层建筑结构设计的完整性,不同的建筑结构的承载力不同,导致高层建筑的整体性能也各不相同。因此,在设计的过程中要充分考虑到不同的结构的性能以及各种构件的承载力情况,以便于各种构件的组合能够发挥出最大的作用。

1.3对计算结果进行精准的分析

对计算结果进行精准的分析是进行高层建筑结构设计最重要的工作,只有保证计算结果的准确度,才能从结果中提取有用的信息,保证建筑工程施工的安全性。为了保证计算结果的准确度和提高工作的效率,设计人员应该选择合理的计算机软件进行分析,但是不能完全依赖于计算机,还要结合自己的经验做出准确的判断,保证计算结果的可靠性。

2高层建筑结构设计中的应注意问题

2.1结构体系优化设计

首先,在结构体系优化设计中,应合理布局楼层盖梁系,即把其与构件墙、柱之间的垂直间距缩到最短,继而在建筑结构中,可更好的传递垂直重力荷载,并保持竖向构件重力荷载应力水平均匀性,避免应力的二次转移行为,影响高层建筑结构抗震性能。其次,因框架—剪力墙结构更具备抗震能力,所以,在结构体系优化中,应采取框架—剪力墙结构设计方法。而在框架—剪力墙结构具体设计中,应以双向抗侧力体系设计方式,保证两个主轴方向侧向刚度、水平承载力适宜性,且保持两个主轴方向均部署相应的剪力墙,避免相差悬殊所引起的结构扭转问题,达到最佳的结构抗震设计效果。当框架部分地震倾覆力矩是总地震倾覆力距的10%~50%时,应以框架—剪力墙结构为标准,展开高层建筑结构设计行为,而当数值超过80%时,应在采取框架—剪力墙结构设计方法的基础上,科学控制建筑高度。再次,在框架—剪力墙结构设计中承载力调整时,应按照公式:Vt≥0.2Vo进行控制。其中,Vo为总剪力;Vt为地震总剪力,Vt。max为总剪力中的最大值,最终通过各个框架总剪力的科学控制,达到较好的抗震设计。

2.2对高层建筑结构设计中各构件的要求

(1)高层建筑由于高度高,其整体结构的自重也较为笨重,上部结构重力荷载的上升使得整个建设项目中对于建筑基础的要求也更为严苛。这就要求在高层建筑结构设计过程中对于基础的设计选型有着更严格的把控。高层建筑结构设计中对于基础的选型要根据甲方提供的地质勘察报告书结合上部建筑结构的具体柱底轴力及其地质条件,施工条件来选择恰当的基础类型;(2)高层建筑在随着高度的增加,地震作用与风压作用对整体结构体系的影响也越来越大,刚度过于柔的结构体系在水平地震作用或风作用下,位移过大,容易产生侧向变形。因此高层建筑位移的控制或成为高层建筑结构设计中的主要矛盾,适当加大建筑结构的刚度,保证按规范里的严格控制;(3)在高层建筑设计过程中,竖向构件的压轴比是一个及其需要重视的内容。各种模拟实验数据和地震震害调查表明,当框架柱或剪力墙的轴压比过大的时候,当构件遇到水平作用(如地震作用)时的延性变形能力就会大大减弱,极易产生脆性的剪切破坏,而一旦竖向构件产生了破坏,往往使整体结构遭到破坏。所以在高层建筑结构设计时应控制柱的轴压比,用以提高或保证框架柱或者剪力墙的延性,保证结构的安全性。

3BIM在高层设计中的应用和发展前景

3.1 BIM技术在高层设计中的应用

3.1.1 BIM技术在建筑设计整体层次上的应用

依靠于大量的设计信息数据并与建筑的日常实用性相结合就形成了建筑整体的模型。整体建筑模型也还需要再根据施工过程中的实际情况、可行性、合理性以及实用性等方面进行适时的调整,来实现最为科学、高效的施工路径。

3.1.2 BIM技术在构建设计方面的应用

建筑结构设计的主体就是构建设计,所以构建设计在整个设计中具有很重要的地位。建筑整体结构就是建筑的大的框架,构建设计则需要再大框架下对不同的信息进行分析明确,并根据具体的要求来选取具有可行性的施工方案。比如,构建设计需要确定建筑的整体结构是板、柱或者墙等。科学合理的构建设计可以为建筑施工过程中节约人工和材料。

3.2 BIM技术发展前景展望

“BIM技术”也被称之为“建设业的二次革命”,从以上不难看出,该技术解决了传统方式方法不能解决的很多问题,还实现了资源的共享、全周期的信息化、工序的无缝对接以及信息的及时沟通。对于该项技术的下一步发展趋势,笔者通过研究认为:①我国应该尽快改变目前其软件研究分崩离析的状态,集中优势资源展开科研攻关,建筑业也要加强该项技术的顶层设计;②随着该项技术的发展,施工工程的总承包模式将不再是主流,工程施工流程也不是传统的设计招标施工的过程,最终将演变为集成产品开发模式,业主在设计前就可以召集设计方、施工方、监理方、材料商一同搭建三维BIM模型,然后实施数据的导入,及时沟通,实现信息共享,并以此模型为基础和依据,全面展开施工采购等一系列工作,真正实现了建筑业的“需求侧”改革,这种方式虽然施工前花费财力人力较多,但“磨刀不误砍柴工”,一旦项目启动,必然节省大量的人、财、物,总体来说能为企业节省不少利润。更为关键的是,为用户带来了更好的体验,体现了较好的服务意识。

4工程案例

4.1概况

某综合性办公大楼,建筑总面积约4.2万平方米,建筑主体为40米X32米的矩形平面,结构形式为混凝土框架-剪力墙体系。主楼层数为20层,其中地下3层为停车库,地上17层为办公区,裙房为4层。建筑物抗震设防烈度为7度(0.10g),设防类别为丙类建筑,地震分组为第二组,场地类别为Ⅱ类,特征周期为0.40s。

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4.2结构基本信息及模型建立

高层建筑结构基本信息是模型建立的基础。结构基本信息包括,抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构体系、主楼高度、裙楼高度、裙楼层数、建筑标高、结构转换层层数、有无连体等信息。该建筑地面以上为17层的主楼,主要用途为办公场所,主屋面的高度为63.6m。东西两侧各设置有4层裙房,裙房顶标高16.3m。该建筑地面以下的高度为13.2m,主要作为地下停车库,其中人防区域设置在地下三层,从地下三层往上的层高分别为4.5+4.5+4.2m。主楼一层层高4.5m,二层层高4m,3—6层的层高为3.9m,7—16层层高3.5m,17层层高是4.5m。主楼在1~2层中间16mx16m的范围内设置了挑空的中庭,中间不容许设置结构柱,需要在二层顶设置转换桁架。工程基本雪压值:0.0KN/㎡(n=50),基本风压值时0.70KN/㎡(n=50,粗糙类别为B类),该建筑的剪力墙、框架的抗震等级均为二级。用BIM软件建立计算模型,对结构进行设计分析,然后选择不同的地震波对建筑结构进行性能化分析。结果表明两种软件的计算结果比较接近,差异在工程许可的范围内,同时按照最不利设计的原则对结构进行配筋。

4.3主要抗震计算结果

第一,根据结构各个部分的受力分布情况和最大位移分布特点,分析结构受力的不利情况并予以加强;第二,确保建筑的剪重比和刚重比等指标符合抗震规范的要求。第三,调整软弱地基地震剪力系数,确保建筑结构的刚度。从BIM的计算结果看,小震作用下建筑物最大的层间位移限值为1/948,罕遇地震作用下建筑的层间位移限值为1/125,均满足国家规范的相关要求。在中震作用下,框架梁和连梁出现受弯承载力不足的问题,受剪承载力仍可以满足要求,但比较接近限值。而框架柱(包括转换柱)和剪力墙均处于弹性状态。从的计算结果看,小震作用下建筑物最大的层间位移限值为1/1023,罕遇地震作用下建筑的层间位移限值为1/134,满足国家规范的相关要求。而且两者的计算结果都反应出转换柱和转换桁架都是比较薄弱的构件,需要特别加强。

结束语

随着建筑行业的发展,建筑逐渐向高层甚至于超高层方向发展。高层建筑层数更高、结构更复杂、人员活动更多,在地震作用下,对建筑的危害也就更大,所以对高层建筑的设计要求的更高。高层建筑在注重抗震概念设计的时候,也需要结合具体的施工环境、地理环境,确保高层建筑的设计达到安全性、适用性、经济性和美观的完美结合,这也正是设计师们不断努力、不断创新的源源不断的动力。

参考文献:

[1]任晓力.高层建筑结构的抗震设计探讨[J].建筑知识,,:1.

[2]朱海锋,丁金惠.高层建筑结构的抗震设计分析[J].门窗,2015,(12):152.

[3]傅振芳.高层建筑结构的抗震设计分析[J].科技创新与应用,2015,(35):247.

[4]仓平,王素芬.基于扎根理论的大学产业集群形成机理研究——以同济大学建筑规划产业集群为例[J].同济大学学报(社会科学版),2008,02:115-124.

[5]邹昀.上海环球金融中心大厦基于性能的抗震设计研究[D].同济大学,2006.

在通过访谈和文献研究获得与专业声誉相关的访谈和文献信息后,研究者将上述中高层管理者、业主的访谈语音和聊天信息,以及文献研究获得的学术、新闻信息加以汇总整理,进而通过内容分析法深度挖掘这些陈述句背后的有效信息。具体而言,本研究通过组建文本内容分析小组进行内容分析。该小组由研究者和两位具有文本内容编码、分析经验的成员先行对陈述句进行编码。经过统计,前期调研共获得1343条陈述句。通过对初始陈述句进行整理,删除没有实质意义的陈述句67条。在此基础上,对剩余的陈述句按照内容相近的原则进行合并归类,共获得127条陈述句。考虑到陈述句规模仍然略显繁多,因此还需要进行深层次概念合并。其后研究小组通过进一步的多轮讨论,将39条未达到团队成员共识的陈述句加以删除,删除后剩余88条(见表1)。后续研究以剩余的88条陈述句为基础,进一步展开专业声誉结构研究。利益相关者理论是声誉结构研究的重要理论来源,本文借鉴Fombrum(2004)、Petya(2010)和孙立阳(2011)等学者的研究,从客户、同行、社区、政府等利益相关者视角深入探讨企业声誉问题的思路,将专业声誉划分为企业在业主中和在行业内的声誉感知,即业主感知和同行感知组别。同时借鉴Violina(2006)、江涛(2010)等人对于声誉构念解构的思路,将专业声誉业主感知划分为知名度感知、美誉度感知、专业度感知和胜任度感知4个维度,同行感知划分为知名度感知、美誉度感知和专业度感知3个维度。业主感知和同行感知间的差异在于胜任度感知是业主接受专业服务后对于工程咨询企业专业服务能力的一种评价,因此仅适用于享有专业服务成果的业主,不能将其划归到同行感知的声誉维度范畴内。

为保证上述研究小组对专业声誉感知主体划分以及维度设定的科学性,研究小组邀请高校相关领域教授、博士以及企业专家参与对初步声誉量表构建进行论证和修正。根据专家意见,相关题项在概化过程中合并,并形成了24个测试题项的初始量表。

在第二个阶段中,研究者将整理后的双重结构专业声誉量表交与专家讨论,得到了专家们的认可和支持,最终形成的专业声誉结构量表由业主感知和同行感知双结构量表构成。整体而言,该量表在设计上充分吸收了Manfred(2004)二元声誉结构以及Newell(2001)声誉感知量表中专业化思想,其中业主感知包括知名度感知、专业度感知和胜任度感知三个维度,同行感知包括知名度感知和专业度感知两个维度。

三、专业声誉结构量表的预试与分析

1、预测试

参考Fombrun(1996)、Manfred(2004)的声誉测量量表,本研究采用里克特5级评价体系,通过多次修正,形成了专业声誉初始量表。在该量表正式调研前,首先组织工程咨询企业及其业主单位的管理人员进行了有针对性的小范围访谈,主要用来考核测量量表题项的完整性和易读性,以及是否存在歧义和表达不明确之处。在访谈结束后,随即开展预测试,选择对南京某工科高校内具有工程咨询行业经验的MBA学生进行测试。通过预测试,对于原量表中的题项进行了进一步的优化和调整,最终得到一个由24个题项构成的双结构专业声誉测量问卷。其中业主感知部分有12个题项,含知名度感知测量题项4个、专业度感知测量题项4个、胜任度感知测量题项4个;同行感知部分有8个题项,含知名度感知测量题项3个、专业度感知测量题项5个。

2、样本选择和数据收集

正式调查对象是工程咨询企业的同行企业及其业主企业的中高层管理人员两类不同主体,按照不同调查主体分批次发放。问卷发放采用实地走访的形式,调研小组通过学校的科研、教学关系事先联系好上海、南京、杭州和无锡的工程咨询企业中的中、高级管理人员,告知被调查者本研究调研的意义和目的,然后由工程咨询企业介绍自己的业主企业以及有交往的同行企业(要求具有2年以上合作经历),调研小组对业主企业和同行企业现场发放问卷,展开实地调研。根据Hair等人(1995)的建议,一份有效问卷的样本数应为问卷总题项的5~20倍。参照此要求,本次调查对工程咨询企业的业主企业共发放文献237份,回收203份,有效问卷182份,有效回收率为76.79%。这些问卷高层管理者填答45份,占24.73%;中层管理者填答137份,占75.27%。对工程咨询企业的同行企业共发放问卷164份,回收152份,有效问卷130份,有效回收率为79.27%。这些问卷高层管理者填答31份,占23.85%;中基层管理者填答99份,占76.15%。最终对同行企业和业主企业两类主体合计回收有效问卷312份,问卷数量符合测量要求。

由于本研究数据分别来源于同行与客户企业的中、高层管理人员两组不同的样本,因此需要对不同来源样本的差异性进行检验。经过对两组样本的独立样本t检验,发现这两组样本差异并不显著,因而中、高层两组样本可以分别在业主与同行感知样本中分别合并使用。本研究问卷发放时间为2015年2月和5月间,存在一定的时间跨度,因此需要检验调研过程是否存在响应偏差。通过采纳Kanuk等的建议,本研究对早期和晚期问卷的企业特征变量和关键研究变量进行了独立样本t检验,结果未发现显著性差异,表明调研过程中未发生严重的响应偏差。

结束语

工程咨询企业还要善于注重提高自己行业中的知名度,与专业度相结合的知名度是企业软实力的源泉所在,这对于工程咨询企业进一步开拓国内市场、更好地迈向国际市场具有重要的作用。

参考文献:

[1]金序能.中介企业声誉形成机理及与企业绩效关系研究[D].浙江大学,2007.

[2]孙立阳.基于态度理论的企业特征、企业声誉与企业绩效研究[D].吉林大学,2011.

论文作者:张国统

论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期

论文发表时间:2017/11/21

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